Luận án tiến sỹ: Nghiên cứu tổng hợp pregnan từ 9α-hydroxy androstendion của NCS. Nguyễn Thị Diệp

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu 0873 nghiên cứu một số phương pháp tổng hơp ̣ pregnan và một số dẫn xuất của chúng từ 9α hydroxy, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Diệp
• Người hướng dẫn: PGS. Lưu Đức Huy
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Tổng Hợp Pregnan Và Dẫn Xuất Từ 9α-Hydroxy Androstendion
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên pregnane
• 1.1.1. Phương pháp cyanohydrin tổng hợp mạch bên pregnane
• 1.1.2. Phương pháp acetylene tổng hợp mạch bên pregnane
• 1.2. Phương pháp bảo vệ nhóm 3- và 20-ketosteroid
• 1.3. Đưa nối đôi vào vị trí 1(2), 9(11) và 16(17) của phân tử steroid
• 1.3.1. Tạo lập nối đôi ∆9(11) và ∆16(17)
• 1.3.2. ∆1(2)-dehydro hóa bằng phương pháp vi sinh
• 1.3.3. ∆1(2)-dehydro hóa bằng phương pháp hóa học
• 1.4. Tổng hợp mạch bên corticoid
• 1.4.1. Chuyển hoá nhóm 17-ethynyl đến mạch bên corticoid
• 1.4.2. Chuyển hóa 20-ketopregnane đến mạch bên corticoid
• 1.5. Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregnane
• 1.5.1. Gắn mảnh 16β-methyl-17α-hydroxy vào 20-ketopregnane
• 1.5.2. Gắn nhóm methyl vào vị trí 16β- phân tử corticosteroid
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9-AD) (2)
• 2.2. Phương pháp cộng hợp nitrile vào hợp chất 17-ketosteroid (phương pháp cyanohydrin)
• 2.2.1. Sử dụng KCN
• 2.2.1.1. Phương pháp chung
• 2.2.1.2. Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-3-one (3)
• 2.2.2. Sử dụng acetone cyanohydrin
• 2.2.2.1. Phương pháp chung
• 2.2.2.2. Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-3-one (3)
• 2.3. Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl
• 2.3.1. Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl sử dụng neopentyl glycol
• 2.3.1.1. Phương pháp chung
• 2.3.1.2. Tổng hợp 17α-hydroxy-3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-17β-cyano androsta-5,9(11)-diene (4a)
• 2.3.1.3. Tổng hợp 3,20-bis-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-16α,17α-epoxy pregna-5,9(11)-diene (10a)
• 2.3.2. Phương pháp chung bảo vệ chức 3-keto-∆4 của phân tử steroid sử dụng ethylene glycol
• 2.3.3. Phương pháp chung bảo vệ chức 20-keto của phân tử steroid sử dụng ethylene glycol
• 2.3.4. Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16α,17α-epoxypregna-5,9(11)-diene (10b)
• 2.3.5. Tổng hợp 3,17-bis-(1,2-ethyleneketal)-androsta-5-en-9α-ol (10c)
• 2.3.6. Tổng hợp 9α-hydroxy-3-methoxyandrosta-3,5-diene-17-one (4d)
• 2.4. Dehydrat hóa 17α-hydroxysteroid đến dẫn xuất ∆16(17) tương ứng
• 2.4.1. Phương pháp chung
• 2.5. Phương pháp cộng hợp acetylene vào hợp chất 17-ketosteroid (phương pháp acetylene)
• 2.5.1. Tổng hợp 9α,17β-dihydroxy-17α-ethynylandrosta-4-en-3-one
• 2.5.2. Tổng hợp 17α-ethynyl-17β-hydroxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (7)
• 2.6. Phương pháp epimer hóa gián tiếp trung tâm C-17 hợp chất steroid thông qua ester 17-ONO2
• 2.6.1. Tổng hợp 17α-ethynyl-17β-nitrooxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (7’)
• 2.6.2. Tổng hợp 17β-ethynyl-17α-hydroxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (8)
• 2.7. Phương pháp tổng hợp các 20-ketosteroid (mạch bên pregnane)
• 2.7.1. Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Mg
• 2.7.1.1. Phương pháp chung
• 2.7.2. Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Li
• 2.7.2.1. Phương pháp chung
• 2.7.2.2. Tổng hợp pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b)
• 2.7.3. Theo phương pháp acetylene, hydrat hóa nhóm ethynyl tổng hợp pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b)
• 2.8. Phương pháp tổng hợp các dẫn xuất epoxy
• 2.8.1. Theo phương pháp oxy hóa nối đôi C=C liên hợp
• 2.8.1.1. Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-5-en-3β-ol-20-one (23)
• 2.8.2. Theo phương pháp dehalohydrin
• 2.8.2.1. Phương pháp chung
• 2.8.2.2. Tổng hợp 9β,11β-epoxy-16β-methyl-17α,21-dihydroxypregna-4-en-3,20-dione (19a)
• 2.8.2.3. Tổng hợp 9β,11β-epoxy-16β-methyl-17α,21-dihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione (19b)
• 2.9. Phương pháp tổng hợp các 16β-methyl-17α-hydroxypregnane
• 2.9.1. Phương pháp chung
• 2.9.2. Tổng hợp 3,20-bis-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-16β-methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11a)
• 2.9.3. Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16β-methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11b)
• 2.10. Phương pháp giải phóng nhóm bảo vệ
• 2.10.1. Phương pháp chung
• 2.10.2. Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-3,20-dione (12)
• 2.11. Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)
• 2.11.1. Phương pháp chung
• 2.11.2. Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregna-1,4,9(11)-triene-3,20-dione (13a)
• 2.11.3. Tổng hợp pregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione-21-acetate (13b)
• 2.12. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid
• 2.12.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhI(OAc)2
• 2.12.1.1. Phương pháp chung
• 2.12.1.2. Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-4,9(11)-diene-21-ol-3,20-dione (15)
• 2.12.1.3. Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-5-en-3β,21-diol-20-one (25)
• 2.12.2. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I2 trong môi trường kiềm
• 2.12.2.1. Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp chất trung gian 21,21-diiodide
• 2.12.2.2. Tổng hợp 21-acetoxy-16β-methylpregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-3,20-dione (16a)
• 2.12.2.3. Tổng hợp 21-acetoxy-16β-methylpregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione (16b)
• 2.12.2.4. Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua dẫn xuất 21-monoiodide
• 2.12.2.5. Tổng hợp 21-acetoxypregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-3,20-dione (17)
• 2.12.2.6. Tổng hợp 16β-chloro-17α-hydroxy-21-iodopregna-4-en-3,20-dione (22)
• 2.13. Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid
• 2.13.1. Phương pháp halohydrin
• 2.13.1.1. Phương pháp chung
• 2.13.1.2. Tổng hợp 9α-bromo-16β-methyl-11β,17α,21-trihydroxypregna-4-en-3,20-dione-21-acetate (18a)
• 2.13.1.3. Tổng hợp 9α-bromo-16β-methyl-11β,17α,21-trihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione-21-acetate (18b)
• 2.13.1.4. Tổng hợp 9α-bromo-11β,17α,21-trihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione-21-acetate (18c)
• 2.13.2. Phương pháp cộng mở vòng epoxy
• 2.13.2.1. Tổng hợp 16β-chloro-17α-hydroxypregna-4-en-3,20-dione (21’’)
• 2.13.2.2. Tổng hợp 16β-chloropregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24a)
• 2.13.2.3. Tổng hợp 16β-bromopregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24b)
• 2.14. Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa) tổng hợp prednisolone acetate (20)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9-AD)
• 3.2. Tổng hợp mạch bên pregnane
• 3.2.1. Phương pháp cyanohydrin
• 3.2.2. Phương pháp acetylene
• 3.3. Phương pháp tổng hợp các 16β-methyl-17α-hydroxypregnane
• 3.4. Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)
• 3.5. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid
• 3.5.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhI(OAc)2
• 3.5.2. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I2 trong môi trường kiềm
• 3.5.2.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp chất trung gian 21,21-diiodide
• 3.5.2.2. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid qua dẫn xuất 21-monoiodide
• 3.5.3. So sánh hai phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid
• 3.6. Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid
• 3.6.1. Theo phương pháp halohydrin
• 3.6.2. Theo phương pháp cộng mở vòng epoxy
• 3.7. Tổng hợp các dẫn xuất epoxy theo phương pháp dehalohydrin
• 3.8. Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa)
• 3.9. Đề xuất hai sơ đồ tổng hợp một số dược phẩm steroid dựa trên các phương pháp đã nghiên cứu ở trên
• 3.9.1. Sơ đồ tổng hợp hydrocortisone acetate và prednisolone từ 9α-OH AD
• 3.9.2. Sơ đồ tổng hợp betamethasone và beclomethasone từ 9α-OH AD
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tổng hợp pregnan từ 9α hydroxy androstendion

