Khóa luận: Cải tiến phản ứng trong quy trình tổng hợp Rilpivirin - Lê Hương Lan

Khóa luận phân tích, cải tiến phản ứng trong quy trình tổng hợp Rilpivirin. Cung cấp kết quả thực nghiệm và phương pháp tổng hợp hóa dược chi tiết.

• Tác giả: Lê Hương Lan
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Giang
• Trường học: Trường Đại Học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Dược
• Đề tài: Cải Tiến Một Số Phản Ứng Trong Quy Trình Tổng Hợp Rilpivirin
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Rilpivirin và tầm quan trọng của cải tiến quy trình tổng hợp

Rilpivirin là một thuốc kháng retrovirus (ARV) thuộc nhóm ức chế enzyme phiên mã ngược không nucleosid (NNRTIs), được sử dụng rộng rãi trong điều trị HIV/AIDS. Việc cải tiến quy trình tổng hợp rilpivirin không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm chi phí và tác động môi trường. Những tiến bộ trong hóa dược hiện đại đòi hỏi phải tối ưu hóa các bước phản ứng chính, đặc biệt là các phản ứng tạo nên các chất trung gian quan trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của quy trình thông qua việc lựa chọn các phương pháp tổng hợp phù hợp và tối ưu hóa điều kiện phản ứng.

1.1. Đặc điểm và tính chất của Rilpivirin

Rilpivirin có công thức phân tử phức tạp với nhiều nhóm chức năng đặc biệt, cho phép nó ức chế hiệu quả enzyme phiên mã ngược. Dược động học của rilpivirin cho thấy khả năng hấp thu tốt sau uống đường miệng và nồng độ trong huyết thanh duy trì hiệu quả trị liệu. Tính ổn định hóa học và độ sinh khả dụng cao làm cho rilpivirin trở thành một trong những thuốc ARV hiệu quả nhất hiện nay, đặc biệt khi kết hợp với các thuốc khác trong liệu pháp kháng virus (ART).

1.2. Ý nghĩa của cải tiến quy trình sản xuất

Cải tiến quy trình tổng hợp rilpivirin mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành hóa dược. Việc tối ưu hóa các phản ứng hóa học giúp nâng cao hiệu suất, giảm chất thải và chi phí sản xuất. Đặc biệt, những phương pháp mới trong kỹ thuật hóa dược cho phép sản xuất với độ tinh khiết cao hơn, đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc tế. Điều này không chỉ tăng khả năng cấp thuốc mà còn giúp các nước phát triển thế mạnh sản xuất dược phẩm độc lập.

II. Các phương pháp tổng hợp Rilpivirin hiện nay

Có nhiều phương pháp tổng hợp rilpivirin được phát triển bởi các nhà hóa học khác nhau trên thế giới. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng về mặt hiệu suất tổng hợp, số bước phản ứng, chi phí nguyên liệu và độ tinh khiết sản phẩm cuối cùng. Phương pháp của Guillemont và cộng sự (2005) được xem là phương pháp gốc, tạo nền tảng cho những nghiên cứu sau này. Các phương pháp tiếp theo như của Li Jinliang (2013) và Mukund (2016) đã đưa ra những cải tiến đáng kể. Sự lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp phụ thuộc vào mục đích, điều kiện và tài nguyên sẵn có của từng nhóm nghiên cứu.

2.1. Phương pháp của Guillemont 2005 và Li Jinliang 2013

Phương pháp Guillemont bao gồm các bước tổng hợp chất trung gian từ các nguyên liệu ban đầu đơn giản. Phương pháp này sử dụng các phản ứng hóa học cổ điển nhưng được tối ưu hóa. Phương pháp Li Jinliang cải tiến bằng cách giảm số bước phản ứng và sử dụng chất xúc tác hiệu quả hơn, giúp tăng hiệu suất tổng hợp lên 60-70% cho giai đoạn cuối.

2.2. Phương pháp của Mukund 2016 và Lewi 2009

Phương pháp Mukund tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật tổng hợp xanh với các chất dung môi thân thiện môi trường. Phương pháp Lewi nhấn mạnh việc kiểm soát chính xác các điều kiện phản ứng như nhiệt độ và áp suất. Cả hai phương pháp đều hướng tới mục tiêu cải tiến quy trình với chi phí thấp hơn và tác động môi trường tối thiểu.

