Nghiên cứu quy trình tổng hợp para menthan 3,8 diol quy mô phòng thí nghiệm định hướng làm thuốc xua đuổi muỗi

.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH
-----------------

BỘ Y TẾ

Phan Minh Hồng

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM
ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020

.


i.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH
-----------------

BỘ Y TẾ

Phan Minh Hồng

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM
ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI
Ngành: Công Nghệ Dược Phẩm và Bào Chế Thuốc
Mã số: 8720202
Luận văn Thạc sĩ Dược học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Trần Ngọc Châu
2. GS. TS. Trần Thành Đạo

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020

.


.

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn cao học “Nghiên cứu quy trình tổng hợp para-menthan3,8-diol quy mơ phịng thí nghiệm định hướng làm thuốc xua đuổi muỗi” là cơng
trình nghiên cứu của cá nhân tơi dưới sự hướng dẫn của thầy TS.Trần Ngọc Châu và
GS.TS. Trần Thành Đạo, không sao chép của bất cứ ai. Tôi xin chịu mọi trách nhiệm
về cơng trình nghiên cứu của mình.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm ...

.


.

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ
PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI

Tóm tắt
Mở đầu: Muỗi là trung gian truyền nhiều bệnh nguy hiểm cho người. Phòng ngừa
muỗi đốt sẽ giúp bảo vệ sức khỏe. p-Menthan-3,8-diol (PMD) là hoạt chất xua đuổi
muỗi hiệu quả nhưng vẫn chưa được sản xuất hay phổ biến ở Việt Nam. Nghiên cứu
tổng hợp PMD tạo tiền đề cho phát triển sản phẩm chứa PMD tại Việt Nam.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: PMD được tổng hợp theo cơ chế Prins từ
2 nguồn nguyên liệu là (±)-citronellal tinh khiết (~95%) và tinh dầu bạch đàn chanh
chứa citronellal (~53%) bằng 2 phương pháp khác nhau bao gồm khuấy và sử dụng
siêu âm. Dựa trên các phổ đồ IR, NMR và sắc ký đồ GC nghiên cứu về phản ứng, cấu
trúc hoạt chất, và một số phương pháp kiểm nghiệm PMD.
Kết quả: Đối với (±)-citronellal thì phương pháp khuấy ở 50-60 °C, acid sulfuric
0,25% (kl/kl), thời gian 8 giờ cho kết quả hiệu suất sau kết tinh tới 78,5%. Phương
pháp dùng sóng siêu âm với biên độ siêu âm 40% (48 µm), xung sóng siêu âm 30
giây hoạt động và 5 giây ngừng, thời gian siêu âm 2 giờ, xúc tác acid sulfuric 0,25%
(kl/kl) giúp thu được sản phẩm có hàm lượng PMD lên tới 98,09% theo GC-FID.
Thời gian siêu âm có thể giảm cịn 10 phút với biên độ siêu âm 100% mà sản phẩm
thu được vẫn có hàm lượng PMD cao khoảng 93%. Đối với tinh dầu bạch đàn chanh,
phương pháp khuấy ở 50-60 °C, acid citric 7% (kl/kl), thời gian 15 giờ giúp thu được
sản phẩm có hàm lượng PMD khoảng 54%. Phương pháp siêu âm với biên độ 4060%, xúc tác acid sulfuric 0,25% giúp giảm thời gian tổng hợp còn 0,5-2 giờ và sản
phẩm thu được có hàm lượng PMD khoảng 53-63%.
Cơ chế phản ứng chọn lọc lập thể đồng phân quang học PMD được đề xuất. Phương
pháp IR, NMR có thể giúp xác định tỉ lệ cis- và trans- PMD trong hỗn hợp hai đồng
phân và phương pháp IR định tính được hỗn hợp cis/trans-PMD được chứng minh.
Kết luận: Tổng hợp PMD hồn tồn có thể thực hiện được ở Việt Nam với nguồn
nguyên liệu citronellal nhập khẩu hoặc từ nguồn nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh
trong nước.

Từ khóa: PMD, citronellal, Prins, Eucalyptus citriodora.

.


.

RESEARCH ON SYNTHETIC PROCESS OF PARA-MENTHANE-3,8-DIOL
ORIENTED FOR MOSQUITO REPELLENT ON LABORATORY SCALE

Summary
Introduction: Mosquitoes are intermediate hosts that transmit many dangerous
diseases to humans. Prevention of mosquito bites will help protect health. p-Menthan3,8-diol (PMD) is an effective mosquito repellent but it has not yet been produced or
popular in Vietnam. Research on synthetic process of PMD can support for PMDcontaining product development in Vietnam.
Materials and methods: PMD is synthesized through Prins mechanism from two
sources of materials that are pure (±)- citronellal (~ 95%) and essential oil of
Eucalyptus citriodora .L (~53% citronellal) with 2 different methods including
stirring method and ultrasound-supported method. Based on IR, NMR and GC
results, reaction, structures, and some PMD testing methods are studied.
Results: For (±)-citronellal, the stirring method carried out at 50-60 °C in 8 hours
using 0.25% (w/w) sulfuric acid as catalyst gave a crystallization yield up to 78.5%.
The ultrasonic method with 40% amplitude (48 µm), pulse of 30 seconds on and 5
seconds off in 2 hours, using 0.25% (w/w) sulfuric acid catalyst helped to obtain oil
product up to 98.09% PMD. The ultrasonic time could be reduced to 10 minutes with
100% amplitude and the oil product contained about 93% PMD. For Eucalyptus
citriodora essential oil, the stirring method at 50-60 °C for 15 hours with 7% citric
acid catalyst resulted in 54% PMD oil product. The ultrasonic method with 40-60%
amplitude and 0.25% (w/w) sulfuric acid catalyst could reduce synthesis time to 0.52 hours and obtain the oil product containing 53-63% PMD. PMD optical isomer
selective reaction mechanism was proposed. The IR and NMR spectra methods
determining the cis-/trans- PMD ratios in a mixture, and the IR spectrum method