Nghiên cứu tổng hợp pregnan và các dẫn xuất từ 9α-hydroxy androstendion đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hóa học hữu cơ. Các hợp chất này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành dược phẩm. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu và nâng cao khả năng sản xuất nội địa.

1.1. Định nghĩa và cấu trúc của pregnan

Pregnan là một loại steroid có cấu trúc đặc trưng với mạch nhánh gắn ở vị trí C-17. Cấu trúc này cho phép pregnan tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau, tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao.

1.2. Vai trò của 9α hydroxy androstendion trong tổng hợp

9α-hydroxy androstendion là một hợp chất trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp pregnan. Hợp chất này có khả năng chuyển hóa thành nhiều dẫn xuất khác nhau, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ.

II. Thách thức trong nghiên cứu tổng hợp pregnan và dẫn xuất

Mặc dù có nhiều phương pháp tổng hợp pregnan, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa quy trình. Các vấn đề như hiệu suất thấp, độ chọn lọc không cao và chi phí sản xuất cao cần được giải quyết. Việc tìm kiếm các phương pháp mới và cải tiến quy trình hiện tại là rất cần thiết.

2.1. Vấn đề về hiệu suất trong tổng hợp

Hiệu suất tổng hợp thấp là một trong những vấn đề lớn nhất trong nghiên cứu. Nhiều phương pháp hiện tại không đạt được hiệu suất mong muốn, dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian và nguyên liệu.

2.2. Độ chọn lọc và tính bền vững của quy trình

Độ chọn lọc của các phản ứng hóa học cũng là một thách thức lớn. Việc phát triển các phương pháp có độ chọn lọc cao sẽ giúp giảm thiểu sản phẩm phụ và tăng cường tính bền vững của quy trình tổng hợp.

III. Phương pháp tổng hợp pregnan từ 9α hydroxy androstendion

Có nhiều phương pháp tổng hợp pregnan từ 9α-hydroxy androstendion, trong đó phương pháp cyanohydrin và acetylene được coi là hiệu quả nhất. Các phương pháp này không chỉ giúp tạo ra pregnan mà còn cho phép tạo ra các dẫn xuất khác nhau với hoạt tính sinh học cao.

3.1. Phương pháp cyanohydrin trong tổng hợp

Phương pháp cyanohydrin sử dụng HCN để ngưng tụ với 17-ketosteroid, tạo ra các sản phẩm có giá trị. Phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tổng hợp pregnan và các dẫn xuất của nó.

3.2. Phương pháp acetylene trong tổng hợp

Phương pháp acetylene cho phép ngưng tụ 17-ketosteroid với acetylene, tạo ra các dẫn xuất pregnan. Phương pháp này đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc.

IV. Ứng dụng thực tiễn của pregnan và dẫn xuất trong y học

Các dẫn xuất của pregnan có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc steroid. Việc tổng hợp thành công các dẫn xuất này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong điều trị bệnh và cải thiện sức khỏe con người.

4.1. Ứng dụng trong điều trị bệnh

Các dẫn xuất pregnan được sử dụng trong điều trị nhiều loại bệnh, bao gồm các bệnh liên quan đến hormone và viêm. Chúng có khả năng điều chỉnh hoạt động của hormone steroid trong cơ thể.

4.2. Tiềm năng phát triển dược phẩm mới

Nghiên cứu và phát triển các dẫn xuất pregnan có thể dẫn đến việc tạo ra các loại thuốc mới với hiệu quả cao hơn và ít tác dụng phụ hơn. Điều này sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu tổng hợp pregnan và các dẫn xuất từ 9α-hydroxy androstendion đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và dược phẩm. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả sẽ giúp nâng cao khả năng sản xuất nội địa và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu.

5.1. Tương lai của nghiên cứu tổng hợp pregnan

Nghiên cứu trong lĩnh vực tổng hợp pregnan sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều phương pháp mới được đề xuất. Điều này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc của các phản ứng hóa học.

5.2. Định hướng phát triển dược phẩm từ pregnan

Định hướng phát triển các loại thuốc từ pregnan sẽ tiếp tục được chú trọng. Các nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tạo ra các dẫn xuất mới với hoạt tính sinh học cao và ít tác dụng phụ.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học với đề tài "Nghiên cứu một số phương pháp tổng hợp pregnan và một số dẫn xuất của chúng từ 9α-hydroxy androstendion" do nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Diệp thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lưu Đức Huy tại Phòng Hóa học Steroid và Alkaloid, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (bảo vệ năm 2017, chuyên ngành Hóa hữu cơ, mã số 62.14).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo số liệu thống kê được nêu trong luận án, ngành y dược Việt Nam phải nhập khẩu tới 90% hoạt chất làm thuốc và 100% các thuốc có nguồn gốc steroid, trong bối cảnh nền công nghiệp hóa dược nội địa chưa tự chủ được nguồn nguyên liệu cơ bản. Quyết định số 68/QĐ-TTg ngày 10/01/2014 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược quốc gia phát triển ngành dược Việt Nam giai đoạn đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 đã đặt mục tiêu thuốc sản xuất trong nước phải chiếm 80% tổng giá trị tiêu thụ và đáp ứng 20% nhu cầu nguyên liệu hóa dược.