III. Tổng hợp các chất trung gian khoá trong quy trình

Các chất trung gian đóng vai trò quan trọng trong quy trình tổng hợp rilpivirin. Một trong những chất trung gian khoá là (E)-3-(4-amino-3,5-dimethylphenyl)acrylonitril hydrochloride, được tổng hợp thông qua một số phản ứng hóa học quan trọng. Phản ứng Heck và phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons là hai phương pháp chính để tổng hợp các chất trung gian này. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp chất trung gian ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Sự tối ưu hóa các điều kiện phản ứng cho từng bước giúp đạt được hiệu suất cao nhất với độ tinh khiết tối ưu.

3.1. Phản ứng Heck trong tổng hợp chất trung gian

Phản ứng Heck là một phản ứng chuyển hóa có xúc tác sử dụng palladium làm chất xúc tác chính. Phản ứng này giúp tạo ra liên kết carbon-carbon giữa các hợp chất thơm và các alkene. Trong tổng hợp rilpivirin, phản ứng Heck được sử dụng để kết nối nhóm dimethylamino với chuỗi acrylonitril. Điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất và loại chất dung môi cần được kiểm soát chặt chẽ để đạt hiệu suất 70-85%.

3.2. Phản ứng Horner Wadsworth Emmons và phương pháp khác

Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) cung cấp một cách thay thế để tạo ra các liên kết C=C với định hướng cao. Phương pháp này sử dụng phosphonate làm chất thử nghiệm và bazơ mạnh để tạo ra các ylen. Trong cải tiến quy trình, phản ứng HWE thường cho hiệu suất cao hơn và độ tinh khiết tốt hơn so với phản ứng Wittig truyền thống.

IV. Phân tích kết quả và kiến nghị cải tiến

Những kết quả thực nghiệm từ các phương pháp tổng hợp khác nhau cho thấy có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Phân tích phổ (IR, MS, NMR) xác nhận cấu trúc của các chất trung gian và sản phẩm cuối cùng. Các chỉ tiêu chất lượng như nhiệt độ nóng chảy, giá trị Rf (trong sắc ký lớp mỏng) đều cho thấy độ tinh khiết cao. Việc kiểm tra độ tinh khiết bằng HPLC xác nhận rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc tế. Những kiến nghị cải tiến tiếp theo bao gồm việc tối ưu hóa quy mô từ phòng thí nghiệm lên sản xuất công nghiệp.

4.1. Đánh giá kết quả và bàn luận về các phản ứng

Bàn luận về các phản ứng hóa học chỉ ra rằng việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian phản ứng là yếu tố quan trọng nhất. Hiệu suất tổng hợp trung bình đạt khoảng 65-75% cho các phương pháp cải tiến. Phổ quang học (IR, MS, NMR) cung cấp bằng chứng rõ ràng về cấu trúc phân tử chính xác. Những dữ liệu này cho phép so sánh định lượng giữa các phương pháp khác nhau.

4.2. Kiến nghị và hướng phát triển tương lai

Để cải tiến quy trình tổng hợp rilpivirin tiếp theo, cần tập trung vào các khía cạnh: (1) sử dụng chất xúc tác nano để tăng hiệu suất và giảm chi phí; (2) áp dụng hóa học xanh bằng cách thay thế chất dung môi hữu cơ bằng nước hay chất dung môi thân thiện môi trường; (3) tối ưu hóa quy mô cho sản xuất công nghiệp với kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ HIV (Human Immunodeficiency Virus) là một loại virus gây suy giảm chức năng của hệ miễn dịch ở người. Nếu không được điều trị, HIV có thể tiến triển thành hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (AIDS - Acquired Immunodeficiency Syndrome), là giai đoạn cuối của nhiễm HIV. Do đó, AIDS được xem là một trong những bệnh lý nghiêm trọng, có khả năng đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng [1]. Tính đến năm 2023, ước tính có khoảng 39,9 triệu người đang sống chung với HIV trên toàn cầu.

Trong số này, 38,6 triệu là người trưởng thành (≥ 15 tuổi) và 1,4 triệu là trẻ em (< 15 tuổi). Đáng chú ý, phụ nữ và trẻ em gái chiếm khoảng 53% tổng số ca nhiễm. HIV phân bố không đồng đều và tiếp tục có sự thay đổi đáng kể giữa các quốc gia và khu vực khác nhau [2]. Trong số các nhóm thuốc kháng retrovirus (ARV), các thuốc ức chế enzym phiên mã ngược không nucleosid (NNRTIs – Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors) đóng vai trò quan trọng.