applied to identify PMD not only in pure form but also in cis-/trans- PMD mixture
form were proven.
Conclusion: Synthesis of PMD is completely possible in Vietnam with imported
citronellal or domestic Eucalyptus citriodora essential oil.
Keywords: PMD, citronellal, Prins, Eucalyptus citriodora.

.


i.

LỜI CẢM ƠN
Cho phép em gửi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS.TRẦN NGỌC CHÂU, thầy GS.
TS. TRẦN THÀNH ĐẠO đã dành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình cũng như động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn thầy PGS.TS. Lê Minh Trí, thầy PGS.TS Trương Phương, cơ
PGS.TS. Huỳnh Thị Ngọc Phương, thầy PGS.TS. Thái Khắc Minh, cô TS. Võ Thị
Cẩm Vân, cơ Th.S Huỳnh Nguyễn Hồi Phương đã ln quan tâm, tạo cho em môi
trường học tập, làm việc tốt nhất.
Em xin cảm ơn cô PGS.TS. Bùi Mỹ Linh đã tài trợ tinh dầu bạch đàn chanh cho
nghiên cứu.
Em xin cảm ơn chị Ngô Thị Kiều Khương, chị Đặng Thị Hồng Chi, con cảm ơn cô
Thảo đã chăm lo dụng cụ, hóa chất, hỗ trợ lab được ngăn nắp, giúp em/con hồn thành
đề tài.
Em/mình cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn và các em đã đồng hành
trong suốt quá trình thực hiện đề tài tại bộ mơn Hóa Dược.

.

.

i

MỤC LỤC

1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................................... 3
2.1. Tổng quan về các chất xua đuổi muỗi ..............................................................3
2.2. Tổng quan về PMD và tinh dầu được làm giàu PMD ......................................6
2.2.1. Tổng quan về PMD .................................................................................6
2.2.2. Tổng quan về tinh dầu được làm giàu PMD ...........................................9
2.3. Tổng quan về các phương pháp tổng hợp và chiết xuất PMD .......................10
2.3.1. Chiết xuất từ tự nhiên ............................................................................10
2.3.2. Tổng hợp từ nguyên liệu citronellal theo phản ứng Prins .....................10
2.3.3. Tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu khác .............................................17
2.4. Tổng quan về citronellal.................................................................................17
2.5. Tổng quan về cây bạch đàn chanh và thành phần tinh dầu ............................18
2.6. Tổng quan về áp dụng sóng siêu âm trong tổng hợp .....................................20
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 22
3.1. Dụng cụ và hóa chất .......................................................................................22
3.2. Phương pháp tổng hợp PMD từ citronellal tinh khiết ....................................23
3.2.1. Phân tích các điều kiện tiến hành thí nghiệm ........................................23
3.2.2. Quy trình tổng hợp PMD bằng cách khuấy ...........................................24
3.2.3. Quy trình tổng hợp và tinh chế PMD có sử dụng sóng siêu âm ............25
3.2.4. Khảo sát các yếu tố của siêu âm ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp và tỉ
lệ chuyển hóa của citronellal .............................................................................25
3.2.5. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp ...............................................................26

.


.
ii

3.3. Phương pháp tổng hợp PMD từ tinh dầu bạch đàn chanh .............................27
3.3.1. Điều kiện tiến hành thí nghiệm và quy trình tổng hợp dự kiến.............27
3.3.2. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp ...............................................................27
3.4. Phương pháp xác định cấu trúc và độ tinh khiết của sản phẩm .....................28
3.4.1. Nhiệt độ nóng chảy ................................................................................28
3.4.2. Sắc ký lớp mỏng ....................................................................................28
3.4.3. Khối phổ ................................................................................................28
3.4.4. Sắc ký khí ..............................................................................................29
3.4.5. Phổ hồng ngoại ......................................................................................33
3.4.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) .....................................................33
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN....................................................... 35
4.1. Tổng hợp PMD từ nguyên liệu (±)-citronellal ...............................................35
4.1.1. Phân tích nguyên liệu (±)-citronellal bằng sắc ký khí ...........................35
4.1.2. Phân lập, phân tích đặc điểm các đồng phân PMD và chứng minh vị trí
của các pic PMD trên phổ đồ và sắc ký đồ .......................................................35
4.1.3. Tổng hợp PMD bằng phương pháp khuấy ............................................63
4.1.4. Tổng hợp PMD bằng phương pháp áp dụng siêu âm ............................67
4.1.5. Nghiên cứu tinh chế PMD bằng phương pháp kết tinh .........................76
4.2. Tổng hợp PMD từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh...............................78
4.2.1. Phân tích nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh bằng sắc ký khí ..........78
4.2.2. Kết quả tổng hợp PMD từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh..........79
4.2.3. Phân tích PMD kết tinh từ dầu thô sau phản ứng siêu âm ....................81
4.3. Phân tích và bàn luận về cơ chế phản ứng chọn lọc lập thể của phản ứng Prins
tổng hợp PMD từ citronellal .................................................................................83

.


