Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Tổng Hợp Dẫn Xuất Nalidixic Axit Trong Công Nghệ Hóa Học

Luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất của nalidixic axit, tập trung vào ứng dụng và hiệu quả trong lĩnh vực dược phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Diễm Phương
• Người hướng dẫn: TS. Tống Thanh Danh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất của Nalidixic axit
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng hợp hóa học

Luận văn tập trung vào tổng hợp hóa học các dẫn xuất của Nalidixic acid, một hợp chất quinolone quan trọng trong lĩnh vực dược phẩm. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước chi tiết từ việc tạo ra Nalidixic acid thông qua thủy phân Nalidixate ethyl, đến việc tổng hợp các dẫn xuất như Nalidixic acid hydrazide và các hợp chất khác. Các phương pháp tổng hợp hóa học được sử dụng bao gồm phản ứng alkyl hóa, thủy phân, và tạo liên kết hydrazide. Kết quả tổng hợp được kiểm tra bằng các phương pháp phân tích như sắc ký lớp mỏng (TLC) và phổ NMR.

1.1. Phương pháp tổng hợp

Các phương pháp tổng hợp được áp dụng trong luận văn bao gồm phản ứng alkyl hóa để tạo Nalidixate ethyl, thủy phân để thu được Nalidixic acid, và phản ứng tạo liên kết hydrazide để tổng hợp các dẫn xuất khác. Các bước tổng hợp được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm với sự kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian phản ứng. Kết quả tổng hợp được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích như sắc ký lớp mỏng (TLC) và phổ NMR, đảm bảo độ tinh khiết và hiệu suất của sản phẩm.

1.2. Quy trình hóa học

Quy trình hóa học trong luận văn được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp các dẫn xuất của Nalidixic acid. Quy trình bao gồm các bước như tổng hợp Nalidixate ethyl từ Nalidixic acid, thủy phân để thu lại Nalidixic acid, và tổng hợp các dẫn xuất hydrazide. Mỗi bước trong quy trình được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ về điều kiện phản ứng, bao gồm nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ các chất tham gia phản ứng. Kết quả tổng hợp được kiểm tra bằng các phương pháp phân tích như sắc ký lớp mỏng (TLC) và phổ NMR, đảm bảo độ tinh khiết và hiệu suất của sản phẩm.

II. Dẫn xuất Nalidixic acid

Luận văn nghiên cứu việc tổng hợp các dẫn xuất Nalidixic acid, bao gồm Nalidixate ethyl, Nalidixic acid hydrazide, và các hợp chất khác như 1-Ethyl-7-methyl-4-oxo-1,4-dihydro-[1,8]naphthyridine-3-carboxylic acid (4-nitro-benzylidene)-hydrazide. Các dẫn xuất này được tổng hợp thông qua các phản ứng hóa học cụ thể, và hoạt tính kháng khuẩn của chúng được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch. Kết quả cho thấy các dẫn xuất này có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm, đặc biệt là trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn.

2.1. Tổng hợp dẫn xuất

Các dẫn xuất Nalidixic acid được tổng hợp thông qua các phản ứng hóa học cụ thể, bao gồm phản ứng alkyl hóa, thủy phân, và tạo liên kết hydrazide. Các dẫn xuất như Nalidixate ethyl, Nalidixic acid hydrazide, và các hợp chất khác được tổng hợp với hiệu suất cao và độ tinh khiết đảm bảo. Kết quả tổng hợp được kiểm tra bằng các phương pháp phân tích như sắc ký lớp mỏng (TLC) và phổ NMR, đảm bảo độ tinh khiết và hiệu suất của sản phẩm.

2.2. Ứng dụng hóa học

Các dẫn xuất Nalidixic acid tổng hợp được có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực hóa học dược phẩm, đặc biệt là trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch, cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gram âm và gram dương. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng mới cho các dẫn xuất của Nalidixic acid trong lĩnh vực dược phẩm.

