Khóa luận: Nghiên cứu phản ứng mới tổng hợp dacomitinib - Đào Duy Quí

Khóa luận cử nhân Hóa dược nghiên cứu các phản ứng mới trong tổng hợp Dacomitinib. Tài liệu trình bày các phương pháp, kết quả thực nghiệm và bàn luận.

• Tác giả: Đào Duy Quí
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hải
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Dược
• Đề tài: Nghiên cứu một số phản ứng mới trong tổng hợp Dacomitinib
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp cử nhân
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Dacomitinib Thuốc ức chế tyrosin kinase thế hệ mới

Dacomitinib là một loại thuốc ức chế tyrosin kinase (TKIs) được phát triển nhằm điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC). Thuốc này đã được FDA và EMA phê duyệt, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp dược phẩm hiện đại. Dacomitinib có khả năng ức chế hoạt động của thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR), giúp ngăn chặn sự phát triển của các tế bào ung thư. Cấu trúc hóa học phức tạp của dacomitinib được xây dựng thông qua các phản ứng hóa học tinh vi, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên tắc tổng hợp hữu cơ. Nghiên cứu về các phản ứng mới trong tổng hợp dacomitinib giúp cải thiện hiệu suất sản xuất và giảm chi phí bào chế.

1.1. Cấu trúc hóa học của dacomitinib

Dacomitinib monohydrat có công thức phân tử phức tạp với nhóm quinazolin ở vị trí trung tâm. Cấu trúc này chứa các nguyên tố như carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, và chlorine, được sắp xếp theo một hình dạng không gian đặc biệt. Các nguyên tố này đóng vai trò quan trọng trong việc tương tác với thụ thể EGFR, giúp tăng cường hiệu quả điều trị. Cấu trúc 3D của dacomitinib cho phép nó có tương tác mạnh mẽ và chọn lọc cao với mục tiêu sinh học.

1.2. Tính chất đặc trưng và ứng dụng lâm sàng

Dacomitinib sở hữu những tính chất đặc trưng vượt trội so với các thế hệ TKIs trước đó. Thuốc này có khả năng thấm qua màng tế bào tốt, phân布 rộng trong cơ thể, và có chu kỳ bán thải phù hợp. Ứng dụng lâm sàng của dacomitinib chủ yếu tập trung vào điều trị NSCLC với đột biến EGFR. Nghiên cứu lâm sàng cho thấy dacomitinib mang lại tỷ lệ sống sót tốt và chất lượng cuộc sống được cải thiện.

II. Các phương pháp tổng hợp dacomitinib hiện nay

Tổng hợp dacomitinib là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phản ứng hóa học khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng. Nhóm tác giả Fakhoury S., Kaichao L., và Fumin Z. đã đóng góp những phương pháp đột phá trong lĩnh vực này. Những phương pháp mới này giúp cải thiện hiệu suất tổng hợp, giảm sử dụng chất hóa học độc hại, và tăng khả năng mở rộng quy mô sản xuất. Sự phát triển của các phương pháp tổng hợp mới đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao chất lượng và giảm giá thành sản phẩm cuối cùng.

2.1. Phương pháp tạo trung gian aryl halid

Phương pháp tạo trung gian aryl halid là một trong những phản ứng mới được áp dụng trong tổng hợp dacomitinib. Quá trình này liên quan đến việc chuyển đổi nhóm hydroxy của vòng quinazolin thành nhóm halid (chloro, bromo, iodo). Aryl halid sau đó được sử dụng làm chất trung gian trong các phản ứng tiếp theo. Phương pháp này có hiệu suất cao, chọn lọc tốt, và dễ kiểm soát điều kiện phản ứng. Việc sử dụng các xúc tác thích hợp có thể tăng cường tốc độ và hiệu suất của phản ứng này.

