Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo thống kê từ Tổ chức Y tế thế giới (WHO), nhiễm giun sán là một trong những bệnh nhiễm trùng phổ biến nhất toàn cầu, ảnh hưởng đến khoảng 1,5 tỷ người (tương đương 24% dân số thế giới). Tại Việt Nam, khí hậu nhiệt đới nóng ẩm tạo điều kiện thuận lợi cho giun sán đường ruột lây lan và phát triển. Trong các phác đồ điều trị giun sán đường tiêu hóa của Bộ Y tế, mebendazol là hoạt chất chống giun sán phổ rộng đường uống được sử dụng phổ biến.

Để kiểm soát chất lượng nguyên liệu và các chế phẩm bào chế của mebendazol, các dược điển hiện hành (Dược điển Việt Nam V, USP 44, BP 2022, EP 10.0) quy định chỉ tiêu kiểm tra tạp chất liên quan bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Trong số 7 tạp chất quy định (từ tạp A đến tạp G), tạp D (có tên khoa học là methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat) có thời gian lưu tương đối (RRT) là 1,1 so với mebendazol (thời gian lưu khoảng 12 phút). Do pic sắc ký của tạp D nằm rất sát pic của hoạt chất chính mebendazol, tạp D được chọn làm chất đối chiếu bắt buộc để đánh giá độ phù hợp của hệ thống sắc ký, với mức giới hạn cho phép không vượt quá 0,25%.

Hiện nay tại Việt Nam, chưa có đơn vị nào nghiên cứu tổng hợp và thiết lập chất chuẩn tạp D mebendazol. Nguồn chất chuẩn phục vụ kiểm nghiệm hoàn toàn phụ thuộc vào nhập khẩu từ các tổ chức quốc tế với chi phí rất cao (ví dụ: USP Store phân phối với giá 913 USD cho 15 mg; Sigma-Aldrich phân phối 1.262,48 USD cho 15 mg). Đồng thời, chưa có công trình trong nước nào công bố nghiên cứu phản ứng N-methyl hóa trực tiếp trên phân tử mebendazol.

Khóa luận được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hóa mebendazol từ các tác nhân khảo sát.
  2. Tổng hợp thành công 2 sản phẩm từ phản ứng N-methyl hóa mebendazol bao gồm: methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat (sản phẩm A) và methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat (sản phẩm B, chính là tạp D của mebendazol theo BP 2022).
  3. Khẳng định cấu trúc hóa học của các sản phẩm tổng hợp được bằng các phương pháp phân tích phổ hiện đại.

Đối tượng nghiên cứu là phân tử mebendazol ($C_{16}H_{13}N_3O_3$, $M = 295,29$ đvC) và các tác nhân methyl hóa. Đề tài được thực hiện thực nghiệm tại Bộ môn Kỹ thuật Hoá dược & Chiết xuất, Khoa Công nghệ Hoá dược, Trường Đại học Dược Hà Nội, hoàn thành vào tháng 5 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên cơ sở lý thuyết về phản ứng thế ái nhân lưỡng phân tử ($S_N2$) gắn nhóm methyl vào nguyên tử nitơ mang hydro linh động của hệ dị vòng benzimidazol và nhóm carbamat. Tác giả tham khảo các mô hình phản ứng đã công bố:

  • Mô hình methyl hóa dị vòng benzimidazol bằng dimethyl carbonat (DMC) xúc tác base hữu cơ (TMEDA ở 95 °C theo Zhao S., DBU ở 90 °C theo Shieh W.).
  • Mô hình methyl hóa dị vòng bằng methyl iodid (MeI) có xúc tác methylmagnesi clorid theo Chen S., hoặc khảo sát ảnh hưởng dung môi theo Bookser B.
  • Mô hình N-methyl hóa indazol bằng trimethyl orthoformat (TMOF) hoạt hóa bằng acid sulfuric đậm đặc theo Mei Y.
  • Mô hình N-methyl hóa indol bằng dimethyl sulfat (DMS) xúc tác KOH theo Ottoni O.
  • Mô hình N-methyl hóa nhóm carbamat bằng MeI/NaH theo Moulay S. và bằng DMC xúc tác base mạnh ($t\text{-BuOK}$) theo Tundo P. (phân tích sự cạnh tranh giữa cơ chế $B_{AC}2$ ở 90 °C và cơ chế $B_{AL}2$ ở nhiệt độ trên 120 °C).
  • Khung quy chuẩn kiểm nghiệm tạp chất liên quan mebendazol theo Dược điển Anh (BP 2022) và Dược điển Châu Âu (EP 10.0).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