Trước đây, công nghiệp bán tổng hợp steroid thế giới và Việt Nam chủ yếu dựa vào các nguồn nguyên liệu nguồn gốc thực vật truyền thống như diosgenin (từ chi Dioscorea) và solasodine (từ chi Solanum). Các loại cây này đòi hỏi diện tích đất nông nghiệp và chu kỳ canh tác nhiều năm, dẫn đến chi phí nguyên liệu cao. Để tìm kiếm nguồn thay thế kinh tế hơn, các phytosterol thực vật thu hồi từ phế phụ phẩm công nghiệp chế biến gỗ, giấy, mía đường và chế biến dầu đậu tương (với sản lượng hàng trăm ngàn tấn/năm tại Việt Nam) đã được ứng dụng. Bằng con đường chuyển hóa vi sinh chọn lọc, phytosterol được phân cắt mạch bên thành các 17-ketosteroid như androstenedione (AD), androstadienedione (ADD) và 9α-hydroxyandrostenedione (9α-OH AD).

Tuy nhiên, nguyên liệu diosgenin hay solasodine vốn đã có sẵn khung mạch bên pregnan (20-ketone), trong khi các 17-ketosteroid thu được từ sterol chỉ có nhóm chức ketone tại C-17 mà chưa có mạch nhánh C-20, C-21. Do đó, khoảng trống nghiên cứu then chốt là phải xây dựng các phương pháp hóa học hữu cơ để tái tạo mạch bên pregnan và chuyển hóa tiếp thành cấu trúc mạch dioxyacetone của nhóm thuốc corticoid, đồng thời đưa các nhóm thế chức năng cần thiết vào khung phân tử steroid xuất phát từ nguồn nguyên liệu 9α-OH AD.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Luận án xác định 6 nhiệm vụ cụ thể được đánh số như sau:

1. Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9-AD).
2. Nghiên cứu so sánh hai phương pháp có giá trị thực tiễn nhất tổng hợp mạch bên pregnan từ 17-ketosteroid là phương pháp acetylene và phương pháp cyanohydrin.
3. Nghiên cứu phương pháp tạo lập nhóm chức 16β-methyl-17α-hydroxypregnan.
4. Nghiên cứu phương pháp tạo lập nối đôi Δ1(2).
5. Nghiên cứu phương pháp tạo lập mạch bên corticoid.
6. Nghiên cứu một số phương pháp phụ trợ khác như: tạo lập 9β,11β-epoxy; 16α,17α-epoxy; đưa nhóm OH vào vị trí 11β-; tạo lập nhóm chức 9α-bromo-11β-hydroxy; bảo vệ các nhóm 3- và 20-keto.

Mục tiêu cuối cùng là tích hợp các phương pháp trên để đề xuất hai sơ đồ hoàn chỉnh chuyển hóa 9α-OH AD thành các dược phẩm steroid quan trọng gồm: hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone và beclomethasone.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất ban đầu 9α-hydroxyandrostenedione (9α-OH AD) được điều chế bằng phương pháp chuyển hóa sinh học từ phytosterol phế phụ phẩm dầu đậu tương Việt Nam; các chất trung gian steroid và các sản phẩm corticoid đích.
• Phạm vi không gian: Các phản ứng thực nghiệm tổng hợp hóa học, tinh chế và phân tích phổ được tiến hành tại Phòng Hóa học Steroid và Alkaloid thuộc Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
• Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện trong giai đoạn thuộc khuôn khổ Chương trình Hóa Dược Quốc gia 2007-2020 (Đề tài mã số 059/15-17) và Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia NAFOSTED (Đề tài mã số 20), bảo vệ năm 2017.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu tiền đề

Luận án đã khảo sát chi tiết lịch sử phát triển của các phương pháp chuyển hóa 17-ketoandrostene thành 20-ketopregnan và corticosteroid trên thế giới:

• Phương pháp cyanohydrin: Nghiên cứu của Upjohn Co. (Mỹ) [8, 49, 56], Schering (Đức) [81], Mitsubishi (Nhật Bản) [9, 23] và các tác giả Nhật Bản [7, 10, 11-13] đã mô tả phản ứng cộng hợp hydrocyanic acid hoặc acetone cyanohydrin vào C-17. Tuy nhiên, khi áp dụng trên Δ9(11)-AD, phản ứng thường ưu tiên tạo đồng phân lập thể không mong muốn 17α-cyano-17β-hydroxy, đòi hỏi phải tiến hành epimer hóa bằng NaCN hoặc Et3N.HCN để thu được đồng phân 17β-cyano-17α-hydroxy [9, 10]. Các nghiên cứu tiếp theo alkyl hóa nhóm nitrile bằng CH3Li hoặc tác nhân Grignard để tạo mạch 20-ketone [14, 15].
• Phương pháp acetylene: Bắt đầu từ phản ứng cộng hợp acetylene cổ điển (Favorskii) với xúc tác base mạnh [7, 23]. Kanojia và cộng sự (1979) [34], Upjohn Co. (1986) [35] và Gist-Brocades (New Zealand) [19] đã nghiên cứu quá trình 17α-ethynyl hóa và tìm cách epimer hóa sang 17β-ethynyl. Nhóm nghiên cứu của Lưu Đức Huy và cộng sự [43-46] đã áp dụng phản ứng Nicholas [47] với phức chất cobalt carbonyl Co2(CO)6 để epimer hóa trực tiếp 17-ethynylcarbinol.
• Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl: Các công trình của Antonucci và cs. [58], Kashmiri và cs. [60], Geurts và Vivat [63] sử dụng ethylene glycol tạo ethyleneketal vòng 5 cạnh để bảo vệ nhóm 3-keto và 20-keto. Các nhà khoa học Nga [6] đã đưa ra phương pháp ketal hóa sử dụng neopentyl glycol tạo vòng 6 cạnh 1,3-dioxane có độ bền nhiệt động cao hơn (hiệu suất đạt 98%).
• Tạo lập nối đôi Δ9(11), Δ16(17) và Δ1(2): Phản ứng dehydrat hóa C-11 hoặc C-9 dùng POCl3-Py [67], SOCl2-Py [68], methanesulfonyl chloride kết hợp SO2 [70, 71], hoặc acid vô cơ/Lewis [29, 30, 74, 78]. Phản ứng đưa nối đôi Δ1(2) bằng hóa học sử dụng DDQ [83-86] hoặc SeO2 [87, 88], hoặc bằng chuyển hóa sinh học dùng chủng vi sinh Arthrobacter simplex [80-82].
• Xây dựng mạch bên corticoid: Chuyển hóa nhóm 17-ethynyl bằng phản ứng hydrat hóa Kucherov [90-93], hoặc oxy hóa bằng các hợp chất iod siêu hóa trị như PhI(OAc)2, PIFA theo Mercusev [103, 104] và Moriarty [110, 111]. Phương pháp chuyển hóa 20-ketopregnan qua dẫn xuất 21-iodo trong môi trường kiềm rồi acetoxy hóa bằng KOAc được phát triển từ nghiên cứu của Hogg và cs. (1955) [107, 108].
• Gắn nhóm 16β-methyl-17α-hydroxy: Phương pháp epoxy hóa nối đôi Δ16(17) bằng H2O2/kiềm rồi mở vòng chọn lọc lập thể bằng Grignard methylmagnesium bromide [63, 113], kết hợp phản ứng Barton oxy hóa vị trí C-17 bằng O2/t-BuOK [115-117].