NNRTIs hoạt động bằng cách gắn vào enzym phiên mã ngược – một enzym thiết yếu mà HIV cần để sao chép vật liệu di truyền của mình, từ đó làm bất hoạt chức năng của enzym này. Một số NNRTIs điển hình bao gồm doravirin, efavirenz, nevirapin và rilpivirin. RPV được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt vào năm 2011 cho mục đích điều trị HIV, do công ty Tibotec sản xuất. So với các NNRTI thế hệ đầu, rilpivirin có hiệu lực kháng virus cao hơn, thời gian bán thải kéo dài hơn và ít tác dụng phụ hơn, góp phần nâng cao hiệu quả và khả năng tuân thủ điều trị của bệnh nhân [3].

Tại Việt Nam, nhóm thuốc NNRTI đã được đưa vào sử dụng và hiện đang đóng vai trò quan trọng trong các phác đồ điều trị HIV/AIDS bằng thuốc kháng retrovirus. Tuy nhiên, phần lớn các thuốc thuộc nhóm này, bao gồm cả rilpivirin vẫn đang trong thời gian được bảo hộ độc quyền. Bên cạnh đó, các nghiên cứu trong nước về tổng hợp hóa dược và bào chế các thuốc kháng retrovirus, đặc biệt là NNRTI, còn tương đối hạn chế. Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết trong việc tiến tới tự chủ nguyên liệu dược và phục vụ công tác nghiên cứu, phát triển sản phẩm trong tương lai khi các thuốc hết hạn bảo hộ, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu cải tiến một số phản ứng trong quy trình tổng hợp rilpivirin”.

Mục tiêu chính của đề tài là: Tổng hợp chất trung gian (E)-3-(4-amino-3,5-dimethylphenyl)acrylonitril hydroclorid (A.HCl) từ nguyên liệu ban đầu là mesitylen và cải tiến một số phản ứng để nâng cao hiệu suất.1 Tổng quan về rilpivirin 1.1 Đặc điểm chung của rilpivirin Rilpivirin là một thuốc ức chế enzym phiên mã ngược không nucleosid thế hệ thứ hai (NNRTI) được sử dụng để điều trị nhiễm HIV-1 ở những bệnh nhân chưa từng điều trị [4]. Đây là dẫn xuất diarylpyrimidin (DAPY). Tính linh hoạt về cấu trúc và vị trí liên kết tương tác bên trong của rilpivirin mang lại hiệu lực rất cao và làm giảm khả năng kháng thuốc so với các NNRTI khác [5]. Rilpivirin được phát triển bởi công ty dược phẩm Tibotec (Hoa Kỳ) và chính thức được FDA phê duyệt vào ngày 20 tháng 5 năm 2011 để sử dụng trong điều trị nhiễm HIV.

Điểm nổi bật của rilpivirin là hoạt tính kháng virus cao, mạnh gấp khoảng ba lần so với etravirin – một NNRTI thế hệ trước. Ngoài ra, rilpivirin có ưu điểm là liều dùng thấp uống viên 25 mg/1 lần/ngày giúp giảm dùng thuốc và là sự lựa chọn tốt cho bệnh nhân [6]. Rilpivirin có các đặc điểm sau: • Tên khoa học: - Dạng base: 4-[[4-[4-[(E)-2-cyanoethenyl]-2,6-dimethylanilino]pyrimidin-2- yl]amino]benzonitril. - Dạng muối: 4-[[4-[4-[(E)-2-cyanoethenyl]-2,6-dimethylanilino]pyrimidin-2- yl]amino]benzonitril monohydroclorid.

• Công thức cấu tạo: Hình 1. Công thức cấu tạo của rilpivirin Các nghiên cứu khoa học chỉ ra rằng hoạt tính sinh học của rilpivirin mạnh nhất khi nó ở dạng đồng phân (E), do cấu hình phân tử này phù hợp với phần hoạt tính của enzym mục tiêu [7]. • Công thức phân tử: - Dạng base: C22H18N6 – 366,42 đvC. - Dạng muối monohydroclorid: C22H19ClN6 – 402,89 đvC.2 Tính chất lý hóa Dựa trên các tài liệu tham khảo [8], [9], [10], [11], [12] đưa ra được một số tính chất của rilpivirin như sau: 2 • Dạng base: - Cảm quan: Bột tinh thể màu vàng nhạt.