2.2. Phương pháp tạo trung gian tosylat và lưu huỳnh

Tosylat và các chất trung gian lưu huỳnh là những mục tiêu phản ứng quan trọng trong quá trình tổng hợp dacomitinib. Tosyl clorid (TsCl) hoặc mesyl clorid (MsCl) được sử dụng để tạo nhóm tosylat hoặc mesylat, giúp tăng cường tính chất rời khỏi của vị trí thế. Những phương pháp này có thể được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh dung môi, nhiệt độ, và lượng xúc tác. Triethylamin (TEA) thường được sử dụng làm xúc tác để tăng hiệu suất phản ứng.

III. Nghiên cứu phản ứng thế để tạo trung gian DAB NHR

Một trong những phản ứng chính trong tổng hợp dacomitinib là phản ứng thế nucleophilic để tạo chất trung gian DAB-NHR (7-cloro-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitroquinazolin-4-amin). Phản ứng này liên quan đến việc thế nhóm hydroxy của vòng quinazolin bằng nhóm amin từ 3-cloro-4-fluoroanilin. Dacomitinib cuối cùng được hình thành thông qua một loạt các phản ứng tiếp theo từ chất trung gian này. Việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng như tỉ lệ đương lượng nguyên liệu, loại dung môi, nhiệt độ, và lượng xúc tác là rất quan trọng. Khóa luận này đã khảo sát kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Tối ưu hóa tỉ lệ đương lượng và dung môi

Nghiên cứu cho thấy tỉ lệ đương lượng giữa nguyên liệu 4-tosylquinazolin và tác nhân 3-cloro-4-fluoroanilin ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phản ứng. Dung môi được sử dụng cũng đóng vai trò quan trọng, với DMSO, MeCN, và các dung môi khác cho kết quả khác nhau. Việc lựa chọn dung môi thích hợp giúp tăng khả năng hòa tan của chất trung gian, tăng tốc độ phản ứng, và cải thiện hiệu suất tổng thể của quá trình tổng hợp dacomitinib.

3.2. Ảnh hưởng của xúc tác TEA và điều kiện phản ứng

Triethylamin (TEA) được sử dụng làm xúc tác và cơ sở trong phản ứng thế nucleophilic. Lượng TEA ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu suất phản ứng. Các khảo sát được thực hiện để xác định lượng xúc tác tối ưu nhằm đạt hiệu suất cao nhất. Ngoài ra, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng cũng được khảo sát chi tiết. Kết quả cho thấy việc kiểm soát chính xác các điều kiện này sẽ tạo ra chất trung gian DAB-NHR với độ tinh khiết cao.

IV. Kết quả phân tích phổ và đánh giá chất lượng sản phẩm

Phân tích phổ là công cụ quan trọng để xác định cấu trúc và đánh giá độ tinh khiết của các sản phẩm trong quá trình tổng hợp dacomitinib. Các phương pháp phổ NMR (1H-NMR và 13C-NMR), phổ MS (phổ khối lượng), và FT-IR (phổ hồng ngoại) được sử dụng để xác nhận cấu trúc của chất trung gian DAB-NHR. Sắc ký lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết trong quá trình tối ưu hóa phản ứng. Các kết quả phân tích phổ chi tiết được trình bày trong khóa luận, cho thấy sự hình thành thành công của các sản phẩm. Việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp mới này mở ra triển vọng tốt cho sản xuất dacomitinib với chất lượng cao và hiệu quả kinh tế tốt.

4.1. Phổ NMR và xác định cấu trúc sản phẩm

Phổ proton NMR (1H-NMR) cung cấp thông tin chi tiết về số lượng và vị trí của các proton trong phân tử. Phổ carbon NMR (13C-NMR) xác định các loại carbon khác nhau trong cấu trúc. Các hằng số ghép cặp (J) giúp xác định mối liên quan cấu trúc giữa các nguyên tử. Thông qua việc phân tích kỹ lưỡng các dữ liệu phổ NMR, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận một cách chắc chắn cấu trúc của chất trung gian DAB-NHR được tổng hợp thành công.