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết

Mặc dù các phản ứng đơn lẻ đã được công bố rải rác, việc áp dụng chúng một cách hệ thống trên cơ chất 9α-OH AD thu được từ nguồn vi sinh nội địa Việt Nam còn gặp nhiều trở ngại kỹ thuật:

1. Phản ứng dehydrat hóa 9α-OH AD thường tạo ra sản phẩm phụ đồng phân không mong muốn androsta-4,8(9)-diene-3,17-dione (Δ8-AD) có tính chất sắc ký tương tự Δ9(11)-AD, gây khó khăn cho việc tinh chế.
2. Thiếu sự đánh giá so sánh thực nghiệm song song giữa hai con đường cyanohydrin và acetylene khi triển khai từ cùng một nguồn nguyên liệu ban đầu.
3. Cần xác lập quy trình đồng bộ để bảo vệ chọn lọc các vị trí carbonyl, đưa nhóm thế 16β-methyl, tạo nối đôi Δ1(2) và gắn mạch dioxyacetone tại C-17 nhằm hình thành chuỗi tổng hợp khép kín ra các corticoid cụ thể.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm

Luận án dựa trên lý thuyết tổng hợp hữu cơ các hợp chất steroid, đặc biệt là sự chuyển hóa bộ khung cyclopentanoperhydrophenanthrene (gồm 3 vòng cyclohexane A, B, C và 1 vòng cyclopentane D). Trọng tâm lý thuyết bao gồm:

• Hóa học lập thể của các phản ứng cộng electrophile và nucleophile tại vòng D (vị trí C-16, C-17) và vòng C (vị trí C-9, C-11).
• Cơ chế phản ứng chuyển vị enolate, epimer hóa carbocation qua phức cobalt (phản ứng Nicholas), phản ứng cộng mở vòng oxirane (epoxy), và phản ứng thế nucleophile của các dẫn xuất halogen hữu cơ.

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích

Luận án sử dụng các phương pháp hóa học thực nghiệm chuẩn xác:

• Phương pháp tổng hợp hữu cơ đa giai đoạn: Bao gồm các phản ứng dehydrat hóa, hydrocyan hóa, ethynyl hóa, ketal hóa, dehydro hóa, oxy hóa bằng hợp chất iod siêu hóa trị, halohydrin hóa, dehalohydrin hóa, và dehalogen hóa bằng hydro tri-n-butyltin (HSnBu3).
• Phương pháp sắc ký và tinh chế:
  • Sắc ký lớp mỏng (TLC) định tính kiểm tra tiến trình phản ứng trên bản mỏng tráng sẵn Silufol Merck 60 F254.
  • Sắc ký lớp mỏng điều chế sử dụng silica gel G.Merck 60 F254.
  • Sắc ký cột (CC) tinh chế sản phẩm sử dụng chất hấp phụ silica gel Merck cỡ hạt 63–200 µm.
  • Kỹ thuật kết tinh phân đoạn bằng các hệ dung môi thích hợp (EtOAc, EtOH, acetone, MeOH, CHCl3, hexane/heptane).

Nguồn nguyên liệu, thiết bị và dữ liệu

• Nguyên liệu đầu: 9α-OH AD (độ tinh khiết 98,0%, hiệu suất điều chế vi sinh 82,9%) được chuyển hóa từ AD (độ tinh khiết 97,8%, hiệu suất vi sinh 72,6%), nguồn gốc từ phytosterol phế thải của công nghiệp chế biến dầu đậu tương. Dung môi và hóa chất từ các hãng Sigma-Aldrich, Merck và Trung Quốc.
• Hệ thống thiết bị đo đạc cấu trúc:
  • Máy đo điểm nóng chảy Boetius (CHDC Đức).
  • Máy quang phổ hồng ngoại (IR) FT-IR-IMPACT-410 (Nicolet, Mỹ), đo dạng viên nén với KBr.
  • Máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Bruker Avance 400 MHz và 500 MHz, đo trong các dung môi CDCl3, CD3OD hoặc DMSO-d6 với chất nội chuẩn TMS (sử dụng các kỹ thuật 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT và phổ tương tác không gian NOESY).
  • Máy đo phổ khối lượng: ESI-MS trên hệ Agilent 6310 Ion Trap và EI-MS trên hệ MS-5989B.

---

Nội dung chính theo từng chương

Cấu trúc luận án gồm 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và các nghiên cứu chuyên khảo liên quan đến 6 nội dung kỹ thuật chính:

1. Tổng quan các phương pháp tổng hợp mạch bên pregnan: Phân tích chi tiết 5 hướng tiếp cận từ 17-ketosteroid (cyanohydrin, Knoevenagel, acetylene, Wittig, Reformatskii), khẳng định hướng cyanohydrin và acetylene là hai hướng khả thi nhất đối với cơ chất 9α-OH AD.
2. Phương pháp bảo vệ nhóm 3- và 20-ketosteroid: So sánh hiệu quả giữa ethyleneketal (vòng 5 cạnh 1,3-dioxolane) và neopentylketal (vòng 6 cạnh 1,3-dioxane), phân tích sự dịch chuyển nối đôi Δ4(5) sang Δ5(6) trong quá trình bảo vệ.
3. Đưa nối đôi vào các vị trí 1(2), 9(11) và 16(17): Phân tích các tác nhân POCl3, SOCl2, methanesulfonyl chloride, DDQ, SeO2 và phương pháp vi sinh sử dụng Arthrobacter simplex.
4. Tổng hợp mạch bên corticoid: Đánh giá phương pháp chuyển hóa nhóm 17-ethynyl thông qua hợp chất iod siêu hóa trị PIFA hoặc PhI(OAc)2, và phương pháp iodo hóa trực tiếp C-21 của 20-ketopregnan qua trung gian 21,21-diiodide hoặc 21-monoiodide.
5. Tổng hợp dẫn xuất 16β-methyl-17α-hydroxypregnan: Đánh giá lộ trình đi từ hợp chất trung gian 16α,17α-epoxy-20-ketopregnan và phản ứng mở vòng alkyl hóa chọn lọc bằng hợp chất cơ magie (CH3MgBr).

