ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư phổi là loại ung thư hay gặp, khó phát hiện, kết quả điều trị thấp do phần lớn bệnh nhân được phát hiện ở giai đoạn muộn. Theo thống kê, mỗi năm trên thế giới có khoảng 2,09 triệu người mắc mới và 1,76 triệu người tử vong do ung thư phổi [5]. Tại Việt Nam, ung thư phổi là nguyên nhân gây tử vong thứ hai ở cả nam và nữ (chỉ sau ung thư gan), đặc biệt, ung thư phổi không tế bào nhỏ chiếm 85% [1]. Năm 2018, Việt Nam có thêm hơn 23.000 người mắc ung thư phổi, hơn 20.000 trường hợp tử vong và con số ấy có thể tăng lên mỗi năm.
Trong nhiều năm gần đây, những tiến bộ trong điều trị dựa trên sinh học phân tử đã mở ra triển vọng cải thiện kết quả điều trị ung thư phổi. Các thuốc điều trị có tác dụng tại đích cho hiệu quả cao nhờ tính chọn lọc trên từng cá thể và hạn chế độc tính trên tuỷ xương so với thuốc gây độc tế bào. Trong đó, các dẫn xuất quinazolin có khả năng ức chế thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu mô (EGFR), được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu tổng hợp thuốc điều trị ung thư phổi [7]. Sự ra đời của afatinib (biệt dược Giotrif/Gilotrif) có ý nghĩa rất lớn đối với bệnh nhân ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) với các đột biến có thể di căn đến các cơ quan khác trong cơ thể [15], [19].
Nhờ có cấu trúc quinazolin điển hình, thuốc ức chế không thuận nghịch thụ thể EGFR của tyrosin-kinase, cho hiệu quả điều trị cao và đã được FDA công nhận [18]. Tuy nhiên giá thuốc lại quá đắt, khoảng 700 nghìn đồng/ 1 viên, hộp 30 viên 40 mg và các nghiên cứu tổng hợp afatinib hiện chưa được công bố tại Việt Nam. Afatinib có cấu tạo gồm khung quinazolin và các nhóm thế, trong đó nhóm ether bất đối tại vị trí carbon số 7 là một trong những nhóm thế có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tác dụng dược lý của thuốc. Chính vì vậy, việc nghiên cứu phản ứng tạo hợp chất trung gian (S)-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitro- 7((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-amin (7) trong quy trình tổng hợp afatinib là cần thiết.
Việc gắn nhóm thế ether vào khung quinazolin có thể theo nhiều phương pháp khác nhau và ảnh hưởng lớn đến hiệu suất toàn quy trình [21]. Dựa trên nguồn nguyên liệu sẵn có là dẫn chất aryl sulfon và aryl fluorid được tổng hợp tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghiệp Dược, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu phản ứng tạo trung gian (S)-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitro-7((tetrahydrofuran-3- yl)oxy)quinazolin-4-amin trong quy trình tổng hợp afatinib”. Với mục tiêu: 1 Tổng hợp được chất trung gian (S)-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitro- 7((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-amin theo hai phương pháp: từ dẫn chất aryl sulfon và từ dẫn chất aryl fluorid. Giới thiệu đôi nét về afatinib 1.
Khái quát về afatinib Afatinib là thuốc điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ có tác dụng tại đích, được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cấp phép từ tháng 7 năm 2013 [14]. Afatinib được sử dụng dưới dạng muối dimaleat với các đặc điểm sau: - Cấu tạo phân tử: Hình 1. Công thức cấu tạo của afatinib dimaleat - Tên khoa học: (E)-N-[4-(3-cloro-4-fluoroanilino)-7-[(3S)-oxolan-3-yl] oxyquinazolin-6-yl]-4-(dimethylamino)but-2-enamid, (2Z)-2-butendioat. - Công thức phân tử: C32H33ClFN5O11.
- Phân tử khối: 718,09 đvC. - Phân lớp sinh dược học (BCS): Afatinib có thể chia vào nhóm 1 (độ tan cao, tính thấm cao) hoặc nhóm 3 (độ tan cao, tính thấm kém) [22]. Ứng dụng của afatinib trong điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ Biệt dược Afatinib có biệt dược Giotrif/ Gilotrif do tập đoàn Boehringer-Ingelheim (Đức) nghiên cứu và sản xuất. Thuốc có dạng bào chế dùng qua đường uống bao gồm viên nén bao phim hàm lượng tương đương 20, 30, 40 hoặc 50 mg [6].