  • Phương pháp tổng hợp hữu cơ: Sàng lọc sơ bộ 4 tác nhân methyl hóa (DMC, TMOF, DMS, MeI) trên lượng nhỏ (0,2 g mebendazol); khảo sát ảnh hưởng của dung môi (DMF), tỷ lệ mol xúc tác kiềm ($K_2CO_3$, $KHCO_3$, $t\text{-BuOK}$, $CH_3ONa$, DBU, TBAB) và tác nhân alkyl hóa.
  • Phương pháp tách và tinh chế: Phương pháp tạo tủa bằng đối dung môi (nước cất), phương pháp kết tinh lại phân đoạn trong ethanol 96°, và phương pháp sắc ký cột cổ điển sử dụng pha tĩnh silica gel với hệ dung môi giải hấp dicloromethan - methanol (DCM : MeOH).
  • Phương pháp đánh giá độ tinh khiết và nhận danh: Sắc ký lớp mỏng (SKLM) trên bản mỏng silica gel 60 $F_{254}$ (hệ dung môi DCM : MeOH : $NH_3$ = 8 : 1,5 : 0,5, soi dưới đèn UV bước sóng 254 nm); đo nhiệt độ nóng chảy trên máy EZ-Melt.
  • Phương pháp phân tích xác định cấu trúc:
    • Phổ khối lượng (MS) bằng kỹ thuật ion hóa phun sương điện tử (ESI) trên hệ máy LC-MSD-Trap-SL (Viện Hóa học - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam).
    • Phổ hồng ngoại (IR) đo nén viên KBr trên máy Shimadzu (Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN).
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ ở 500 MHz, $^{13}\text{C-NMR}$ và DEPT ở 125 MHz, kết hợp phổ 2 chiều HSQC, HMBC, NOESY) ghi trên máy Bruker trong dung môi $\text{DMSO-}d_6$.
    • Đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) trên máy METTLER-TOLEDO DSC1 STARe System (tốc độ quét 10 °C/phút từ 30 °C đến 200 °C) tại Viện Công nghệ Dược phẩm Quốc gia.
    • Nhiễu xạ tia X dạng bột (PXRD) trên thiết bị D8-Advance Bruker AXS, phân tích pha tinh thể bằng phần mềm Match!.

Nguồn dữ liệu của khóa luận hoàn toàn là số liệu phân tích phổ và thông số thực nghiệm được ghi nhận trực tiếp từ các phòng thí nghiệm chuyên ngành nêu trên.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở dữ liệu về hoạt chất mebendazol và phản ứng N-methyl hóa:

  • Cấu trúc và tính chất của mebendazol: Công thức cấu tạo gồm dị vòng benzimidazol gắn nhóm benzoyl ở vị trí 5 và nhóm carbamat ở vị trí 2. Mebendazol có nhiệt độ nóng chảy 289 – 290 °C; rất kém tan trong nước, dicloromethan và ethanol 96°; độ tan trong DMF đạt 20 mg/mL và DMSO đạt 25 mg/mL; các hằng số phân ly acid gồm $pK_{a1} = 3,43$ và $pK_{a2} = 9,93$.
  • Dược lý và kiểm nghiệm: Hoạt chất ức chế sự trùng hợp tubulin ở giun sán, hấp thu qua đường tiêu hóa kém (sinh khả dụng 1-2%), chuyển hóa chính qua gan tạo dẫn chất 2-amino và dẫn chất khử ceton. Chương này phân tích chi tiết quy trình kiểm tra 7 tạp chất của mebendazol theo BP 2022/EP 10.0 trên cột silica $3,\mu\text{m}$ (kích thước $0,10\text{ m} \times 4,6\text{ mm}$), tốc độ dòng 1,2 mL/phút, pha động rửa giải gradient amoni acetat 7,5 g/L và acetonitril, phát hiện UV ở 250 nm. Bảng giá thị trường quốc tế cho thấy tạp D có giá dao động từ 196 USD đến 1.613 USD tùy khối lượng và nhà sản xuất.
  • Tổng quan về các tác nhân N-methyl hóa: Tác giả so sánh đặc tính của methanol, DMC, TMOF, DMS, MeI và các muối amoni bậc 4. Từ đó, tác giả lựa chọn 4 tác nhân (DMC, TMOF, DMS, MeI) để tiến hành khảo sát thực nghiệm dựa trên điều kiện trang thiết bị của phòng thí nghiệm.