.

4.4. Phân tích và bàn luận về kiểm nghiệm PMD .................................................86
4.4.1. Nhiệt độ nóng chảy ................................................................................86
4.4.2. Sắc ký lớp mỏng ....................................................................................88
4.4.3. Phổ hồng ngoại ......................................................................................89
4.4.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ..................................................................96
4.4.5. So sánh các phương pháp kiểm nghiệm ................................................96
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 97

.


.

Danh sách chữ viết tắt và kí hiệu
Chữ viết tắt Tiếng Anh

Tiếng Việt

cs

Cộng sự

CDC
DCM

DEET
EI
EPA

Centers for disease control and Trung tâm phòng chống và kiểm
prevent
Dicloromethane
N,N-diethyl-mmethylbenzamide
Electron ionization
United States Environmental
Protection Agency

EtOAc

Ethyl acetate

EtOH

Ethanol

GC

Gas chromotography

GC-FID

GC-MS
IR

Ion hóa điện tử

Cục bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ

Sắc ký khí

Gas chromatography - Flame- Sắc ký khí đầu dị ion hóa ngọn
ionization detection
Gas chromatography - Mass
spectrometry
Infrared

lửa
Sắc ký khí ghép khối phổ
Hồng ngoại
Nồng độ khối lượng/khối lượng

kl/kl
LD50

Lethal dose, 50%

n6

n- hexane

NIST

soát dịch bệnh

Liều gây chết 50% số lượng

National Institute of Standards Viện tiêu chuẩn và kỹ thuật Hoa
and Technology

Kỳ

NMR

Nuclear Magnetic Resonance

Cộng hưởng từ hạt nhân

PMD

para-Menthane-3,8-diol

SDS

Sodium dodecyl sulfate
Sắc ký lớp mỏng

SKLM

.


i.

TCCS

Tiêu chuẩn cơ sở

tt/tt

Nồng độ thể tích /thể tích
Tử ngoại

UV

Ultraviolet

Kí hiệu

Tiếng Việt

amp

Biên độ siêu âm

cat

Loại xúc tác sử dụng cho phản ứng tổng hợp PMD

Citro

Lượng nguyên liệu citronellal tham gia phản ứng

C_acid

Nồng độ dung dịch acid (kl/kl)

H_crys

Hiệu suất kết tinh sản phẩm PMD

H_reac

Hiệu suất phản ứng tổng hợp PMD

m_acid

Khối lượng dung dịch acid tham gia phản ứng

mca

Lượng dung dịch/chất xúc tác sử dụng tổng hợp PMD

mci

Lượng citronellal sử dụng cho phản ứng

m_EO

Khối lượng tinh dầu tham gia phản ứng

p_cis

Phần trăm đồng phân cis trong hỗn hợp đồng phân cis/trans-PMD

pC_citro

Phần trăm chuyển hóa citronellal tối thiểu

p_selPMD

Phần trăm chọn lọc PMD

pS_citro

Phần trăm diện tích pic của citronellal trong kết quả GC-FID
Phần trăm diện tích pic của các chất dễ bay hơi hơn PMD trong kết

pS_imp1

quả GC-FID, gồm isopulegol, các đồng phân quang học của
isopulegol và các tạp dễ bay hơi hơn PMD khác, khơng tính pic
ngun liệu citronellal

pS_imp2

pS_PMD

Phần trăm diện tích pic của các chất khó bay hơi hơn PMD trong kết
quả GC-FID, trong đó có acetal của PMD và citronellal
Phần trăm diện tích pic của PMD trong kết quả GC-FID

.


.

i

pS_PMD_m

Phần trăm diện tích pic tối thiểu của PMD trong kết quả GC-FID
sau khi hiệu chỉnh cho các tạp nguyên liệu

pulse

Xung sóng siêu âm

tci

loại citronellal sử dụng

temp

Nhiệt độ phản ứng

time

Thời gian siêu âm/Thời gian thực hiện phản ứng

.