4.2. Phổ khối lượng và đánh giá độ tinh khiết

Phổ khối lượng (MS) xác định khối lượng phân tử (KLPT) chính xác của sản phẩm, giúp xác nhận công thức phân tử. Các dữ liệu MS kết hợp với kết quả SKLM cho phép đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm. Hiệu suất phản ứng được tính toán dựa trên khối lượng sản phẩm nhận được. Các kết quả cho thấy phương pháp tổng hợp mới đạt được hiệu suất cao, độ tinh khiết tốt, và chất lượng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn yêu cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư phổi đứng thứ hai trong các ca ung thư thường gặp, là nguyên nhân tử vong do ung thư hàng đầu, với tỉ lệ sống sót chỉ khoảng 18,6% [1]. Theo Tổ chức Y tế Thế giới WHO, có 2 loại ung thư phổi chính là ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC, non-small cell lung cancer) và ung thư phổi tế bào nhỏ (SCLC, small cell lung cancer), trong đó NSCLC có tiến triển âm thầm hơn và chiếm tới 85% các ca ung thư phổi [2,3,4]. Tại Việt Nam, ung thư phổi cũng là loại ung thư phổ biến, năm 2022 có thêm 24.426 ca, chiếm 13,5% trong tổng số các ca ung thư mới quốc tế, số ca tử vong lên đến 22. Điều này thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm các loại thuốc điều trị ung thư phổi, thay thế cho các liệu pháp xạ trị và hóa trị bằng paladi truyền thống.

Dacomitinib là một loại thuốc đầu tay được sử dụng trong điều trị NSCLC, thuộc thế hệ thứ hai của các dẫn chất EGFR-TKIs được phát triển nhằm điều trị NSCLC tại đích. Dacomitinib được phê duyệt lần đầu bởi FDA (Mỹ) vào năm 2018 và EMA (châu Âu) vào năm 2019, với các đặc điểm ưu việt hơn thế hệ thứ nhất do khả năng ức chế chọn lọc hơn và không thể đảo ngược [6,7,8]. Dacomitinib được cấu thành bởi khung quinazolin và 3 nhóm thế gồm: nhóm amin thơm chứa clor và fluor, nhóm amid chứa alken và nhóm ether. Nhiều quy trình tổng hợp dacomitinib đã được công bố quốc tế, trong đó nhóm thế amin thơm thường không được gắn vào khung quinazolin trực tiếp mà cần phải thông qua tạo dẫn chất hoạt hóa trung gian, do khả năng tham gia phản ứng SN trực tiếp giữa 3-cloro-4-fluoroanilin với 4-hydroxyquinazolin rất kém, gần như không xảy ra.

Tuy nhiên, các quy trình này chủ yếu sử dụng cùng một phương pháp truyền thống là tạo trung gian aryl halid quá nhạy cảm với độ ẩm và nhiều yếu tố khác [9], yêu cầu phải kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện môi trường trong quá trình tổng hợp. Đối với Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa có độ ẩm cao, áp dụng phương pháp này thực tế sẽ phức tạp và có thể kém hiệu quả hơn. Ngoài ra, ở nước ta còn thiếu những công trình nghiên cứu cụ thể về vấn đề nêu trên nên đề tài: “Nghiên cứu một số phản ứng mới trong tổng hợp dacomitinib” đã được lựa chọn nghiên cứu. Với mục tiêu như sau: Nghiên cứu được một số phản ứng mới trong điều chế 7-cloro-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-6-nitroquinazolin-4-amin của quy trình tổng hợp dacomitinib.