- Nhiệt độ nóng chảy: 241-243°C. - Độ tan: Dễ tan trong DMSO (> 50 mg/mL); tan vừa phải trong PEG 400 (40 mg/mL); thực tế không tan trong nước (20 mg/mL, pH 7. - Hằng số phân ly: pKa = 5,6. - Hệ số phân bố octanol/nước: logP = 4,86.

• Dạng muối: - Cảm quan: Bột kết tinh màu trắng. - Nhiệt độ nóng chảy: 315°C. - Độ tan: Không tan trong nước ở khoảng pH rộng, không tan trong ethanol, dễ tan trong DMSO, với độ hòa tan khoảng 81 mg/mL (201,05 mM). - Hệ số phân bố octanol/nước: logP = 4,53.3 Tiêu chuẩn kiểm nghiệm rilpivirin Tiêu chuẩn kiểm nghiệm rilpivirin monohydroclorid: Cảm quan, cấu trúc tinh thể, định tính bằng IR, định tính clorid theo dược điển Châu Âu, định lượng dược chất, hàm lượng tạp (HPLC), giới hạn dung môi tồn dư (GC), độ ẩm, kích thước tiểu phân, kim loại nặng, tro sulfat [13].4 Biệt dược Edurant (Janssen-Cilag Ltd): viên nén bao phim rilpivirin hydroclorid 25 mg.

Eviplera (Gilead Science Ltd): viên nén bao phim dạng phối hợp 200 mg emtricitabin, 25 mg rilpivirin hydroclorid và 245 mg tenofovir disoproxil fumarat. Juluca (ViiV Healthcare UK Ltd): viên nén bao phim chứa natri dolutegravir tương đương với 50 mg dolutegravir và rilpivirin hydroclorid tương đương với 25 mg rilpivirin.5 Dược động học Rilpivirin đạt nồng độ đỉnh trong huyết tương sau 4-5 giờ khi dùng đường uống và có AUC trung bình là 2235 ± 851 ng*h/mL. Liều 25 mg đạt Cmax là 247 ng/mL ở người khỏe mạnh và 138,6 ng/mL ở bệnh nhân nhiễm HIV-1. Thức ăn làm tăng hấp thu của rilpivirin; nhịn ăn hoặc chỉ uống đồ uống dinh dưỡng giàu protein làm giảm đáng kể hấp thu.

Ở bệnh nhân HIV-1, thể tích phân bố biểu kiến ở khoang trung tâm là 152-173 L. Rilpivirin liên kết > 99% với protein huyết tương, thường gặp nhất là albumin. Rilpivirin trải qua quá trình chuyển hóa oxy hóa bởi hệ thống enzyme CYP3A4 và CYP3A5 ở gan thành các chất chuyển hóa hydroxyl hóa M1, M2, M3 và M4. Với thời gian bán thải cuối cùng là 34-55 giờ, 85% thuốc được thải trừ qua phân (25% dưới dạng rilpivirin không đổi) và 6,1% qua nước tiểu (gần như chỉ dưới dạng chất chuyển hóa) [14].6 Chỉ định, chống chỉ định và liều dùng a.

Chỉ định: Rilpivirin, kết hợp với các thuốc khác, được chỉ định để điều trị nhiễm HIV-1 ở bệnh nhân từ 2 tuổi trở lên và cân nặng ít nhất 14 kg, chưa từng điều trị bằng ART, với tải lượng virus HIV-1 ARN ≤ 100.000 đơn vị/mL và số lượng tế bào CD4+ > 200 tế bào/mm3 khi bắt đầu điều trị. Phê duyệt của FDA về phác đồ kết hợp rilpivirin và dolutegravir được chỉ định cho người lớn và thanh thiếu niên từ 12 tuổi trở lên, cân nặng ít nhất 35 kg, nhiễm HIV-1 và có virus hiện đang được kiểm soát (< 50 đơn vị/mL) trên một phác đồ ổn định trong ít nhất 6 tháng, không có tiền sử thất bại điều trị và không có đột biến kháng thuốc đã biết liên quan đến bất kỳ thành phần nào trong hai thuốc của phác đồ [15]. Rilpivirin kết hợp với cabotegravir được chỉ định như một phác đồ hoàn chỉnh để điều trị nhiễm HIV-1 ở người lớn và thanh thiếu niên từ 12 tuổi trở lên và cân nặng ít nhất 35 kg - để thay thế phác đồ kháng retrovirus hiện tại ở những bệnh nhân đang đạt được sự kiểm soát virus ở mức không phát hiện được (HIV-1 ARN < 50 bản sao/mL) trên một phác đồ kháng retrovirus ổn định, không có tiền sử thất bại điều trị và không có kháng thuốc đã biết hoặc nghi ngờ đối với cabotegravir hoặc rilpivirin [16]. Chống chỉ định Quá mẫn cảm với bất kì thành phần nào của thuốc.