.
ii

Danh sách hình

Hình 2.1. Cơng thức cấu tạo DEET ............................................................................ 3
Hình 2.2. Cơng thức cấu tạo của picaridin ................................................................. 4
Hình 2.3. Cơng thức cấu tạo của IR3535 ................................................................... 5
Hình 2.4. Cơng thức cấu tạo của permethrin .............................................................. 5
Hình 2.5. Cơng thức cấu tạo và cách đánh số trên cấu trúc PMD .............................. 6
Hình 2.6. Phản ứng Prins của citronellal .................................................................. 11
Hình 2.7. Hai đồng phân quang học của citronellal ................................................. 18
Hình 2.8. Đầu siêu âm và bộ điều khiển máy siêu âm Q500 hãng Q-SONICA ...... 21
Hình 4.9. Kết quả SKLM sản phẩm dầu thơ của thí nghiệm đầu tiên...................... 36
Hình 4.10. Kết quả phân tích GC-FID các phân đoạn sắc ký cột: ........................... 37
Hình 4.11. Kí hiệu các proton trong biện giải phổ 1H-NMR của ta và ta’ .............. 41
Hình 4.12. Sự ghép spin của proton trên carbon mang nhóm hydroxy của ta/ta’ ... 42
Hình 4.13. Sự ghép spin của proton G của ta/ta’ .................................................... 42
Hình 4.14. Sự ghép spin của proton C của ta/ta’..................................................... 43
Hình 4.15. Độ dịch chuyển của một số carbon trong phổ 13C-NMR của ta và ta’ .. 44
Hình 4.16. Kí hiệu các proton trong biện giải phổ 1H-NMR của ca và ca’ ............. 45
Hình 4.17. Sự ghép spin của proton trên carbon mang nhóm hydroxy của ca/ca’ .. 46
Hình 4.18. Sự ghép spin của proton trên carbon mang hydroxyisopropyl ca/ca’.... 47
Hình 4.19. Sự ghép spin của proton H của ca/ca’ ................................................... 47
Hình 4.20. Độ dịch chuyển của một số carbon trong phổ 13C-NMR ca và ca’ ....... 49
Hình 4.21. Kết quả GC-FID sản phẩm dầu thơ của thí nghiệm D0 ......................... 50
Hình 4.22. Kết quả GC-MS dầu thơ của thí nghiệm D0. ......................................... 51
Hình 4.23. Sắc ký đồ GC-FID sản phẩm dầu thô nghiên cứu của Y.Yuasa và cs ... 52

.


.

v

Hình 4.24. Proton được dự đốn là proton gắn với carbon liên kết nhóm hydroxy trên
vịng ở vị trí trục của (tb + tb’) ............................................................... 54
Hình 4.25. Proton được dự đốn là proton C của (tb + tb’) .................................... 55
Hình 4.26. Phổ COSY cho thấy sự ghép cặp của các proton dự đoán là proton A và
proton C của tb và tb’ ............................................................................. 56
Hình 4.27. Proton gắn với carbon liên kết nhóm hydroxy trên vịng ở vị trí trục của
(ta + ta’) và (tb + tb’) ............................................................................. 57
Hình 4.28. Proton C của (ta + ta’) và (tb + tb’) ...................................................... 57
Hình 4.29. Proton được dự đốn gắn với carbon liên kết nhóm hydroxy trên vịng ở
vị trí trục của (cb + cb’)........................................................................... 58
Hình 4.30. Tỉ lệ proton gắn với carbon liên kết nhóm hydroxy trên vịng ở vị trí trục
của (ca +ca’) và (cb + cb’) ...................................................................... 59
Hình 4.31. Kết tinh PMD sản phẩm dầu thơ ............................................................ 60
Hình 4.32. SKLM pha nước sau khi chiết với DCM ............................................... 64
Hình 4.33. Phân tích GC-FID sản phẩm dầu thơ của thí nghiệm D0 ...................... 65
Hình 4.34. Phản ứng cộng nước của acetal citronellal PMD ................................... 66
Hình 4.35. Ảnh hưởng của các yếu tố siêu âm lên phần trăm diện tích pic PMD trong
GC-FID .................................................................................................... 68
Hình 4.36. Ảnh hưởng của các yếu tố siêu âm lên phần trăm tạp dễ bay hơi hơn PMD,
tạp chất khó bay hơi hơn PMD và cis-PMD ............................................ 69
Hình 4.37. Ảnh hưởng biên độ siêu âm lên tỉ lệ cis-PMD ....................................... 73
Hình 4.38. Mức độ đục khi phân tán citronellal trong dung dịch H2SO4 0,25% ..... 75
Hình 4.39. Kết quả phân tích GC-FID kết tinh từ sản phẩm dầu thô khi tổng hợp
PMD từ nguyên liệu citronellal tinh khiết ............................................... 77
Hình 4.40. Kết quả phân tích GC-FID kết tinh từ sản phẩm dầu thô khi tổng hợp
PMD từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh......................................... 82

.

v.

Hình 4.41. Cơ chế chọn lọc lập thể của phản ứng tạo PMD từ citronellal............... 85
Hình 4.42. Mối tương quan giữa phần trăm cis-PMD trong hỗn hợp và phần trăm
diện tích pic vùng 804-806 cm-1 .............................................................. 90
Hình 4.43. Phổ IR hỗn hợp cis/trans-PMD với tỉ lệ cis dao động từ 0-100% ......... 92
Hình 4.44. Kết quả chồng phổ IR của kết tinh dầu thô khi tổng hợp PMD từ nguyên
liệu citronellal tinh khiết với phổ IR hỗn hợp PMD có sẵn, cis-PMD và
trans-PMD ............................................................................................... 93
Hình 4.45. Kết quả chồng phổ IR của kết tinh dầu thô khi tổng hợp PMD từ tinh dầu
bạch đàn chanh với phổ IR của hỗn hợp PMD có sẵn, cis-PMD và transPMD ......................................................................................................... 94

.