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày danh mục 23 loại hóa chất, dung môi (đều đạt tiêu chuẩn AR hoặc DĐVN V) và 24 thiết bị thí nghiệm được sử dụng:

  • Thiết lập tiêu chí lựa chọn tác nhân tối ưu: mebendazol phải chuyển hóa hết hoặc gần hết; xuất hiện sản phẩm mới có giá trị $R_f$ cao hơn mebendazol trên SKLM (do phân tử giảm tính phân cực sau khi gắn methyl); ít sản phẩm phụ và thuận tiện cho quá trình cô lập, tinh chế.
  • Quy chuẩn quy trình thử nghiệm sơ bộ trên mẻ 0,2 g mebendazol và thiết kế các bước khảo sát dung môi, tỷ lệ chất xúc tác kiềm đối với từng phản ứng tổng hợp cụ thể.
  • Mô tả chi tiết điều kiện thực nghiệm đo đạc các loại phổ nghiệm phục vụ công tác giải đoán cấu trúc.

Chương 3: Thực nghiệm, kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày toàn bộ số liệu khảo sát thực nghiệm, quy trình điều chế và các phân tích phổ học:

1. Khảo sát sàng lọc tác nhân N-methyl hóa: Tác giả tiến hành thử nghiệm trên mẻ 0,2 g mebendazol ($0,68\text{ mmol}$) với 4 tác nhân trong các điều kiện khác nhau:

Tác nhân Xúc tác Nhiệt độ (°C) Tỷ lệ mol tác nhân : MBZ Kết quả sắc ký lớp mỏng (SKLM) Đánh giá
DMC DMAP hoặc DBU 90 – 115 10:1 đến 14:1 Xuất hiện từ 3 đến 5 vết sản phẩm đa số có $R_f < R_f(\text{MBZ})$; nguyên liệu chỉ hết khi đun 115 °C với DBU (14:1) trong 8 giờ. Không đạt; ưu tiên phản ứng carboxymethyl hóa theo cơ chế $B_{AC}2$, tạo nhiều tạp.
TMOF $H_2SO_4$ 98% 70 – 110 6,7:1 Ở 110 °C xuất hiện 2 vết sản phẩm mờ có $R_f > R_f(\text{MBZ})$ nhưng kèm 4 vết tạp có $R_f < R_f(\text{MBZ})$; nguyên liệu không tan hết. Không đạt; $H_2SO_4$ tạo muối và sản phẩm phụ làm giảm độ tan nguyên liệu.
DMS $K_2CO_3$ hoặc $KHCO_3$ Nhiệt độ phòng 1,5:1 Xuất hiện 2 vết sản phẩm ($R_f = 0,84$ và $0,79$) cao hơn MBZ, nhưng nguyên liệu không phản ứng hoàn toàn sau 24 giờ. Không đạt; mebendazol bị kết tủa cản trở phản ứng; tác nhân có độc tính cao.
MeI $K_2CO_3$ hoặc $KHCO_3$ Nhiệt độ phòng 1,4:1 Mebendazol phản ứng hết sau 24 giờ; xuất hiện rõ 2 vết sản phẩm có $R_f = 0,84$ và $0,79$. Đạt cả 2 tiêu chí; MeI giúp cải thiện độ tan và phản ứng triệt để.