III. Công nghệ hóa học

Luận văn áp dụng các công nghệ hóa học hiện đại trong quá trình tổng hợp và phân tích các dẫn xuất của Nalidixic acid. Các phương pháp như sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng (TLC), và phổ NMR được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết và cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp. Ngoài ra, phương pháp khuếch tán giếng thạch được sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất. Các công nghệ hóa học này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình nghiên cứu.

3.1. Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích như sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng (TLC), và phổ NMR được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết và cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp. Sắc ký cột được sử dụng để tinh chế các sản phẩm tổng hợp, trong khi sắc ký lớp mỏng (TLC) được sử dụng để theo dõi tiến trình phản ứng. Phổ NMR được sử dụng để xác định cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

3.2. Ứng dụng công nghệ

Các công nghệ hóa học hiện đại được áp dụng trong luận văn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình nghiên cứu. Các phương pháp như sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng (TLC), và phổ NMR được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết và cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp. Ngoài ra, phương pháp khuếch tán giếng thạch được sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất, mở ra hướng ứng dụng mới trong lĩnh vực dược phẩm.

IV. Nghiên cứu hóa học

Luận văn thực hiện nghiên cứu hóa học chi tiết về quá trình tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất Nalidixic acid. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm tổng hợp hóa học, phân tích cấu trúc, và đánh giá hoạt tính sinh học. Kết quả nghiên cứu cho thấy các dẫn xuất tổng hợp được có hoạt tính kháng khuẩn đáng kể, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm. Nghiên cứu hóa học này cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các loại thuốc kháng sinh mới.

4.1. Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn bao gồm tổng hợp hóa học, phân tích cấu trúc, và đánh giá hoạt tính sinh học. Tổng hợp hóa học được thực hiện thông qua các phản ứng alkyl hóa, thủy phân, và tạo liên kết hydrazide. Phân tích cấu trúc được thực hiện bằng các phương pháp như sắc ký lớp mỏng (TLC) và phổ NMR. Đánh giá hoạt tính sinh học được thực hiện bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch, cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gram âm và gram dương.

4.2. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu hóa học cho thấy các dẫn xuất tổng hợp được có hoạt tính kháng khuẩn đáng kể, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm. Các dẫn xuất như Nalidixate ethyl, Nalidixic acid hydrazide, và các hợp chất khác được tổng hợp với hiệu suất cao và độ tinh khiết đảm bảo. Hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch, cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gram âm và gram dương. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các loại thuốc kháng sinh mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Quinolone là một trong những họ các chất kháng sinh tổng hợp có phổ tác dụng rộng trong điều trị nhiễm khuẩn gam âm và gram dương đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Năm 1962 hợp chất quinolone đầu tiên được phát hiện trên thế giới là Nalidixic acid và cũng bắt đầu từ đây dựa vào mối quan hệ giữa cấu trúc với hoạt tính khánh khuẩn của hợp chất quinolone có rất nhiều các nghiên cứu và báo cáo về tổng hợp các dẫn xuất của hợp chất quinolones với phổ ứng dụng trong kháng khuẩn ngày càng đa dạng và phóng phú hơn [1, 2, 3]. Hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất quinolone đóng vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực hóa dược, đó cũng chính là động lực và lý do để tiến hành thực hiện luận văn “Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của Nalidixic acid” với mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Nghiên cứu và thực hiện quy trình tổng hợp Nalidixic acid - Nghiên cứu và thực hiện quy trình tổng hợp một số dẫn xuất của Nalidixic acid bao gồm Nalidixate ethyl, Nalidixic acid hydrazide, 1-Ethyl-7-methyl-4- oxo-1,4-dihydro-[1,8]naphthyridine-3-carboxylic acid (4-nitro-benzylidene)- hydrazide, 1-Ethyl-7-methyl-4-oxo-1,4-dihydro [1,8]naphthyridine-3- carboxylic acid (benzylidene)-hydrazide, 1-Ethyl-7-methyl-4-oxo-1,4- dihydro-[1,8]naphthyridine-3-carboxylic acid (4-methyl-benzylidene)- hydrazide - Kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất tổng hợp được 1 Luận văăn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Th hanh Danh CHƯƠNG C 1:TỔNG QUAN Q 1.1 Hợp H chất qu uinolone: Q Quinolone [44,5] được định đ nghĩa là họ các loạại thuốc kháng sinh tổng hợp dùnng trong kháng k khuẩn n.