.

i

Danh sách bảng
Bảng 2.1. Các đồng phân lập thể của PMD ................................................................ 7
Bảng 2.2. Các nghiên cứu tổng hợp PMD từ citronellal .......................................... 15
Bảng 3.3. Trang thiết bị dùng cho nghiên cứu ......................................................... 22
Bảng 3.4. Hóa chất dùng cho nghiên cứu ................................................................. 22
Bảng 3.5. Thiết kế thí nghiệm tổng hợp PMD từ citronellal sử dụng siêu âm ......... 26
Bảng 3.6. Mã hóa thiết kế thí nghiệm tổng hợp PMD từ citronellal ........................ 26
Bảng 3.7. Chia dòng (flow ratio) cho GC-MS và GC-FID ...................................... 29
Bảng 3.8. Chương trình nhiệt cho GC-MS và GC-FID ............................................ 30
Bảng 4.9. Kết quả SKLM sản phẩm sau sắc ký cột.................................................. 36

Bảng 4.10. Kết quả đo năng suất quay cực............................................................... 38
Bảng 4.11. So sánh kết quả NMR và năng suất quay cực của chất chính phân đoạn 1
với các nghiên cứu khác .......................................................................... 38
Bảng 4.12. So sánh kết quả NMR và năng suất quay cực của chất chính phân đoạn 2
với các nghiên cứu khác .......................................................................... 39
Bảng 4.13. Phân tích phổ 1H-NMR của (ta + ta’) .................................................... 43
Bảng 4.14. Phân tích phổ 1H-NMR của cis-PMD .................................................... 48
Bảng 4.15. Các cấu dạng của sản phẩm PMD .......................................................... 53
Bảng 4.16. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy của PMD .............................................. 60
Bảng 4.17. Phổ hồng ngoại của cis-PMD ................................................................. 61
Bảng 4.18. Phổ hồng ngoại của trans-PMD ............................................................. 61
Bảng 4.19. Khảo sát các điều kiện tổng hợp PMD bằng phương pháp khuấy ......... 64
Bảng 4.20. Các điều kiện tổng hợp PMD không dùng siêu âm ............................... 65
Bảng 4.21. Kết quả tổng hợp PMD trong điều kiện không dùng siêu âm ................ 67

.


.

ii

Bảng 4.22. Khảo sát ban đầu về tổng hợp PMD bằng siêu âm ................................ 67
Bảng 4.23. Kết quả tổng hợp PMD của 4 thí nghiệm siêu âm được thiết kế ........... 68
Bảng 4.24. Các điều kiện khảo sát tổng hợp PMD từ citronellal bằng siêu âm ....... 70
Bảng 4.25. Kết quả tổng hợp PMD từ citronellal bằng siêu âm ............................... 71
Bảng 4.26. Kết quả kết tinh từ sản phẩm dầu thô trong n-hexan ............................. 76
Bảng 4.27. Các điều kiện tổng hợp PMD được khảo sát từ nguyên liệu tinh dầu bạch
đàn chanh ................................................................................................. 79
Bảng 4.28. Kết quả tổng hợp PMD từ tinh dầu bạch đàn chanh .............................. 79

Bảng 4.29. Tỉ lệ các đồng phân PMD thu được từ phản ứng đóng vịng citronellal với
xúc tác acid .............................................................................................. 86
Bảng 4.30. Nhiệt độ nóng chảy cis-PMD và trans-PMD từ các tài liệu tham khảo và
của nghiên cứu ......................................................................................... 88
Bảng 4.31. Kết quả đánh giá phần trăm cis-PMD dựa trên IR ................................. 90
Bảng 4.32. Kết quả tính tốn tỉ lệ cis-PMD theo phương trình hồi quy................... 90
Bảng 4.33. Đánh giá định tính và xác định tỉ lệ cis/trans-PMD .............................. 96

.


.

1. MỞ ĐẦU
Muỗi là trung gian lây truyền của nhiều bệnh do virus và ký sinh trùng có thể kể tới
như bệnh sốt rét, sốt xuất huyết, sốt vàng da, viêm não Nhật Bản hoặc sốt Tây sông
Nile (West Nile)... Các bệnh nhiễm này rất nguy hiểm đối với sức khỏe và thậm chí
cịn đe dọa tính mạng con người. Đến nay, nhiều bệnh trong số này vẫn chưa có thuốc
đặc trị. Hiện nay, vắc-xin phòng bệnh lại chưa phổ biến hoặc đang nghiên cứu [33],
chỉ có hai vắc-xin được CDC ở Hoa Kì chấp nhận và đưa vào sử dụng gồm vắc-xin
viêm não Nhật Bản và vắc-xin sốt vàng da [19]. Đối với bệnh sốt rét thì đã có thuốc
dự phịng nhưng hiệu quả khơng ổn định, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự đề kháng
thuốc, sinh khả dụng và sự tn thủ [38]. Chính vì những lý do này mà phòng tránh
muỗi đốt là biện pháp phù hợp nhất để phòng ngừa các bệnh nhiễm nêu trên. Có nhiều
cách phịng muỗi đốt, bao gồm: dùng chất diệt muỗi, dùng chất xua muỗi, bảo vệ vật
lý, tiêu diệt muỗi bằng đèn diệt muỗi, vợt đập muỗi, không cho muỗi đẻ trứng, diệt
lăng quăng... Dùng chất diệt muỗi có bất lợi là muỗi có thể kháng thuốc, tác dụng phụ
hay tác động đến môi trường. Các biện pháp bảo vệ vật lý như ngủ màn, mặc quần
áo che phủ thì lại khơng phù hợp cho các hoạt động ngồi trời hoặc di chuyển. Việc
dùng chất xua muỗi tỏ ra ưu thế hơn trong những trường hợp này và được cơ quan