Dùng đồng thời với các thuốc (ví dụ, thuốc gây cảm ứng CYP như phenobarbital, dexamethason, oxcarbazepin, phenytoin hoặc carbamazepin) có thể làm giảm đáng kể nồng độ rilpivirin trong huyết tương dẫn đến mất đáp ứng với virus, có thể kháng thuốc và kháng chéo với các NNRTI khác. Chống chỉ định với các thuốc làm tăng pH của dạ dày (ví dụ, esomeprazol, lansoprazol, omeprazol, pantoprazol, rabeprazol) có thể làm giảm sự hấp thu rilpivirin và dẫn đến giảm nồng độ rilpivirin trong huyết tương [17]. Liều dùng Liều uống khuyến cáo cho người lớn và trẻ em có cân nặng ít nhất 25 kg là 1 viên 25 mg, uống một lần mỗi ngày cùng với bữa ăn. Nếu bệnh nhân quên uống một liều rilpivirin trong vòng 12 giờ kể từ thời điểm thường uống, bệnh nhân phải uống thuốc cùng với bữa ăn càng sớm càng tốt và tiếp tục lịch dùng thuốc bình thường.

Nếu bệnh nhân quên uống một liều rilpivirin quá 12 giờ, bệnh nhân không nên uống liều đã quên mà phải tiếp tục dùng thuốc theo lịch trình thông thường [18].7 Tác dụng không mong muốn và thận trọng Các tác dụng phụ phổ biến nhất của rilpivirin bao gồm trầm cảm (4%), đau đầu (3%), mất ngủ (3%), tăng AST (2%, độ 3 trở lên) và ALT (19%), ý định tự tử (4 – 8%) và phát ban (3%). Dùng đồng thời với các NNRTI khác có thể làm tăng hoặc giảm nồng độ rilpivirin; tránh dùng với các NNRTI khác. Có thể làm tăng nguy cơ mắc chứng rối loạn trầm cảm. Bệnh nhân có tiền sử viêm gan B hoặc C, hoặc tăng transaminase đáng kể trước khi điều trị có thể có nguy cơ cao hơn; cần theo dõi nguy cơ độc tính gan trước khi bắt đầu và trong quá trình điều trị.

Sự phân bố lại hoặc tích tụ mỡ cơ thể đã được quan sát ở bệnh nhân điều trị bằng liệu pháp kháng retrovirus, bao gồm: béo phì trung tâm, phì đại mỡ vùng lưng cổ (bướu trâu), teo mỡ ngoại vi, teo mỡ mặt, tăng kích thước ngực và “ngoại hình giống hội chứng Cushing”. Hội chứng tái cấu trúc miễn dịch: trong giai đoạn đầu của điều trị ART kết hợp, những bệnh nhân có hệ thống miễn dịch đáp ứng có thể phát triển phản ứng viêm đối với các bệnh nhiễm trùng cơ hội tiềm ẩn hoặc còn sót lại (ví dụ, phức hợp Mycobacterium avium, cytomegalovirus (CMV), viêm phổi do Pneumocystis, bệnh lao). Các phản ứng da và dị ứng nghiêm trọng đã được báo cáo, gồm các trường hợp phản ứng thuốc kèm tăng bạch cầu ái toan và triệu chứng toàn thân (DRESS) với các phác đồ chứa rilpivirin. Ngừng điều trị ngay lập tức nếu xảy ra phản ứng dị ứng hoặc phát ban kèm triệu chứng toàn thân hoặc tăng men gan trong huyết thanh.

Theo dõi chặt chẽ tình trạng lâm sàng của bệnh nhân, bao gồm xét nghiệm sinh hóa chức năng gan [19].