2. Tổng hợp và tinh chế chất A (methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat):

  • Khảo sát lượng DMF: Với 0,2 g MBZ, thể tích DMF 3 mL cho khối lượng tủa thô cao nhất ($0,14\text{ g}$). Tăng lượng DMF lên 4 mL và 5 mL làm giảm lượng tủa thu được xuống lần lượt $0,10\text{ g}$ và $0,08\text{ g}$.
  • Khảo sát tỷ lệ xúc tác $K_2CO_3$: Ở tỷ lệ 0,9:1, nguyên liệu chưa phản ứng hết. Ở tỷ lệ 1,1:1, phản ứng diễn ra chọn lọc cao, chỉ tạo một vết sản phẩm chính duy nhất có $R_f = 0,84$. Khi tăng tỷ lệ xúc tác lên 1,5:1; 2:1 và 3:1, phản ứng đều sinh ra đồng thời 2 vết sản phẩm ($R_f = 0,84$ và $0,79$).
  • Thực hiện trên mẻ 0,5 g MBZ ($1,69\text{ mmol}$), 0,25 g $K_2CO_3$ (1,1 eq), 7 mL DMF và 0,15 mL MeI (1,4 eq) ở nhiệt độ phòng. Xử lý hỗn hợp bằng phương pháp tạo tủa với nước cất, lọc thu $0,37\text{ g}$ tủa thô. Kết tinh lại bằng ethanol 96° nóng thu được $0,28\text{ g}$ sản phẩm A dưới dạng tinh thể màu vàng ánh kim; hiệu suất đạt 53,4%; nhiệt độ nóng chảy $182,5 - 184,5\text{ }^\circ\text{C}$ (peak DSC ghi nhận tại $183,11\text{ }^\circ\text{C}$).

3. Tổng hợp và tinh chế chất B (methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat - Tạp D):

  • Khảo sát xúc tác kiềm khác: Các base $KHCO_3$, $t\text{-BuOK}$, $CH_3ONa$, DBU và hệ $K_2CO_3$ + TBAB đều sinh ra hỗn hợp 2 sản phẩm. Xúc tác DBU dạng lỏng hữu cơ thân dầu được lựa chọn do ít hút ẩm và hỗ trợ hòa tan mebendazol tốt, giúp tiết kiệm dung môi DMF (cần 9-10 mL cho 1 g MBZ).
  • Khảo sát tỷ lệ DBU: Các tỷ lệ mol DBU từ 1,2:1 đến 2:1 đều cho 2 sản phẩm trên SKLM. Tác giả chọn tỷ lệ 1,2 eq DBU.
  • Thực hiện trên mẻ 1,0 g MBZ ($3,39\text{ mmol}$), 0,6 mL DBU (1,2 eq), 9 mL DMF và 0,3 mL MeI (1,4 eq) ở nhiệt độ phòng; thu được $0,76\text{ g}$ tủa thô khi kết tủa bằng nước.
  • Tinh chế bằng sắc ký cột cổ điển: Pha tĩnh silica gel ($80\text{ g}$, kích thước cột $l = 0,45\text{ m}$, $\varnothing = 25\text{ mm}$); rửa giải lần lượt bằng DCM ($500\text{ mL}$), DCM : MeOH 150:1 ($500\text{ mL}$) và DCM : MeOH 100:1 ($1500\text{ mL}$).
  • Thu được $0,26\text{ g}$ chất B dưới dạng chất rắn màu vàng nhạt; hiệu suất đạt 24,8%; nhiệt độ nóng chảy $164,5 - 167,8\text{ }^\circ\text{C}$ (peak DSC tại $167,38\text{ }^\circ\text{C}$). Đồng thời, thu hồi được $0,35\text{ g}$ chất A (hiệu suất 33,4%; $t_{nc} = 178,5 - 180\text{ }^\circ\text{C}$).