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình tổng hợp, thông số mol, dung môi, nhiệt độ, thời gian phản ứng và phương pháp phân lập tinh chế cho 25 hợp chất trung gian và sản phẩm:

• Quy trình dehydrat hóa 9α-OH AD (1) tạo Δ9-AD (2): sử dụng 90,6 mg (0,30 mmol) chất (1), 1,68 ml CHCl3 và 0,33 ml (4,82 mmol) acid H3PO4 85%, khuấy hồi lưu trong 2,0 giờ, rửa nước đến pH = 7, kết tinh từ EtOAc.
• Quy trình tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-3-one (3) theo 2 phương pháp:
  • Dùng KCN (1,36 mmol), 17-ketosteroid (0,35 mmol), MeOH (0,71 ml), AcOH (0,03 ml), khuấy ở nhiệt độ phòng.
  • Dùng acetone cyanohydrin (0,70 mmol), MeOH (0,28 ml), dung dịch NaOH 3,3M (0,01 ml), khuấy ở 36–40°C trong 1,5–4,0 giờ.
• Quy trình bảo vệ nhóm carbonyl bằng neopentyl glycol (1,41 mmol) với triethyl orthoformate (0,92 ml), xúc tác p-TSA (92,0 mg) trong CH2Cl2 ở 0–5°C trong 8 giờ để tạo dẫn xuất 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy) (4a, 10a).
• Quy trình tổng hợp các dẫn xuất ethyleneketal (4b, 10b, 10c, 11b) bằng ethylene glycol xúc tác p-TSA.
• Quy trình dehydrat hóa 17α-hydroxy tạo nối đôi Δ16(17) (hợp chất 5).
• Quy trình ethynyl hóa tạo 17α-ethynyl-17β-hydroxy (7) và epimer hóa qua dẫn xuất ester nitrate 17-ONO2 (7') để thu được 17β-ethynyl-17α-hydroxy (8).
• Quy trình methyl hóa dẫn xuất nitrile bằng tác nhân Grignard hoặc methyl lithium, và hydrat hóa 17β-ethynyl bằng xúc tác HgSO4 để thu được pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b).
• Quy trình tạo lập dẫn xuất 16α,17α-epoxy (9, 10a, 10b, 23) và 9β,11β-epoxy (19a, 19b).
• Quy trình gắn nhóm 16β-methyl bằng phản ứng Grignard trên dẫn xuất epoxy để thu được (11a, 11b), sau đó giải phóng nhóm bảo vệ tạo 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-3,20-dione (12).
• Quy trình dehydro hóa tạo nối đôi Δ1(2) bằng DDQ tạo các dẫn xuất triene (13a, 13b).
• Quy trình xây dựng mạch bên corticoid bằng hệ PhI(OAc)2/KOH/MeOH tạo hợp chất 21-ol (15, 25), hoặc bằng I2 trong môi trường kiềm tạo dẫn xuất 21-acetoxy (16a, 16b, 17, 22).
• Quy trình halohydrin hóa đưa nhóm 9α-Br-11β-OH (18a, 18b, 18c), mở vòng epoxy bằng acid halogenhydric tạo 16β-Cl hoặc 16β-Br (21'', 24a, 24b), và khử halogen bằng HSnBu3 để tổng hợp prednisolone acetate (20).

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các biện luận khoa học, cơ chế phản ứng, so sánh các phương pháp và phân tích cấu trúc sản phẩm dựa trên dữ liệu phổ:

1. Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp Δ9-AD (2)

Phản ứng chuyển hóa 9α-OH AD (1) thành Δ9-AD (2) được thực hiện với xúc tác H3PO4 85% trong CHCl3 ở điều kiện hồi lưu. Phân tích phổ 1H-NMR (Hình 3.1) xác nhận sự xuất hiện của proton olefin tại C-11 ở vùng δ 5,5 ppm mà không thấy tín hiệu của đồng phân Δ8(9)-AD, chứng minh phản ứng đạt độ chọn lọc vị trí cao.

2. So sánh phương pháp cyanohydrin và phương pháp acetylene xây dựng mạch bên pregnan

Luận án tiến hành so sánh toàn diện hai lộ trình từ Δ9-AD (2) đến chất trung gian then chốt pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b):

• Theo phương pháp cyanohydrin (Sơ đồ 3.5):
  • Cộng hydrocyanic acid vào 17-keto bằng KCN/AcOH hoặc acetone cyanohydrin tạo 17α-hydroxy-17β-cyano (3).
  • Bảo vệ nhóm 3-keto bằng neopentyl glycol cho sản phẩm 4a (vòng 6 cạnh, hiệu suất cao hơn so với dùng ethylene glycol tạo vòng 5 cạnh 4b).
  • Dehydrat hóa nhóm 17α-hydroxy bằng POCl3/Py tạo nối đôi Δ16(17) (chất 5).
  • Phản ứng methyl hóa nhóm nitrile của 5 bằng CH3MgBr hoặc CH3Li, sau đó thủy phân tạo mạch 20-ketone (6a).
  • Oxy hóa epoxy hóa nối đôi Δ16(17) bằng H2O2/NaOH tạo 16α,17α-epoxy (9), rồi khử mở vòng hoặc alkyl hóa để tái tạo nhóm 17α-hydroxy (6b).
• Theo phương pháp acetylene (Sơ đồ 3.6):
  • Ngưng tụ Δ9-AD với acetylene có mặt t-BuOK tạo dẫn xuất 17α-ethynyl-17β-hydroxy (7).
  • Epimer hóa hóa lập thể trung tâm C-17 thông qua tạo ester nitrate 17α-ethynyl-17β-nitrooxy (7') bằng hỗn hợp HNO3/Ac2O, sau đó xử lý với muối bạc/thủy phân để nghịch đảo cấu hình thành 17β-ethynyl-17α-hydroxy (8).
  • Hydrat hóa liên kết ba 17β-ethynyl bằng phản ứng Kucherov xúc tác HgSO4 trong môi trường acid thu được trực tiếp mạch bên 20-ketopregnan (6b).