Giới thiệu về dacomitinib 1. Nguồn gốc Dacomitinib (thực tế sử dụng dacomitinib monohydrat, tên thương mại Vizimpro) là một thuốc được sử dụng trong điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ được phát triển bởi Pfizer và đưa vào sử dụng từ năm 2018. Thuộc nhóm thuốc thế hệ thứ 2, dacomitinib được phát triển dùng đường uống như một chất ức chế không thuận nghịch lên enzym EGFR tyrosin kinase thông qua tạo liên kết cộng hóa trị với phần cystein trong vùng hoạt hóa của thụ thể HER (HER1, HER2, HER4) [10]. Được FDA chấp thuận năm 2018 [11] và EMA năm 2019 [12], thuốc được lưu hành thương mại dưới dạng bào chế viên nén bao phim, với 3 mức hàm lượng tính theo dacomitinib monohydrat, gồm: 15mg, 30mg và 45mg.

Ba dạng thù hình đã được xác định gồm dacomitinib monohydrat dạng A, dạng B và dạng C, trong đó dạng A được lựa chọn trong phát triển và thương mại hóa nhờ vào các đặc tính ưu việt hơn về nhiệt động học [13]. Cấu trúc hóa học Hình 1.1: Công thức cấu tạo của dacomitinib monohydrat - Công thức phân tử: C24H25ClFN5O2.H2O - Tên khoa học: (2E)-N-{4-[(3-cloro-4-fluorophenyl)amino]-7-methoxyquinazolin-6- yl}-4-(piperidin-1-yl)but-2-enamid monohydrat [11]. - Tên quốc tế: Dacomitinib. - Khối lượng phân tử: 469,94 Dalton [14].

- Thành phần khối lượng các nguyên tố: Bảng 1.1: Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong dacomitinib monohydrat Nguyên tố C H Cl F N O %(m) 59,02 5,53 7,28 3,89 14,35 9,93 1. Tính chất đặc trưng - Cảm quan: bột màu trắng đến vàng nhạt [11]. - Nhiệt độ nóng chảy: 184°C – 187°C [15]. - Độ tan: tan trong DMSO (2mg/mL) [5], ít tan trong đa số các dung môi hữu cơ.

Thực tế không tan trong nước, tan trong môi trường acid (pH = 1-2) [12]. - Phân loại sinh dược học: Nhóm II (tan kém, thấm tốt) [11]. Các phương pháp tổng hợp dacomitinib hiện nay Dacomitinib được cấu tạo từ khung quinazolin với 3 nhóm thế: nhóm amin thơm có gắn clor và fluor tại vị trí số 4, nhóm amid chứa alken với cấu hình (E) ở vị trí số 6, nhóm ether tại vị trí số 7 (Hình 1. Vì vậy, đa số các phương pháp tổng hợp dacomitinib dựa trên gắn lần lượt ba nhóm thế trên vào trước hoặc sau khi hình thành khung quinazolin.2: Phân tích tổng hợp dacomitinib Một số tài liệu công bố trên thế giới về phương pháp tổng hợp dacomitinib [16,17,18,19,20,21]: 1.

Phương pháp của nhóm tác giả Fakhoury S. (1996) Quy trình tổng hợp đầu tiên được báo cáo từ năm 1996 bởi nhóm tác giả Fakhoury S. Quy trình gồm 8 bước, với nguyên liệu ban đầu là acid 4- fluoro-2-aminobenzoic 1 tham gia phản ứng ngưng tụ đóng vòng quinazolin với formamidin acetat tạo sản phẩm 7-fluoroquinazolin-4-(3H)-on (2). Hợp chất 2 sau đó được nitro hóa bằng hỗn hợp tác nhân acid nitric HNO3 bốc khói và acid sulfuric H2SO4 98% thu được 7-fluoro-6-nitroquinazolin-4-(3H)-on (3).