4. Phân tích khẳng định cấu trúc các chất:

  • Khối phổ (MS): Cả hai chất A và B đều cho pic ion phân tử phù hợp với công thức $C_{17}H_{15}N_3O_3$ ($M = 309,32\text{ đvC}$): chất A cho $[M+H]^+ = 309,9$ và $[M-H]^- = 307,9$; chất B cho $[M+H]^+ = 310,0$ và $[M-H]^- = 307,9$.
  • Phổ hồng ngoại (IR):
    • Chất A có các đỉnh đặc trưng: $3335\text{ cm}^{-1}$ ($N-H$), $3082\text{ cm}^{-1}$ ($C-H$ thơm), 2969 và $2870\text{ cm}^{-1}$ ($C-H$ no của nhóm methyl), $1713\text{ cm}^{-1}$ ($C=O$ ceton), $1642\text{ cm}^{-1}$ ($C=O$ carbamat), 1277 và $1201\text{ cm}^{-1}$ ($C-O-C$ ester).
    • Chất B có các đỉnh đặc trưng: $3260\text{ cm}^{-1}$ ($N-H$), 2954, 2924 và $2854\text{ cm}^{-1}$ ($C-H$ no), $1723\text{ cm}^{-1}$ ($C=O$ ceton), $1627\text{ cm}^{-1}$ ($C=O$ carbamat), 1284 và $1214\text{ cm}^{-1}$ ($C-O-C$ ester).
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC, NOESY):
    • Cả hai chất đều xuất hiện 2 tín hiệu proton singlet của nhóm methyl: chất A ở $\delta = 3,88\text{ ppm}$ ($H-11$, $-OCH_3$) và $3,53\text{ ppm}$ ($H-9$, $-NCH_3$); chất B ở $\delta = 3,63\text{ ppm}$ ($H-11$, $-OCH_3$) và $3,55\text{ ppm}$ ($H-9$, $-NCH_3$).
    • Phân biệt vị trí gắn nhóm methyl bằng tương tác phổ 2 chiều:
      • Ở chất A: Proton $H-9$ ($\delta = 3,53\text{ ppm}$) cho tương tác xa HMBC với C-2 ($\sim 152\text{ ppm}$) và C-10 ($154,61\text{ ppm}$). Trên phổ NOESY, proton $H-9$ hoàn toàn không có tương tác không gian với các proton của vòng thơm. Điều này chứng minh nhóm methyl gắn vào nguyên tử nitơ của nhóm carbamat.
      • Ở chất B: Proton $H-9$ ($\delta = 3,55\text{ ppm}$) cho tương tác xa HMBC với C-2 ($154,99\text{ ppm}$) và C-7a ($134,45\text{ ppm}$). Đặc biệt, trên phổ NOESY, proton $H-9$ xuất hiện tương tác không gian rõ rệt với proton $H-7$ ($\delta = 7,53\text{ ppm}$) của nhân thơm. Điều này khẳng định nhóm methyl gắn trực tiếp vào vị trí N-1 của dị vòng benzimidazol, chứng minh cấu trúc chất B chính là tạp D mebendazol theo BP 2022.
    • Phổ $^{13}\text{C-NMR}$ của chất B ghi nhận thêm 2 tín hiệu phụ ở $130,04$ và $128,97\text{ ppm}$ (tỷ lệ tích phân khoảng 10%), được xác định là tạp đồng phân hỗ biến sinh ra trong quá trình phản ứng.
  • Phổ nhiễu xạ tia X (PXRD): Khẳng định trạng thái tinh thể của hai chất với các góc nhiễu xạ $2\theta$ đặc trưng: chất A có pic cực đại tại $2\theta = 23,13^\circ$ ($d = 3,85\text{ \AA}$, $I/I_{max} = 100%$); chất B có pic cực đại tại $2\theta = 5,59^\circ$ ($d = 15,81\text{ \AA}$, $I/I_{max} = 100%$).

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:

  • Xác định được methyl iodid (MeI) là tác nhân thích hợp nhất trong 4 tác nhân khảo sát để thực hiện phản ứng N-methyl hóa mebendazol ở điều kiện nhiệt độ phòng.
  • Tổng hợp và tinh chế thành công chất A (methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat) với khối lượng $0,28\text{ g}$, hiệu suất 53,4%, nhiệt độ nóng chảy $182,5 - 184,5\text{ }^\circ\text{C}$ (DSC: $183,11\text{ }^\circ\text{C}$). Phản ứng đạt độ chọn lọc cao khi dùng 1,1 đương lượng $K_2CO_3$.
  • Tổng hợp và tách thành công chất B (methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat - tạp D theo BP 2022) bằng sắc ký cột với khối lượng $0,26\text{ g}$, hiệu suất 24,8%, nhiệt độ nóng chảy $164,5 - 167,8\text{ }^\circ\text{C}$ (DSC: $167,38\text{ }^\circ\text{C}$).
  • Khẳng định tường minh cấu trúc hóa học của hai dẫn chất monomethyl thông qua việc phân tích và quy kết đầy đủ các tín hiệu phổ MS, IR, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, DEPT, HSQC, HMBC, NOESY, DSC và PXRD.