Cấu trúcc chung củaa hợp chất quinolone được đ thể hiiện như hìnnh 1. X = N, CH hay C--R8 Hình 1.1: Cấu trrúc chung ccủa hợp ch hất dạng 4 ––quinolonee Trong đó thế t hệ đầu tiên của cáác hợp chấất quinolonee là nalidixxic acidđượ ợc ợp đầu tiênn vào năm 1962 và ứnng dụng troong điều chhế thuốc trị bệnh nhiễm tổng hợ m trung đường đ tiết niệu n ở ngườii[6]. Nalidixic acid đư ược phát hiệện bởi Georg ge Lesher và v đồng ng ghiệp một cách c hết sứcc tình cờ khhi đang tổng g hợp chlorroquine với cấu trúc củủa Nalidix xic acid như ư hình 1. Hợp chất qquinolones có c vai trò qquan trọng trong t việc ứ ức chế quáá trình tự lắắp ráp và tự ự nhân đôi của DNA trong t tế báo vi khuẩn, giúp khánng khuẩn hiệu h quả Hình 1.2: 1 Cấu trú úc của Naliidixic acid 2 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts.

Tống Thanh Danh Với hoạt tính kháng khuẩn và có phổ kháng khuẩn rộng, Nalidixic acid và các hợp chất quinolone thu hút nhiềunghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của quinolonevà ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực dược phẩm. Theo thời gian các giai đoạn phát triển của hợp chất Quinolone được đánh dấu bằng các dẫn xuất quan trọng như hình 1.3: Các giai đoạn phát triển của hợp chất họ Quinolones Thế hệ đầu tiên ngoài Nalidixic axit còn có một số hợp chất quinolones khác như cinoxacin (1), oxolixic axit (2)…các hợp chất này thường chỉ ức chế được AND gyrase nên chỉ có tác dụng với vi khuẩn gam (-) đường tiết niệu và đường tiêu hóa [6]. Xuất phát từ sự ra đời của Nalidixic acidngày càng có nhiều nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của nalidixic acid cũng như của quinolines với một số cải tiến trong cấu trúc giúp tăng cường đặc tính kháng khuẩn và giảm tác dụng phụ lên cơ thể. 3 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts.

Tống Thanh Danh Do đó mục tiêu của đề tài nghiên cứu luân văn là tổng hợp Nalidixit acid và một số dẫn xuất của nó cũng như khảo sát khả năng kháng khuẩn của các dẫn xuất tổng hợp được.2 Cơ chế hoạt động kháng khuẩn: Các hợp chất dạng quinolones có khả năng ức chế quá trình tổng hợp DNA của vi khuẩn bằng cách thúc đẩy sự phân tách của DNA ra khỏi phức hợp của DNA với enzyme DNA gyrase hay IV topoisomerase (enzyme mở vòng xoắn của DNA) khiến vi khuẩn bị triệt tiêu[7, 8, 9]. Thông thường sẽ theo quy tắc chung là quinolone tác động lên DNA gyrase đối với các vi khuẩn gam âm và ức chế DNA IV topoisomerase đối với khuẩn gam dương[8]. Cấu trúc phức giữa quinolones với enzyme và DNA hiện nay vẫn chưa được xác định nhưng có một số giả thiết được đề xuất. Giả thiết đầu tiên là các phân tử 4-quinolone tạo ra cặp liên kết cộng hóa trị với DNA và enzyme DNA gyrase hay DNA IV topoisomerase như hinh 1.4: Cơ chế kháng khuẩn của hợp chất quinolones theo giả thiết một Giả thiết thứ hai là tính chất ái nhân của hợp chất quinolone với ion kim loại đóng vai trò quan trọng và là điều kiện kiên quyết cho tính chất kháng khuẩn của quinolones như hình 1.