Đánh giá so sánh: Phương pháp cyanohydrin có ưu thế về tính sẵn có, giá thành thấp của tác nhân và độ bền của sản phẩm trung gian, tuy nhiên phải trải qua nhiều giai đoạn bảo vệ và giải phóng nhóm chức hơn. Phương pháp acetylene ngắn hơn về số bước phản ứng nhưng đòi hỏi kỹ thuật kiểm soát epimer hóa trung tâm C-17 khắt khe hơn.

3. Tổng hợp các dẫn xuất 16β-methyl-17α-hydroxypregnan

Từ hợp chất trung gian 16α,17α-epoxy (10a hoặc 10b), phản ứng cộng mở vòng chọn lọc không gian bằng thuốc thử Grignard methylmagnesium bromide (CH3MgBr) trong THF đưa nhóm methyl vào vị trí 16β và tái tạo nhóm 17α-OH (11a, 11b). Sau khi giải phóng nhóm bảo vệ ketal ở C-3 và C-20 trong môi trường acid, thu được 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-3,20-dione (12). Cấu hình không gian 16β-methyl được chứng minh tường minh qua phổ NOESY (Hình 3.16 và 3.17), ghi nhận tương tác không gian rõ rệt giữa proton của nhóm CH3-16 với các proton của nhóm CH3-18 và CH3-21.

4. Phản ứng tạo lập nối đôi Δ1(2)

Nghiên cứu áp dụng tác nhân DDQ (1,2–1,5 đương lượng) hồi lưu trong benzene hoặc dioxane khan để khử hydro vị trí C-1, C-2 của hệ thống 3-keto-Δ4. Phản ứng chuyển hóa chọn lọc các chất 12 và 17 thành các dẫn xuất triene tương ứng (13a, 13b) với hiệu suất phân lập đạt 70–80%, không làm ảnh hưởng đến các nhóm chức nhạy cảm khác trên khung phân tử.

5. Tổng hợp mạch bên corticoid

Luận án khảo sát và so sánh hai phương pháp xây dựng mạch dioxyacetone tại C-17:

• Phương pháp 1 (Dùng hợp chất iod siêu hóa trị PhI(OAc)2): Xử lý 20-ketosteroid trong hệ PhI(OAc)2/KOH/MeOH theo cơ chế phản ứng Moriarty, đi qua chất trung gian 20,21-epoxysteroid để thủy phân trực tiếp thành 21-hydroxy-20-ketopregnan (15, 25).
• Phương pháp 2 (Dùng I2 trong môi trường kiềm): Iodo hóa vị trí methyl C-21 của 20-ketopregnan bằng I2/CaCl2/NaOH trong hỗn hợp MeOH/H2O mà không cần bảo vệ hệ thống 3-keto-Δ4, tạo trung gian 21-monoiodide hoặc 21,21-diiodide. Sau đó, thế nucleophile nguyên tử iod bằng nhóm acetoxy với KOAc trong acetone đun nóng thu được dẫn xuất 21-acetoxy (16a, 16b, 17, 22) với hiệu suất cao và độ lặp lại ổn định.

6. Halohydrin hóa, tạo vòng epoxy và dehalogen hóa

• Phản ứng tạo nhóm 9α-bromo-11β-hydroxy (18a, 18b, 18c) được thực hiện bằng cách xử lý liên kết đôi Δ9(11) với N-bromoacetamide (NBA) hoặc N-bromosuccinimide (NBS) trong dung dịch acid perchloric (HClO4) loãng ở nhiệt độ thấp.
• Xử lý các dẫn xuất 9α-bromo-11β-hydroxy với base (KOAc trong MeOH) xảy ra phản ứng dehalohydrin nội phân tử đóng vòng tạo 9β,11β-epoxy (19a, 19b).
• Cộng mở vòng 16α,17α-epoxy bằng dung dịch HCl hoặc HBr trong dung môi hữu cơ điều chế các dẫn xuất 16β-chloro và 16β-bromo (21'', 24a, 24b).
• Phản ứng dehalogen hóa: Khử chọn lọc nguyên tử 9α-brom của hợp chất 18c bằng hydro tri-n-butyltin (HSnBu3) có mặt chất khơi mào gốc tự do AIBN trong toluene hồi lưu, thu được sản phẩm prednisolone acetate (20) sạch sắc ký (ESI-MS, Hình 3.23).

7. Đề xuất hai sơ đồ tổng hợp hoàn chỉnh các dược phẩm steroid

Trên cơ sở tối ưu hóa từng phản ứng thành phần, luận án tích hợp thành 2 sơ đồ bán tổng hợp hoàn chỉnh:

Tên sơ đồ	Nguyên liệu đầu	Các giai đoạn chuyển hóa chính	Sản phẩm đích
Sơ đồ 1 (Sơ đồ 3.8)	9α-OH AD (1)	(1) Dehydrat hóa tạo Δ9-AD (2) (2) Tạo mạch bên pregnan 17α-OH (6b) theo phương pháp cyanohydrin hoặc acetylene (3) Iodo hóa C-21 và acetoxy hóa tạo 21-acetoxy (17) (4) Halohydrin hóa tạo 9α-Br-11β-OH (18c) (5) Khử brom bằng HSnBu3 tạo hydrocortisone acetate; dehydro hóa C-1(2) bằng DDQ tạo prednisolone	Hydrocortisone acetate và Prednisolone
Sơ đồ 2 (Sơ đồ 3.9)	9α-OH AD (1)	(1) Chuyển hóa thành 16α,17α-epoxypregnan (9, 10a) (2) Mở vòng bằng CH3MgBr đưa nhóm 16β-methyl-17α-OH (11a, 12) (3) Dehydro hóa Δ1(2) bằng DDQ (13a) (4) Gắn mạch 21-acetoxy (16b) (5) Halohydrin hóa tạo 9α-Br-11β-OH (18b) (6) Đóng vòng 9β,11β-epoxy (19b) (7) Mở vòng epoxy bằng HF tạo betamethasone hoặc bằng HCl tạo beclomethasone	Betamethasone và Beclomethasone

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt khoa học và lý luận

1. Đã nghiên cứu có hệ thống và hoàn thiện điều kiện phản ứng dehydrat hóa chọn lọc 9α-OH AD (sử dụng H3PO4 85% trong CHCl3), loại trừ hoàn toàn sự tạo thành sản phẩm phụ đồng phân không mong muốn Δ8(9)-AD, giải quyết được khó khăn lớn trong việc tinh chế Δ9-AD.
2. Đã thực hiện nghiên cứu so sánh song song giữa phương pháp cyanohydrin và phương pháp acetylene trên cùng cơ chất 17-ketosteroid có nối đôi Δ9(11), xác lập chi tiết các thông số phản ứng, cơ chế hóa lập thể và hiệu quả chuyển hóa của từng bước trung gian.
3. Đã xác lập phương pháp bảo vệ chọn lọc nhóm 3-keto và 20-keto của steroid bằng neopentyl glycol tạo vòng 1,3-dioxane 6 cạnh, chứng minh tính ưu việt về độ bền nhiệt động và hiệu suất phản ứng (đạt 98%) so với phương pháp bảo vệ bằng ethylene glycol truyền thống.
4. Đã áp dụng thành công phản ứng iodo hóa trực tiếp vị trí C-21 có mặt CaCl2/NaOH mà không cần bảo vệ nhóm chức 3-keto-Δ4 liên hợp, rút ngắn các bước trung gian trong quá trình tạo mạch bên corticoid.
5. Đã tổng hợp và xác định cấu trúc đầy đủ bằng các phương pháp phổ hiện đại (1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, NOESY, IR, ESI-MS, EI-MS) cho 25 hợp chất steroid trung gian và sản phẩm, trong đó có nhiều dẫn xuất mới chứa đồng thời các nhóm chức 16β-methyl, 9β,11β-epoxy và halogen.