Về mặt đóng góp khoa học và thực tiễn:

  • Khóa luận là công trình đầu tiên công bố quy trình thực nghiệm tổng hợp và dữ liệu phổ đầy đủ của phản ứng N-methyl hóa mebendazol.
  • Cung cấp quy trình điều chế chất chuẩn tạp D mebendazol trong nước, tạo cơ sở thực nghiệm giúp các cơ sở kiểm nghiệm chủ động nguồn chất đối chiếu đánh giá hệ thống sắc ký theo tiêu chuẩn BP 2022/EP 10.0, giảm sự phụ thuộc vào chất chuẩn nhập khẩu đắt đỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế trong quá trình thực nghiệm:

  • Tác nhân methyl iodid có độc tính cao, dễ bay hơi (nhiệt độ sôi khoảng 40 °C) và giá thành cao, gây bất lợi nếu triển khai ở quy mô lớn.
  • Dung môi phản ứng DMF có nhiệt độ sôi cao ($153\text{ }^\circ\text{C}$), không thể thu hồi bằng phương pháp cất quay thông thường, phải xử lý kết tủa bằng nước làm kéo theo một số tạp chất không tan.
  • Phản ứng tạo chất B không có tính chọn lọc riêng biệt, bắt buộc phải sử dụng phương pháp sắc ký cột cổ điển tốn kém dung môi và thời gian. Sản phẩm B vẫn còn lẫn khoảng 10% tạp chất đồng phân hỗ biến chưa thể loại bỏ triệt để.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả kiến nghị:

  • Tiếp tục nghiên cứu, tối ưu hóa các điều kiện phản ứng và nâng cấp quy mô tổng hợp nhằm hoàn thiện quy trình điều chế và thiết lập chất chuẩn tạp D mebendazol đạt tiêu chuẩn kiểm nghiệm.
  • Tiến hành đánh giá độ tinh khiết định lượng của chất B đã tổng hợp.
  • Nghiên cứu phản ứng thủy phân từ chất B (tạp D) để tổng hợp tạp chất C của mebendazol theo quy định dược điển.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Cán bộ nghiên cứu, học viên và sinh viên chuyên ngành Hóa dược, Công nghệ Hóa học và Kiểm nghiệm thuốc: Cung cấp tài liệu tham khảo thực nghiệm về phản ứng alkyl hóa các hợp chất dị vòng chứa nitơ và nhóm carbamat kém tan.
  • Các phòng kiểm nghiệm dược phẩm và trung tâm nghiên cứu phát triển (R&D): Cung cấp bộ thông số phổ nghiệm phân giải cao (đặc biệt là phổ 2 chiều HMBC, NOESY) và dữ liệu PXRD để định danh chính xác tạp D mebendazol trong công tác thẩm định phương pháp phân tích tạp chất liên quan theo tiêu chuẩn dược điển.
  • Người làm đề tài tổng hợp hữu cơ tham khảo kỹ thuật xử lý hỗn hợp phản ứng có dung môi DMF bằng phương pháp kết tủa đối dung môi và điều kiện sắc ký cột phân tách hai dẫn chất có độ phân cực gần nhau.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tạp D mebendazol bắt buộc phải có mặt trong phép thử tính phù hợp của hệ thống sắc ký theo Dược điển Anh (BP 2022)?
Trong quy trình sắc ký lỏng hiệu năng cao kiểm tra tạp chất liên quan mebendazol, tạp D có thời gian lưu tương đối (RRT) là 1,1 so với mebendazol (thời gian lưu khoảng 12 phút). Khoảng cách rửa giải giữa tạp D và mebendazol rất hẹp, pic của tạp D dễ bị chồng lấn vào pic hoạt chất chính. Do đó, dược điển yêu cầu phải có chất chuẩn tạp D trong dung dịch đối chiếu để kiểm tra khả năng tách của cột sắc ký, đảm bảo hệ thống định lượng chính xác giới hạn tạp D ($\le 0,25%$).