Hợp chất quinolone liên kết với phức của enzyme DNA thông qua cầu nối là các ion Mg2+[10]. 4 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Thanh Danh Hình 1.5: Cơ chế kháng khuẩn của hợp chất quinolones theo giả thiết hai Đặc điểm cấu trúc chung nhất cho hợp chất quinolones có hoạt tính kháng khuẩn là vòng dạng 4 – quinolones có nhóm carboxylic acid ở vị trí thứ 3 như hình 1.6: Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính kháng khuẩn của hợp chất quinolones Trong đó: R1 = Ethyl, cyclopropyl, vòng thơm có nhóm thế halogen… R2 = H, -SMe hoặc R1 và R2 có thể kết hợp để tạo thành vòng R5 = H, -NH2, -OMe 5 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Thanh Danh X = N, CH, CF, C-OMe, hoặc X và R1 có thể kết hợp để tạo thành dạng vòng Z = Nhóm gắn với vòng cycloalkylamine Các hợp chất quinolones có hoạt tính kháng khuẩn này luôn có cấu trúc dạng vòng đôi với một nhóm thế ở vị trí N1 và hầu hết các hợp chất hiện tại có nguyên tử F ở vị trí 6 và nhóm thế có N ở vị trí C7.

Ngoài ra nhóm carboxylic ở vi trí 3 và 4 đóng vai trò tạo liên kết hydro với emzyme DNA gyrase và DMA topoismerasenhằm ức chế quá trình tự nhân đôi DNA của vi khuẩn[11]. Do đó các vị trí còn lại 1, 2, 5, 6, 7, 8 đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của hợp chất quinolones. Hoạt tính kháng khuẩn của hợp chất quinolone sẽ phụ thuộc vào các nhóm thế ở các vị trí 1, 2, 5, 6, 7, 8 vàsắp xếp không gian giữa các nhóm thế. Các nhóm thế ở từng vị trí đóng vai trò quan trọng và ảnh hưởng khác nhau đến hoạt tính sinh học của hợp chất quinolones: Vị trí 1: Hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất quinolones chịu ảnh hưởng lớn bởi số lượng và sự sắp xếp không gian của các nhóm thế với nitơ.

Điều này đã được khảo sát và chứng minh thông qua kết quả nghiên cứu của giáo sư Suzue và cộng sự của ông[12]. Nhóm nghiên cứu cũng rút ra nhận xét nhóm thế đem lại hiệu quả kháng khuẩn tốt là nhóm cycloprolyl, ethyl, t butyl kết hợp với flo như Fleroxacin(3), phenyl có flo (4). Ngoài ra một số hợp chất quinolone có N1 gắn với nhóm aryl như Danofloxacin (5) hay một số cấu trúc khác có vị trí 1 và 8 tạo thành vòng như ofloxacin(6), levofloxacin(7), pazufloxacin…. Fleroxacin Temafloxacin 6 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts.