Phản ứng số 3 là phản ứng cloro hóa 3 bằng thionyl clorid tạo 4-cloro-7-fluoro-6-nitroquinazolin (4). Phản ứng số 4, amin hóa 4 với 3-cloro-4-fluoroanilin thu được N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-7-fluoro- 6-nitroquinazolin-4-amin (5). Sau khi gắn nhóm thế amin, hợp chất 5 được ether hóa trong phản ứng số 5 bằng tác nhân natri hydrid trong methanol và THF thu được N-(3- cloro-4-fluorophenyl)-7-methoxy-6-nitroquinazolin-4-amin (6). Phản ứng số 6, khử hóa hợp chất 6 bằng khí hydro xúc tác Raney Ni thu được 4-N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-7- methoxyquinazolin-4,6-diamin (7).

Amid hóa hợp chất 7 bằng (E)-4-bromocrotonyl clorid (điều chế từ acid (E)-4-bromocrotonic (9) và oxalyl clorid) tạo thành (E)-4- bromo-N-(4-(3-cloro-4-fluoroanilino)-7 methoxyquinazolin-6-yl)but-2-enamid (8). Và cuối cùng, N-alkyl hóa 8 bằng piperidin thu được dacomitinib.1: Phương pháp tổng hợp dacomitinib của nhóm tác giả Fakhoury (1996) Ưu điểm: Quy trình tổng hợp đơn giản, phản ứng số 3 và 4 thực hiện “one-pot” giảm tỉ lệ trung gian 4 không bị phân hủy, đảm bảo hiệu suất. Nhược điểm: Xúc tác Raney Ni trong phản ứng khử hóa số 6, acid nitric bốc khói trong phản ứng số 2 và nhiệt độ cao khiến quy trình này khó áp dụng trong công nghiệp. Phương pháp của Kaichao L.

và cộng sự (2013) Phương pháp được tác giả Kaichao L. và cộng sự đưa ra gồm 2 giai đoạn được trình bày trong Sơ đồ 1.2: Phương pháp tổng hợp dacomitinib của Kaichao L. và cộng sự (2013) Tổng hợp trung gian acid (E)-4 (piperidin-1-yl)but-2-enoyl clorid (12): Nguyên liệu được sử dụng là một dẫn chất từ acid crotonic, methyl (E)-4-bromobut-2-enoat (9) phản ứng với piperidin tạo sản phẩm methyl (E)-4-(piperidin-1-yl)but-2-enoat (10). Hợp chất 10 sau đó được thủy phân chức ester và tạo muối trong acid hydroclorid và dioxan thu được (E) 4-(piperidin-1-yl)-2-butylen hydroclorid (11).

Cloro hóa 11 bằng oxalyl clorid thu được trung gian 12. Tổng hợp dacomitinib: Với nguyên liệu 1 phản ứng với formamid, ngưng tụ đóng vòng quinazolin tạo sản phẩm 7-fluoroquinazolin-4-(3H)-on (2). Nitro hóa hợp chất 2 bằng tác nhân HNO3/H2SO4 thu được hợp chất quinazolin 3. Sau khi khử hóa 3 bằng khí hydro có xúc tác Pd/C trong methanol, sản phẩm 6-amino-7-fluoro-3,4- dihydroquinazolin-4-on (13) tham gia phản ứng tạo amid với trung gian acid (E)-4 (piperidin-1-yl)but-2-enoyl clorid (12) tạo hợp chất (E)-N-(7-fluoro-4-oxo-3,4- dihydroquinazolin-6-yl)-4-(piperidin-1-yl)but-2-enamid (14).

Methoxy hóa 14 bằng natri methoxid trong methanol thu được (E)-N-(7-methoxy-4-oxo-3,4- 5 dihydroquinazolin-6-yl)-4-(piperidin-1-yl)but-2-enamid (15). Hợp chất 15 sau đó lần lượt được cloro hóa bằng các tác nhân cloro hóa (SOCl2, POCl3,…) thu được hợp chất 16 và phản ứng với 3-cloro-4-fluoroanilin thu được dacomitinib. Ưu điểm: Phần lớn các nguyên liệu được sử dụng trong phương pháp này thông dụng và có giá thành thấp hơn so với các phương pháp đã trình bày ở trên. Ngoài ra, bước tạo vòng quinazolin sử dụng formamid thay cho formamidin acetat và bước ether hóa dùng natri methoxid thay cho natri hydrid trong quy trình của nhóm tác giả Fakhoury S.