chính phủ nhiều nước khuyến cáo sử dụng [19].
Nổi bật trong các hoạt chất có tác dụng xua đuổi muỗi là N,N-diethyl-mmethylbenzamid (DEET). DEET đã được sử dụng phổ biến để xua đuổi muỗi từ nhiều
thập kỷ. Tuy nhiên, độc tính của DEET vẫn cịn là vấn đề đang được quan tâm: tác
dụng bất lợi trên thần kinh, hạ huyết áp hay kích ứng da. Các tác dụng phụ thấy rõ
hơn ở trẻ em: kích động, tăng trương lực, co giật, mất điều hòa, bồn chồn, và cử động
tay chân khơng kiểm sốt [9]. Nhiều hoạt chất xua đuổi muỗi khác cũng đã và đang
được nghiên cứu, một trong những chất đó là para-menthan-3,8-diol (PMD) được ghi
nhận có hiệu quả xua đuổi côn trùng tương đương với DEET nhưng độc tính được
ghi nhận thấp hơn so với DEET. Hoạt chất PMD cũng đã được thương mại hóa trên
thế giới.

.


.

Tại Việt Nam, DEET vẫn là hoạt chất xua đuổi muỗi được sử dụng nhiều nhất. Còn
đối với hoạt chất PMD, trên thị trường hiện nay chỉ ghi nhận sản phẩm chứa tinh dầu
bạch đàn chanh chưa qua xử lý acid có PMD hàm lượng rất thấp mà chưa có sản
phẩm chứa hoạt chất chính là PMD với hàm lượng cao. Các tinh dầu này vẫn chưa
được chấp thuận bởi EPA cho hiệu quả xua đuổi muỗi [58]. Tuy nhiên, trong tinh dầu
bạch đàn chanh lại chứa nhiều citronellal, đây là nguyên liệu dùng để tổng hợp PMD.
Việt Nam hiện nay cũng đã trồng cây bạch đàn chanh để chiết xuất tinh dầu này.
Việc nghiên cứu, tổng hợp PMD và tạo ra sản phẩm xua đuổi muỗi từ hoạt chất
citronellal là cần thiết, đặc biệt hơn nữa là khi chủ động về nguồn nguyên liệu tinh
dầu bạch đàn chanh trong nước. Một mặt, cung cấp những sản phẩm có độc tính thấp
và an tồn cho người sử dụng. Mặt khác, đa dạng hóa sản phẩm trên thị trường và
người dùng có thêm nhiều lựa chọn sản phẩm xua đuổi muỗi.
Nghiên cứu này sẽ tiến hành:
- Khảo sát tổng hợp PMD từ nguyên liệu citronellal tinh khiết và từ tinh dầu bạch

đàn chanh
- Tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp và tinh chế PMD

.


.

2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về các chất xua đuổi muỗi
Cho đến nay đã có nhiều chất được chứng minh có khả năng xua đuổi muỗi. Nhưng
hiện tại, chỉ có một vài hoạt chất được EPA cơng nhận là có hoạt tính xua đuổi muỗi
và được phép sử dụng cho người bao gồm DEET, picaridin, IR3535, tinh dầu bạch
đàn chanh (OLE), para-menthan-diol (PMD), dầu catnip (Nepeta cataria, thường gọi
là cây catmint) và 2-undecanone [58]. Một số hoạt chất khác cũng có tiềm năng xua
đuổi muỗi và cơn trùng có thể kể đến là permethrin, methyl anthranilat, methyl
jasmonate, dầu chứa hợp chất glycerid (thầu dầu, đậu nành, nem, dừa, ô-liu) [19].
Thông tin về một số hoạt chất thường dùng xua đuổi muỗi được trình bày cụ thể dưới
đây.
- DEET: DEET cịn có tên là N,N-diethyl-3-methylbenzamid hay N,N-diethyl-metatolunamid, đây là chất được tổng hợp và sử dụng rộng rãi từ năm 1956.

Hình 2.1. Cơng thức cấu tạo DEET
Kể từ khi đưa ra thị trường, DEET đã trở thành hoạt chất được sử dụng rộng rãi nhất
trong việc xua đuổi côn trùng. DEET có phổ hoạt động rộng trong xua đuổi cơn trùng
bao gồm muỗi, ruồi, các lồi ruồi trâu, cơn trùng hút máu (chigger) và ve. DEET được
sử dụng trong nhiều dạng bào chế, bao gồm kem dưỡng da, gel, bình xịt, dạng que và
khăn tắm với nồng độ dao động từ 5 - 100% [14]. DEET được xem như là tiêu chuẩn
vàng để so sánh hoạt tính xua đuổi côn trùng với các hoạt chất mới. [14],[33]
Tuy nhiên, DEET nhanh chóng được hấp thụ qua da và gây ra các tác động bất lợi
bao gồm mụn nước và cảm giác nóng rát [14]. Các nghiên cứu trong phịng thí nghiệm

còn cho thấy khả năng gây tổn thương thần kinh của DEET. Dùng DEET thường

.