Chỉ định Afatinib là thuốc ức chế mạnh, có chọn lọc và không thuận nghịch tyrosin-kinase (TKI) họ thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu mô (EGFR hay còn gọi là ErbB). Ngoài ra, 3 afatinib còn có tác dụng ức chế EGFR T790M - dạng đột biến đã kháng với các chất ức chế EGFR thế hệ 1 [8]. Chính vì vậy, afatinib được chỉ định đầu tay cho đơn trị liệu bệnh nhân ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) với các trường hợp [9]: - NSCLC tiến triển tại chỗ hoặc di căn có đột biến thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì EGFR (mất exon 19 hoặc đột biến thay thế exon 21, theo test của FDA). - NSCLC tiến triển tại chỗ/di căn có phát triển mô vảy trong/sau hóa trị liệu platin.
- NSCLC di căn đột biến EGFR dạng L861Q, G719X và S768I (theo test của FDA). Liều dùng Liều dùng thông thường đối với người lớn mắc bệnh ung thư phổi không phải tế bào nhỏ là 40 mg, 1 lần/ngày cho điều trị bước một hoặc cho bệnh nhân chưa được điều trị trước đó bằng EGFR tyrosin-kinase. Liều dùng cho trẻ em chưa được nghiên cứu và quyết định. Cách dùng Uống cả viên thuốc với nước, không bẻ, không nhai viên.
Không uống cùng thức ăn (ít nhất 1 giờ trước hoặc 2 giờ sau bữa ăn). Không ăn ít nhất 3 giờ trước hoặc ít nhất 1 giờ sau khi uống. Thời gian điều trị Cho đến khi bệnh tiến triển hoặc bệnh nhân không còn khả năng đáp ứng thuốc. Một số phương pháp tổng hợp afatinib Cho đến nay, có nhiều phương pháp tổng hợp afatinib của các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới được biết đến như: - Phương pháp của Frank Himmelsbach và cộng sự (2002) đi từ acid 2-amino-4- fluoro-5-nitrobenzoic [11].
Đây được xem như nghiên cứu đầu tiên tổng hợp được afatinib, tuy nhiên hiệu suất toàn quy trình chưa cao. - Phương pháp của Juergen Schroeder và cộng sự (2007) đi từ acid 2-amino-4- clorobenzoic [12]. Phương pháp đi qua 9 giai đoạn, sản phẩm tạo thành là afatinib dimaleat cho hiệu suất cao hơn, cải tiến nhiều tác nhân so với phương pháp của Frank Himmelsbach và quy mô lớn (8,11 kg). Quy trình tổng hợp như sau: 4 Hình 1.
Quy trình tổng hợp afatinib theo Juergen Schroeder và cộng sự (2007) - Phương pháp của Xuenong Xu và cộng sự qua đi từ methyl 3-amino-4- hydroxybenzoat (2014) hay từ 4-cyanophenol (2015) với đặc điểm chung nguyên liệu đều là các dẫn chất phenol [23], [24]. Hiệu suất của phản ứng cao nhưng giai đoạn tạo cầu nối ether được thực hiện trước giai đoạn amin hóa và gắn nhóm amid nên phải sử dụng lượng lớn alcol bất đối, làm tăng giá thành so với hai phương pháp đầu. Hiện nay ở Việt Nam, các quy trình nghiên cứu tổng hợp afatinib còn chưa được công bố mặc dù công trình này có nhiều ý nghĩa thực tiễn. Chính vì vậy việc nghiên cứu tổng hợp thành công phân tử afatinib cũng như các hợp chất trung gian tạo nên phân tử này là rất cần thiết.
Phân tích và lựa chọn phương pháp tổng hợp (S)-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)- 6-nitro-7((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-amin (7) Từ tổng quan các phương pháp tổng hợp afatinib, có thể thấy hầu hết các quy trình đều đi qua phản ứng ether hóa gắn nhóm alcol bất đối ở vị trí carbon C-7 của khung quinazolin và tạo thành hợp chất trung gian (S)-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitro- 7((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-amin (7). 7 Có nhiều cách gắn nhóm alcol bất đối vào khung amin quinazolin để tổng hợp chất trung gian ether này. Tuy nhiên, các phương pháp được thực hiện hầu như đi qua hai giai đoạn gồm: giai đoạn đầu: tạo alcolat từ alcol bất đối và một base mạnh; tiếp theo là giai đoạn ether hóa alcolat với dẫn chất aryl sulfon, aryl fluorid hoặc dẫn chất phenol của nhân quinazolin. Phương pháp tạo ether từ dẫn chất aryl sulfon Đây là phương pháp tạo trung gian ether dựa theo quy trình tổng hợp afatinib dimaleat của Juergen Schroeder và cộng sự (2007).