giúp quy trình của Kaichao L. và cộng sự ưu việt hơn. Nhược điểm: Tổng số bước phản ứng trong quy trình tăng lên, đặc biệt do giai đoạn tổng hợp trung gian 12 , nguyên liệu 9 không thông dụng. Phương pháp của Fumin Z.

và cộng sự (2016) Phương pháp được đưa ra bởi Fumin Z. và cộng sự có sự khác biệt lớn so với các phương pháp truyền thống đã công bố ở nguyên liệu đầu vào và bước gắn nhóm thế amin thơm [20]. Hợp chất 4-hydroxy-6-amino-7-methoxyquinazolin (17) đầu tiên tham gia phản ứng acyl hóa với acid (E)-4-(piperidin-1-yl)but-2-enoyl clorid (12) trong DCM, xúc tác triethylamin tạo (E)-N-(4-hydroxy-7-methoxy-3,4-dihydroquinazolin-6-yl)-4- (piperidin-1-yl)but-2-enamid (18). Sau đó là giai đoạn gắn nhóm thế amin thơm với 2 bước là phản ứng giữa 18 với tác nhân methansulfonyl clorid, xúc tác triethylamin trong dung môi DCM tạo trung gian 19 và phản ứng với 3-cloro-4-fluoroanilin trong isopropanol, xúc tác triethylamin tạo dacomitinib (Sơ đồ 1.3: Phương pháp tổng hợp dacomitinib của Fumin Z.

và cộng sự (2016) Ưu điểm: Quy trình đơn giản chỉ gồm 3 bước phản ứng, chất lượng sản phẩm cao, có khả năng áp dụng ở quy mô công nghiệp. Nhược điểm: Nguyên liệu đầu vào 17 không thông dụng trong thương mại. Một số phương pháp thế nhóm hydroxy của vòng quinazolin bằng hợp chất chứa nhóm amin nhằm tạo ra các chất trung gian trong tổng hợp dacomitinib Bản chất nhóm chức hydroxy gắn vào vòng quinazolin tương đối bền, dẫn đến khả năng tham gia trực tiếp phản ứng thế SN2 với nhóm thế amin thơm rất khó khăn, hầu như không xảy ra tại các điều kiện thí nghiệm. Vì vậy, thông thường các phản ứng thế nhóm chức hydroxy -OH bằng một hợp chất chứa nhóm chức amin (-NHR) bao gồm 2 bước chính: tạo trung gian từ hợp chất chứa nhóm -OH và cho trung gian phản ứng với amin để thu được hợp chất mong muốn.

Hợp chất trung gian thường có nhóm chức có hiệu ứng -I cao hơn nhiều hoặc cồng kềnh hơn, nhìn chung đều dễ tách loại hơn so với nhóm -OH ban đầu. Một số phương pháp thế nhóm -OH bằng hợp chất chứa nhóm amin -NHR được trình bày dưới đây. Phương pháp tạo trung gian aryl halid Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là cho nguyên liệu (4-hydroxyquinazolin) phản ứng với các tác nhân halogen hóa như: nhóm cloro hóa gồm SOCl2, POCl3, (COCl)2, PCl5; nhóm bromo hóa có POBr3; nhóm iodo hóa có HI;… với xúc tác base thích hợp (DMF, triethylamin,…) nhằm tạo trung gian aryl halid. Trung gian này tham gia phản ứng dễ dàng với tác nhân chứa nhóm amin -NHR tạo sản phẩm mong muốn.

Đa số các quy trình tổng hợp dacomitinib đã công bố quốc tế sử dụng phương pháp này để gắn nhóm amin thơm 3-cloro-4-fluoroanilin vào khung quinazolin. Trong phương pháp của nhóm tác giả Fakhoury S.