Đóng góp về mặt thực tiễn và ứng dụng

1. Đã xây dựng thành công 2 sơ đồ tổng hợp hóa học hoàn chỉnh, có tính khả thi cao để sản xuất 4 loại dược phẩm chống viêm nhóm glucocorticoid quan trọng hàng đầu trong y học hiện nay gồm: hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone và beclomethasone.
2. Quy trình công nghệ được thiết kế xuất phát từ nguồn nguyên liệu 9α-OH AD thu được từ quá trình chuyển hóa sinh học phytosterol phế phụ phẩm công nghiệp dầu đậu tương Việt Nam, góp phần tạo lập cơ sở khoa học cho việc chủ động sản xuất nguyên liệu hóa dược steroid trong nước, thay thế nguồn nhập khẩu và thay thế nguyên liệu truyền thống diosgenin/solasodine.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Các quy trình tổng hợp trong luận án chủ yếu được khảo sát và tối ưu hóa ở quy mô phòng thí nghiệm (lượng chất phản ứng ở quy mô từ hàng trăm miligam đến vài gam).
• Một số phản ứng phụ trợ sử dụng các tác nhân hóa học đắt tiền hoặc có độc tính đối với môi trường (như DDQ, HSnBu3, muối thủy ngân, các hợp chất chứa iod siêu hóa trị) chưa được khảo sát thay thế bằng các phương pháp xúc tác xanh hơn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng quy mô phản ứng (scale-up) lên mức pilot (bán công nghiệp) đối với hai sơ đồ tổng hợp hydrocortisone acetate và betamethasone từ 9α-OH AD.
• Nghiên cứu cải tiến các giai đoạn chuyển hóa bằng cách kết hợp xúc tác sinh học (vi sinh vật chuyển hóa chọn lọc vị trí C-1(2) hoặc 11β-hydroxyl hóa) nhằm giảm thiểu việc sử dụng tác nhân hóa học độc hại và hạ giá thành sản phẩm.
• Tối ưu hóa các khâu thu hồi dung môi và tái sử dụng xúc tác trong quy trình công nghệ để đảm bảo tiêu chuẩn an toàn môi trường và hiệu quả kinh tế công nghiệp.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo giá trị cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược, Hóa học các hợp chất thiên nhiên: Cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, quy trình tổng hợp chi tiết và phương pháp luận sáng tỏ cấu trúc các phân tử steroid phức tạp bằng các kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều (NOESY, DEPT) và phổ khối lượng phân giải cao.
• Các nhà khoa học và cán bộ nghiên cứu tại các viện, trung tâm nghiên cứu hóa dược: Phần so sánh các phương pháp xây dựng mạch bên pregnan (Chương 3, mục 3.2), phương pháp gắn nhóm 16β-methyl (mục 3.3) và phương pháp tạo mạch bên corticoid (mục 3.5) cung cấp nhiều giải pháp tổng hợp chọn lọc lập thể có thể áp dụng cho các khung steroid khác.
• Các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và các nhà hoạch định chính sách phát triển công nghiệp hóa dược: Cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp công nghệ rõ ràng để đánh giá tính khả thi trong việc đầu tư dây chuyền sản xuất nguyên liệu thuốc steroid từ nguồn phytosterol nội địa theo định hướng Chiến lược phát triển ngành Dược Việt Nam.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao 9α-OH AD được lựa chọn làm nguyên liệu xuất phát thay thế cho diosgenin và solasodine trong luận án này? Diosgenin và solasodine chiết xuất từ cây Dioscorea và Solanum đòi hỏi đất nông nghiệp canh tác nhiều năm nên giá thành cao. Trong khi đó, 9α-OH AD được sản xuất từ phytosterol – nguồn phụ phẩm dồi dào, giá rẻ của công nghiệp sản xuất giấy và chế biến dầu đậu tương (đậu tương tại Việt Nam có sản lượng hàng trăm ngàn tấn/năm). Nhóm nghiên cứu đã làm chủ công nghệ vi sinh chuyển hóa phytosterol thành AD (hiệu suất 72,6%) và 9α-OH AD (hiệu suất 82,9%), tạo nguồn nguyên liệu ban đầu ổn định và kinh tế.

2. Phản ứng dehydrat hóa 9α-OH AD bằng xúc tác H3PO4 85% có ưu điểm gì so với các tác nhân khác đã công bố? Các phương pháp dehydrat hóa 9α-OH AD trước đây thường tạo ra hỗn hợp gồm sản phẩm mong muốn Δ9(11)-AD và sản phẩm phụ đồng phân Δ8(9)-AD có giá trị Rf tương tự trên bản mỏng TLC và không thể tách bằng kết tinh. Luận án đã tối ưu hóa phản ứng sử dụng H3PO4 85% trong dung môi CHCl3 ở nhiệt độ hồi lưu trong 2,0 giờ, cho phép tạo thành Δ9-AD sạch sắc ký, không phát hiện thấy tín hiệu của đồng phân Δ8(9)-AD trên phổ 1H-NMR và sắc ký.

3. Vì sao việc bảo vệ nhóm carbonyl bằng neopentyl glycol lại ưu việt hơn ethylene glycol? Neopentyl glycol phản ứng với nhóm 3-keto (hoặc 20-keto) của steroid tạo ra dẫn xuất ketal vòng 6 cạnh 1,3-dioxane (3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)). Do hiệu ứng cấu trúc và độ bền nhiệt động của vòng 6 cạnh cao hơn vòng 5 cạnh 1,3-dioxolane tạo bởi ethylene glycol, phản ứng đạt hiệu suất phân lập lên tới 98% và rất bền vững trong các điều kiện phản ứng kiềm hoặc tác nhân cơ kim ở các bước kế tiếp.