2. Tại sao các tác nhân thân thiện môi trường hơn như DMC và TMOF lại bị loại bỏ trong giai đoạn sàng lọc?
DMC phản ứng ở nhiệt độ 90 – 115 °C ưu tiên xảy ra theo cơ chế $B_{AC}2$ (tạo dẫn chất carboxymethyl) thay vì cơ chế methyl hóa $B_{AL}2$ (chỉ xảy ra ở nhiệt độ $> 120\text{ }^\circ\text{C}$), dẫn đến tạo ra nhiều sản phẩm phụ có $R_f$ thấp hơn mebendazol. TMOF cần hoạt hóa bằng $H_2SO_4$ đậm đặc ở 110 °C, lượng acid này tạo muối với mebendazol và sinh sản phẩm phụ khiến nguyên liệu bị kết tủa, không phản ứng hoàn toàn và tạo sắc ký đồ nhiều vết tạp.

3. Yếu tố nào quyết định sự tạo thành chọn lọc chất A trong phản ứng N-methyl hóa bằng MeI?
Yếu tố quyết định là tỷ lệ mol của chất xúc tác $K_2CO_3$. Khi sử dụng tỷ lệ mol $K_2CO_3$ : mebendazol ở mức 1,1 : 1 trong dung môi DMF ở nhiệt độ phòng, phản ứng diễn ra chọn lọc cao và tạo thành duy nhất sản phẩm A ($R_f = 0,84$). Nếu nâng tỷ lệ xúc tác lên từ 1,5 : 1 đến 3 : 1, tính chọn lọc bị mất và phản ứng luôn tạo ra đồng thời cả hai chất A và B.

4. Dữ liệu phổ học nào mang tính quyết định để khẳng định chất B là tạp D (methyl hóa ở N-1) mà không phải chất A?
Bằng chứng quyết định nằm ở phổ 2 chiều HMBC và NOESY:

  • Trên phổ HMBC của chất B, proton nhóm methyl mới ($H-9$, $\delta = 3,55\text{ ppm}$) cho tương tác xa với C-2 ($154,99\text{ ppm}$) và C-7a ($134,45\text{ ppm}$) của vòng thơm.
  • Trên phổ NOESY của chất B, proton $H-9$ xuất hiện tương tác không gian trực tiếp với proton $H-7$ ($\delta = 7,53\text{ ppm}$) của vòng benzimidazol.
    Ngược lại, ở chất A, proton nhóm methyl mới chỉ tương tác HMBC với C-2 và C-10 (nhóm carbamat), đồng thời hoàn toàn không có tương tác không gian NOESY với bất kỳ proton nào của vòng thơm.

5. Vì sao tác giả lựa chọn xúc tác DBU thay cho các base vô cơ để tổng hợp chất B?
DBU là base hữu cơ mạnh dạng lỏng, có tính thân dầu nên không bị nhiễm ẩm từ không khí như các xúc tác kiềm thể rắn ($KHCO_3$, $t\text{-BuOK}$, $CH_3ONa$). Khả năng hòa tan mebendazol vượt trội của DBU giúp giảm lượng dung môi DMF cần dùng xuống mức tối thiểu (chỉ cần 9 mL DMF cho 1 g mebendazol), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo tủa đối dung môi và nâng cao hiệu suất phản ứng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Ngô Đức Huy đã khảo sát toàn diện phản ứng N-methyl hóa mebendazol trên 4 hệ tác nhân khác nhau, xác định methyl iodid là tác nhân phản ứng thích hợp ở điều kiện nhiệt độ phòng. Công trình đã tổng hợp, tinh chế và cô lập thành công hai dẫn chất monomethyl gồm chất A (hiệu suất 53,4%) và chất B (tạp D theo BP 2022, hiệu suất 24,8%). Cấu trúc của hai sản phẩm được chứng minh sáng tỏ bằng hệ thống phổ nghiệm MS, IR, DSC, PXRD và đặc biệt là phổ cộng hưởng từ hạt nhân 2 chiều HMBC, NOESY. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở thực nghiệm quan trọng phục vụ định hướng tự chủ điều chế chất chuẩn tạp D mebendazol dùng trong kiểm nghiệm dược phẩm tại Việt Nam.