.

xuyên và kéo dài khiến tế bào thần kinh trong vùng kiểm sốt chuyển động cơ bắp,
học tập, trí nhớ và sự tập trung giảm đi. Chuột được sử dụng với liều DEET trung
bình ở người (40 mg/kg trọng lượng cơ thể) hoạt động kém hơn nhiều so với chuột
đối chứng khi được cho thực hiện các bài kiểm tra vật lý đánh giá về hoạt động cơ
bắp, sức mạnh và phối hợp[18]. Các nghiên cứu còn cho thấy nhiều tương tác có hại
khi sử dụng DEET chung với sử dụng dược phẩm và thuốc diệt cơn trùng. Ví dụ:
permethrin hay thuốc kháng histamin cũng có thể tương tác với DEET để gây ra tác
động bất lợi [14]. Việc lạm dụng DEET trong cộng đồng có thể dẫn tới nhiều mối
nguy hại, đặc biệt là trẻ nhỏ. Trung tâm kiểm sốt chất độc Hoa Kì đưa ra báo cáo:
hầu hết các ca ngộ độc DEET được báo cáo liên quan đến trẻ nhỏ, hay gặp ở trường
hợp nuốt hay tiếp xúc đường miệng với sản phẩm chứa DEET. Trẻ em có thể nhập
viện hoặc trường hợp xấu nhất là tử vong nếu phơi nhiễm với lượng lớn DEET [14].
Gần đây đã có những báo cáo cho thấy sự đề kháng DEET ở côn trùng [19]. Một số
bất lợi khác của DEET có thể kể đến là khả năng hịa tan nhựa, các bao bì nhựa, mùi
khó chịu nếu khơng được xử lý tốt. [10], [19]
- Picaridin hay [2-(2-hydroxyethyl)-1-piperidinecarboxylic acid 1-methylpropyl
ester] là hoạt chất xua đuổi muỗi được sàng lọc qua mơ hình thiết kế phân tử và được
tổng hợp tồn phần.

Hình 2.2. Cơng thức cấu tạo của picaridin
Hiệu quả xua đuổi cơn trùng của picaridin tốt, có thể tương đương với DEET, trong
khi đó mùi ít khó chịu hơn DEET. Khi được dùng với nồng độ khoảng 10%, picaridin
có thể bảo vệ khỏi muỗi khoảng 2 - 5 giờ và khi dùng cơng thức 20% picaridin có thể

bảo vệ lên tới 6 - 10 giờ. Về độc tính, so với DEET thì ít độc tính trên thần kinh hơn,

.


.

ghi nhận khi dùng liều cao ở động vật sẽ gây ra tổn thương cho gan và thận [13]. Đã
có báo cáo gây viêm da ở người và độc tính trên gan ở chuột. [19]
- IR3535 hay ethyl butylacetylaminopropionat (hay còn gọi là EBAAP, EBAP,
Merck 3535, OMS 3065) là một N-acyl β-aminoester.

Hình 2.3. Cơng thức cấu tạo của IR3535
IR3535 có hiệu quả như DEET trên các loài muỗi Culex và Aedes nhưng ít hiệu quả
trên lồi Anophele. Độc tính da và đường uống trên chuột ít hơn DEET khoảng 2 lần.
IR3535 gây kích ứng mắt trầm trọng và có thể thấm qua da. IR3535 có thể hịa tan
các đồ đựng. Tuy nhiên, hoạt chất này không gây hại cho môi trường nước và khơng
tích lũy trong mơi trường. [19]
-

Permethrin

(tên

IUPAC

là

3-phenoxybenzyl-3-(2,2-diclorovinyl)-2,2-

dimethylcyclopropan-carboxylat) thuộc nhóm thuốc diệt cơn trùng pyrethroid, hoạt
động như một chất xua đuổi cơn trùng.

Hình 2.4. Cơng thức cấu tạo của permethrin
Tuy nhiên, hoạt tính xua đuổi cơn trùng yếu hơn các hoạt chất khác, đồng thời có tác
động xấu lên hệ thần kinh trung ương. Permethrin được bôi chủ yếu lên màn ngủ hoặc
quần áo để xua đuổi côn trùng. [19]
- PMD và tinh dầu bạch đàn chanh (OLE): sẽ được đề cập đến trong những phần
sau.

.


.

2.2. Tổng quan về PMD và tinh dầu được làm giàu PMD
2.2.1. Tổng quan về PMD
2.2.1.1. Danh pháp, cấu trúc và đồng phân
Tên IUPAC: 2-(2-hydroxypropan-2-yl)-5-methylcyclohexanol.
Tên thông thường: para-menthan-3,8-diol; PMD; menthoglycol; isopulegol hydrat;
neoisopulegol hydrat; isoisopulegol hydrat; neoisoisopulegol hydrat; hydroxy
menthol; cubabeol.
Công thức phân tử: C10H20O2
Phân tử lượng: 172,27
Công thức cấu tạo:

Đánh số theo IUPAC

Đánh số theo tên thơng thường

Hình 2.5. Cơng thức cấu tạo và cách đánh số trên cấu trúc PMD
Cấu trúc PMD có vịng cyclohexan và ba nhóm thế khác nhau ở vị trí 1,3 và 4 tạo ba
trung tâm bất đối. Chính vì vậy, PMD có đồng phân lập thể cis/trans và tám đồng
phân quang học. Mặc dù PMD có 3 nhóm thế khác nhau ở vị trí 1,3 và 4 trong cấu
trúc, nhưng để đơn giản trong việc gọi tên, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đều đề
cập dạng 3,4-cis-PMD và 3,4-trans-PMD (lần lượt được gọi ngắn gọn là cis-PMD và
trans-PMD). Chính vì vậy, trong luận văn này khi đề cập dạng cis- hay trans-PMD
tức có nghĩa là dạng 3,4-cis-PMD và 3,4-trans-PMD tương ứng. Các kí hiệu đưa ra
theo Bảng 2.1.

.


.