Tống Thanh Danh 6 Ofloxacin Danofloxacin 7Levofloxacin Ví trí 2: Một số nghiên cứu về mối quan hệ giữa hoạt tính kháng khuẩn của quinolones với C-2 cho thấy hoạt tính kháng sẽ giảm khi có nhóm thế ở vị trí C-2 như methyl, hydroxyl hay methylthio. Nguyên nhân để giải thích cho kết luận này là do vị trí C-2 gần với vị trí 3, 4 nơi tạo liên kết với enzyme của DNA [13] Vị trí 5: Một số nhóm thế như halogen, nitro, amino, hydroxyl và alkyl ở vị trí C-5 được cho là làm giảm hoạt tính kháng khuẩn của hợp chất quinolones. Tuy nhiên, trong trường hợp nhóm thế ở vị trí C-5 là amino và quinolone có diflo ở vị trí 6 & 8 đồng thời N-1 với nhóm thế là cyclopropyl thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt với khuẩn gam dương. Do đó nhóm thế ở vị trí C-5 được cho là có tính quyết định đến khả năng kháng khuẩn gam dương.

Bên cạnh đó ảnh hưởng của nhóm amino ở vị trí C-5 còn phụ thuộc vào nhóm thế ở vị trí N-1 và C-8 như sparfloxacin(8) hay PD 124816(9). Ngoài ra, hợp chất quinolones với nhóm thế là methyl ở vị trí C-5 cho thấy tăng hoạt tính kháng khuẩn[14] như grepafloxacin(10). 7 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Thanh Danh 8 Sparfloxacin9 PD 124816 10 grepafloxacin Vị trí 6:Vị trí C-6 ngoài nhóm thế là flo cũng có khá nhiều các nhóm thế khác được giới thiệu và nghiên cứu, tuy nhiên các hợp chất quinolones này thường có hoạt tính kém hơn so với nhóm thế flo.

Tuy nhiên vẫn có một số hợp chất quinolones có hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn so với hợp chất có flo ở vị trí C-6 như garenoxacin (11) có hoạt tính kháng khuẩn với các khuẩn gam (+) cao hơn so với moxifloxacin(12)[15]. Bên cạnh đó, thời gian gần đây cũng có một số nghiên cứu mới về hợp chất quinolones với nhóm thế NO2 ở vị trí C-6 thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt đối với khuẩn họ Streptococcus và Staphylococcus[16] 8 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Thanh Danh 11 Garenoxacin12 moxifloxacin Vị trí 7: Nhóm thế ở vị trí C-7 đóng vai trò quan trọng đối với hoạt tính kháng khuẩn của hợp chất quinolones như dãy phổ kháng khuẩn, hoạt tính sinh học…Trong đó nhóm thế ở vị trí C-7 chứa vòng thơm được tìm thấy có khả năng làm tăng hoạt tính kháng khuẩn của quinolones. Đặc biệt các nhóm cycloamino vòng 5 hoặc 6 cạnh (vòng pyrrolidine hay piperazine) là nhóm thế thông dụng nhất được sử dụng ở vị trí C-7.

Nhóm thế piperazine được sử dụng trong khá nhiều hợp chất như norfloxacin(14),levofloxacin(15)thường thể hiện khả năng kháng khuẩn gam (-) [17, 18]. Ngoài ra, nhóm thế Pyrrolidine (vòng 5 cạnh) được tìm thấy có hoạt tính kháng khuẩn với khuẩn gam (+) như hợp chất Gemifloxacin (13) 13 Gemifloxacin14 Norfloxacin 5 Levofloxacin 9 Luận văn thạc sĩ GVHD Ts. Tống Thanh Danh Vị trí 8: Nhóm thế ở vị trí C-8 có xu hướng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn liên quan đến nha khoa và thường có phổ kháng khuẩn rộng[19, 20]. Trong đó một số nhóm thế như fluoro, Chloro, methyl và methoxy giúp tăng cường hoạt tính kháng khuẩn đặc biệt với khuẩn gam (+) và một số nhóm thế khác lại làm giảm hoạt tính kháng khuẩn [21] 1.3 Ứng dụng của Nalidixic acid và một số dẫn xuất: Sự ra đời của Nalidixic acid với những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực dượcphẩm được xem như là họ các chất kháng sinh tổng hợp quan trọng dùng trong kháng khuẩn.