Quy trình tổng hợp: Theo sơ đồ trình bày ở hình 1.6, phương pháp này đi từ nguyên liệu ban đầu là dẫn chất aryl clorid 10, qua phản ứng ngưng tụ tạo dẫn chất quinazolin-4-on. Tiếp theo đó là phản ứng cloro hóa và gắn nhóm amin thơm ở vị trí carbon số 4. Tuy nhiên trước khi thực hiện phản ứng ether hóa tạo (S)-N-(3-cloro-4- fluorophenyl)-6-nitro-7((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-amin (7) sẽ đi qua bước tạo trung gian aryl sulfon. Hợp chất 7 được tạo thành từ dẫn chất N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-7- phenylsulfonyl-6-nitroquinazolin-4-amin (14) cho hiệu suất phản ứng đạt 89,6% [12].
Sơ đồ tổng hợp trung gian ether 7 theo J. Schroeder và cộng sự (2007) Nhận xét: Quy trình tổng hợp ether 7 theo J. Schroeder có nhiều ưu điểm như đi từ nguyên liệu ban đầu là dẫn chất cloro tương đối rẻ, lượng alcol sử dụng ít nên giá thành thấp. Nguyên liệu dễ kiếm và hiệu suất riêng của phản ứng ether hóa khá cao nên có thể áp dụng trong quy mô công nghiệp.
Tuy nhiên phương pháp đi qua giai đoạn tạo sulfon nên số giai đoạn nhiều hơn các phương pháp khác. Sau này đã có thêm một số nghiên cứu khác được thực hiện bằng cách thay đổi các điều kiện về xúc tác, dung môi… trong phản ứng tổng hợp 7 theo phương pháp của Juergen Schroeder và cộng sự. - Nghiên cứu của nhóm tác giả Trung Quốc X. Zhang và cộng sự (2013), sử dụng base NaH trong dung môi DMF ở nhiệt độ 0-20oC để tạo ether 7 từ 14 và 6.
Tuy nhiên, quy trình và hiệu suất phản ứng chưa được công bố [27]. Sơ đồ tổng hợp trung gian ether 7 từ dẫn chất sulfon với base NaH/DMF 7 - Nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc Feng Xiaoqing và các cộng sự năm 2017 đã tiến hành phản ứng tạo 7 từ dẫn chất aryl clorid, muối sulfonat và alcol; đi qua hai giai đoạn cho hiệu suất đạt 97,8% [10]. Sơ đồ phản ứng như sau: Hình 1. Sơ đồ tổng hợp ether 7 từ dẫn chất aryl clorid Phản ứng gồm hai quá trình: Giai đoạn đầu là phản ứng sulfon hóa của aryl clorid (14a) với natri benzensulfonat ở 90oC.
Tiếp theo là tạo alcolat từ 6 và t-BuOK trong DMF, làm lạnh ở 0oC. Sau đó, phối hợp hai phản ứng ở 30oC thu được sản phẩm 7 [10]. Đây có thể xem như phản ứng onepot, cải tiến từ phương pháp tạo ether của Juergen Schroeder và cộng sự (2007). Tuy nhiên, phương pháp này của Feng Xiaoqing và cộng sự đòi hỏi thời gian phản ứng lâu, cần kiểm soát nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng.
Trong các quy trình tổng hợp afatinib, ngoài các phản ứng đi quan trung gian ether 7 từ dẫn chất sulfon của quinazolin-4-amin và alcol bất đối 6 như của Juergen Schroeder và cộng sự, theo tài liệu [6], có thể thực hiện phản ứng ether hóa alcol với dẫn chất quinazolin-4-on. Quy trình này thực hiện phản ứng ether hóa trước và có đi qua giai đoạn tạo trung gian sulfon; sau đó mới thực các phản ứng gắn nhóm amid và amin tương ứng để tổng hợp afatinib. Sơ đồ phản ứng như sau: 8 Hình 1. Sơ đồ tạo ether từ dẫn chất quinazolin-4-on trong tổng hợp afatinib Dẫn chất sulfon của quinazolin-4-on được ether hóa bằng 6 với xúc tác t-BuOK cho (S)-6-nitro-7-((tetrahydrofuran-3-yl)oxy)quinazolin-4-on.