4. Bằng chứng thực nghiệm nào chứng minh nhóm 16-methyl được gắn vào khung steroid có cấu hình 16β chứ không phải 16α? Cấu hình 16β của nhóm methyl trong hợp chất 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-3,20-dione (12) được chứng minh thông qua phổ NOESY (Hình 3.16 và 3.17). Phổ ghi nhận các tương tác không gian chéo (NOE cross-peaks) rõ rệt giữa các proton của nhóm 16-CH3 với proton của nhóm 18-CH3 (hướng β) và 21-CH3, khẳng định nhóm methyl tại C-16 cùng nằm ở phía β của mặt phẳng phân tử steroid.

5. Điểm mấu chốt trong phương pháp xây dựng mạch bên corticoid bằng I2 trong môi trường kiềm của luận án là gì? Phương pháp iodo hóa trực tiếp vị trí C-21 của 20-ketopregnan bằng hệ I2/CaCl2/NaOH cho phép phản ứng diễn ra chọn lọc trên nhóm methyl C-21 tạo thành dẫn xuất 21-monoiodide hoặc 21,21-diiodide mà không làm ảnh hưởng hay đòi hỏi phải bảo vệ hệ thống liên hợp 3-keto-Δ4 trong vòng A. Sau đó, phản ứng thế với KOAc trong acetone chuyển hóa êm dịu thành dẫn xuất 21-acetoxy với hiệu suất cao.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Nguyễn Thị Diệp đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu phát triển các phương pháp chuyển hóa hóa học từ nguyên liệu 9α-hydroxyandrostenedione (có nguồn gốc sinh học từ phytosterol phế phụ phẩm dầu đậu tương Việt Nam) thành các hợp chất trung gian pregnan và corticoid. Công trình đã làm sáng tỏ cơ sở hóa học lập thể, tối ưu hóa các phản ứng dehydrat hóa chọn lọc, bảo vệ ketal vòng 6 cạnh, epimer hóa C-17, gắn nhóm 16β-methyl-17α-hydroxy và tạo mạch bên dioxyacetone. Kết quả nghiên cứu đã tích hợp thành công hai sơ đồ hoàn chỉnh để bán tổng hợp 4 dược phẩm steroid thiết yếu gồm hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone và beclomethasone, đóng góp nền tảng công nghệ và tài liệu học thuật quan trọng cho ngành hóa hữu cơ và hóa dược Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Theo nhận định chung, hiện nay Việt Nam đang phải nhập khẩu tới 90% hoạt chất làm thuốc, 100% các thuốc có gốc steroid và nền công nghiệp hóa dược gần như chưa có. Ngày 10/01/2014 Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 68/QĐ-TTg phê duyệt chiến lược quốc gia phát triển ngành dược Việt Nam giai đoạn đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030. Theo đó, đến năm 2020, thuốc sản xuất trong nước chiếm 80% tổng giá trị thuốc tiêu thụ trong năm, sản xuất được 20% nhu cầu nguyên liệu cho sản xuất thuốc trong nước. Ngay từ Đại hội Hội Hoá dược tháng 10/2007 diễn ra ở Hà Nội, phần lớn ý kiến của các nhà khoa đều đã đinh, ngành hóa dược Việt Nam muốn thành công hoc nhân vẫn phải ưu tiên đi vào các nguồn hợp chất thiên nhiên như sterol đậu tương, flavonoid…[121], coi đây là môt trong những thế manh của ngành.

Trướ c đây, trong h tổng hơp các loai thuốc có nguồn gốc steroid, lin vưc diosgenin và solasodine chiết xuất từ Dioscorea và Solanum tương ứ ng, coi là đươc các nguyên liệu số một. Tuy nhiên các cây này phải trồng trên đất nông nghiệp nhiều năm mới có thu hoạch, do vậy giá thành cao. Từ lâu người ta đã ra sức tìm kiếm các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn. Các sterol thực vật (phytosterol) được chú ý đến nhiều nhất vì chúng có trữ lượng rất lớn và có thể thu hồi từ phế phụ thải công nghiệp giấy, công nghiệp mía đường và công nghiệp dầu đậu tương.

Điều này đã trở thành hiện thực sau khi phát minh ra một số chủng vi sinh phân cắt chọn lọc mạch bên các sterol đến các 17-ketosteroid: androstenedione (AD), androstadienedione (ADD) và 9- hydroxyandrostenedione (9-OH AD) [122]. Một số công ty dược lớn trên thế giới “Upjoin Co.’’ [8,49,56] của Mỹ, “Schering” [81] của Đức, “Mitsubishi” [9,23] của Nhật đã đưa ra thị trường một số dược phẩm steroid được bán tổng hợp từ sterol thông qua 17-ketosteroid trung gian. Ở nước ta một số nhà máy giấy cỡ lớn đang hoạt động và đậu tương là một nông sản quan trọng thứ ba với sản lượng hàng trăm ngàn tấn/ năm. Do vậy thu hồi sterol từ phế phụ thải của hai ngành sản xuất trên là một vấn đề thời sự có ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội và môi trường to lớn.

2 Ở Việt Nam từ 1990 đến nay nhóm nghiên cứu của Lưu Đức Huy và cộng sự đã nghiên cứu nhằm hoàn thiện một số phương pháp mới chuyển hoá sterol đến corticoid thông qua 17-ketosteroid trung gian. Mục đích cuối cùng là đưa ra một sơ đồ mới hiệu quả tổng hợp corticoid từ sterol thay thế cho các sơ đồ trước đây tổng hợp chúng dựa trên nguyên liệu cũ không còn tương lai diosgenin và solasodine. Năm 2006, lần đầu tiên Lưu Đức Huy và các đồng tác giả [123] đã công bố kết quả chuyển hoá vi sinh rất hiệu quả phytosterol, nguyên liệu Việt Nam, đến AD và ADD. Năm 2007, Bộ Khoa học Công nghệ đã phê duyệt nhiệm vụ Nghị định thư hợp tác với Liên bang Nga “Nghiên cứu công nghệ vi sinh chuyển hoá phytosterol đến androstenedione (AD) và 9-hydroxy AD sử dụng trong công nghiệp hoá - dược” do Lưu Đức Huy làm chủ nhiệm.

Từ kết quả nhận được Lưu Đức Huy và cộng sự Nga đã có công bố công nghệ chuyển hóa vi sinh phytosterol đến AD và 9α-OH AD [124] với hiệu suất trung bình đạt 70% và 75-80%, tương ứng. Công nghệ còn được nghiên cứu cải tiến, nâng cấp nhờ áp dụng phương pháp xúc tác Immobil [125]. Về nguyên tắc khi nguyên liệu đầu là diosgenin hay solasodine, sau khi phân cắt chọn lọc mạch nhánh ta đã có được mạch bên pregnane; khi chuyển sang sterol ta nhận được 17-ketosteroid (AD, ADD, 9α-OH AD…), tức là chưa có mạch bên pregnane.