Bảng 2.1. Các đồng phân lập thể của PMD

(ta)

(ta’)

(tb)

(tb’)

trans-PMD

(ca)

(ca’)

(cb)

(cb’)

cis-PMD

2.2.1.2. Tính chất lý hóa
Khối lượng riêng: 0,989 g/cm3 [14]
Chất rắn ở nhiệt độ thường [14]
PMD có mùi thơm giống menthol, cho cảm giác mát lạnh và khơng có xu hướng hịa
tan nhựa. [14]
2.2.1.3. Nguồn gốc
PMD là một monoterpen có nguồn gốc tự nhiên và có thể tìm thấy ở một số lồi thực
vật ví dụ như trong tinh dầu lá cây bạch đàn chanh [17]. PMD có tám đồng phân
quang học (Bảng 2.1), nhưng chỉ có 4 đồng phân ca, ca’, ta và ta’ bắt nguồn từ tự
nhiên, còn các đồng phân khác từ tổng hợp [19]. Nhóm các chất PMD và sản phẩm
tinh dầu chứa PMD được xếp vào nhóm các chất xua đuổi côn trùng nguồn gốc sinh
học. [38]
2.2.1.4. Tác dụng xua đuổi muỗi và một số côn trùng khác
Nhiều nghiên cứu cho thấy PMD là một chất xua đuổi cơn trùng rất hữu ích, thích
hợp cho những người muốn giảm thiểu tiếp xúc với hóa chất độc hại và là một hoạt
chất xua đuổi muỗi có khả năng bảo vệ và sử dụng lâu dài. Trong một thử nghiệm
được tiến hành với mức độ lặp lại cao và tần suất cắn lớn (27 - 68 phát cắn/5 phút) sử
dụng muỗi Aedes melanimon và Aedes vexans, PMD với hàm lượng 10% tạo ra sự
bảo vệ hoàn toàn từ 0 - 4,5 giờ, PMD 20% tạo ra sự bảo vệ từ 2 giờ đến hơn 8 giờ
[14]. Thêm vào đó, nghiên cứu của Yuwadee Trongtokit và cs cho thấy các sản phẩm
chứa PMD 20-30% cho tác động xua đuổi muỗi Anopheles stephensi trong 11-12 giờ
với liều bôi 2,6 g cho chân [50]. Ngoài ra, các nghiên cứu khác chứng minh PMD có

.


Bản quyền tài liệu thuộc về Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh.

8

hiệu quả xua đuổi muỗi Anophele, Aedes, và Culex; ruồi (Stomoxys calcitrans); các
loài Culicoides; ve Ixodes ricinus và các loài ruồi trâu. [14]
Khi so sánh hiệu quả của PMD với DEET, các nghiên cứu cho nhiều kết luận khác
nhau. Barbara Colucci và cs cho thấy PMD 15% và DEET 15% cho tác động bảo vệ
không bị đốt bất kì vết nào (bảo vệ hồn tồn) từ muỗi Aedes aegypti, Anopheles
stephensi và Culex quinquefasciatus kéo dài ít nhất 6 giờ, trong đó DEET có hiệu quả
cao hơn một chút [12]. Trong cùng nồng độ sử dụng 0,1% và 1%, Yoshinori Asakawa
và cs đã chứng minh hiệu quả xua đuổi muỗi Aedes albopictus của trans-PMD (ta)
hơn DEET [6]. Scott P. Carroll và cs cho thấy hiệu quả bảo vệ hồn tồn khỏi muỗi
Aedes aegypti đốt trong phịng thí nghiệm của PMD 20-26% kéo dài trên 5 giờ, gấp
2,5 lần so với PMD 10%, trong khi đó thời gian bảo vệ hoàn toàn của DEET 10% là
2 giờ và DEET 30% là 8 giờ. Cũng trong cùng nghiên cứu, nhóm của Scott và cs ghi
nhận hiệu quả bảo vệ hoàn toàn khỏi muỗi đốt khi tiến hành bên ngoài phịng thí
nghiệm của PMD 20-26% so với DEET 20% là gần như nhau [10].
Tất cả 8 đồng phân của PMD đều cho hiệu quả xua đuổi côn trùng [14]. Trong bằng
sáng chế của nhóm Bryan David Lett và cs có đề cập đồng phân cis-PMD có hoạt
tính hơn đồng phân trans-PMD, tuy nhiên khi lựa chọn nguồn nguyên liệu PMD cần
cân nhắc vì hỗn hợp đồng phân cis/trans-PMD có lợi về mặt kinh tế hơn đồng phân
cis-PMD [34]. Stephen S. Barasa và cs đã chứng minh hiệu quả xua đuổi muỗi A.
gambiae s.s. của các đồng phân quang học PMD ta, ta’, ca, ca’, hỗn hợp (ta + ta’),
hỗn hợp (ca + ca’), hỗn hợp (ta + ta’ + ca +ca’) ở các nồng độ khác nhau từ 0,001%
đến 1% khác biệt nhau khơng có ý nghĩa thống kê [7].
PMD đã được đăng ký là thành phần có hoạt tính tại Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

(United States Environmental Protection Agency-EPA) vào năm 2000 và ở Cơ quan
quản lý dịch hại Canada (Canadian Pest Management Regulatory Agency) vào năm
2002. Trung tâm kiểm sốt và phịng ngừa dịch bệnh Hoa Kỳ (U.S. Centers for
Disease Control and Prevention) đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng của PMD năm

.