Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ung thư phổi là một trong ba loại ung thư thường gặp nhất và là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu do ung thư trên phạm vi toàn cầu. Số liệu từ GLOBOCAN 2020 chỉ ra rằng tại Việt Nam, ung thư phổi đứng thứ hai về số ca mắc mới ở cả hai giới với hơn 26.200 ca mắc và gần 23.000 ca tử vong. Trong đó, ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) chiếm khoảng 85% tổng số ca bệnh, đa số bệnh nhân được phát hiện khi bệnh đã tiến triển đến giai đoạn muộn không còn chỉ định phẫu thuật.

Phương pháp điều trị đích sử dụng các dẫn chất có khung 2-indolinon mang lại hiệu quả điều trị cao và giảm thiểu tác dụng phụ so với hóa trị liệu truyền thống. Nintedanib là một thuốc ức chế tyrosin kinase phân tử nhỏ tác động đồng thời lên ba thụ thể chính tham gia vào quá trình sinh mạch: PDGFR (α và β), FGFR (1–3) và VEGFR (1–3). Thuốc đã được cấp phép chỉ định điều trị NSCLC dưới tên biệt dược Vargatef (phối hợp cùng docetaxel) và điều trị xơ phổi vô căn với tên biệt dược Ofev. Tuy nhiên, giá thành điều trị của thuốc tại thị trường Việt Nam rất cao (khoảng 1.689.000 VND cho một viên 100 mg hoặc 150 mg), đồng thời hoạt chất vẫn nằm trong thời gian bảo hộ độc quyền và các quy trình tổng hợp công bố trong nước còn hạn chế.

Từ thực tiễn trên, khóa luận "Nghiên cứu điều chế trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat trong quy trình tổng hợp nintedanib" được thực hiện nhằm giải quyết mục tiêu:

  1. Điều chế thành công trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat làm nguyên liệu phục vụ tổng hợp nintedanib ở quy mô phòng thí nghiệm.
  2. Khảo sát, lựa chọn và tối ưu hóa các điều kiện thực nghiệm cho từng phản ứng thành phần trong chuỗi tổng hợp.
  3. Xác định cấu trúc hóa học và kiểm tra độ tinh khiết của các chất trung gian và sản phẩm cuối cùng.
  • Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat và các chất trung gian dẫn xuất từ acid 4-clorobenzoic.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm tổng hợp hóa dược ở quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và phân tích đường lối tổng hợp

Cấu trúc phân tử của nintedanib bao gồm ba hợp phần chính: khung indolin, hợp phần aryl ortho-ester và hợp phần amin thơm. Trong đó, hợp phần indolin đóng vai trò khung cấu trúc trung tâm mang nhóm chức 2-indolinon (oxindol).

Phân tích hồi tổng hợp từ y văn cho thấy các quy trình đã công bố tổng hợp trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat (chất 4) gồm có:

  • Phương pháp của J. Merten và cộng sự (2012): Đi từ acid 4-cloro-3-nitrobenzoic qua 3 giai đoạn (ester hóa, alkyl hóa bằng dimethyl malonat, khử bằng $\text{H}_2/\text{Pd-C}$ ở áp suất 40–50 psi).
  • Phương pháp của G. Roth và cộng sự (2009): Sử dụng methyl 3-nitrobenzoat hoặc dẫn chất của acid acetic; nhược điểm là đòi hỏi phản ứng ở nhiệt độ âm (-10 °C đến -5 °C) và hydro hóa áp suất cao.
  • Phương pháp của D. YanYan: Đi từ acid 3-aminobenzoic qua 4 giai đoạn nhưng hiệu suất các bước đóng vòng (56%) và acyl hóa (68%) tương đối thấp.
  • Phương pháp của T. Powers và cộng sự: Đi từ methyl 4-(bromomethyl)benzoat qua 5 giai đoạn, sử dụng tác nhân $\text{KCN}$ có độc tính rất cao.

Tác giả lựa chọn phát triển quy trình dựa trên nguyên lý của J. Merten nhưng thực hiện cải tiến: sử dụng nguyên liệu khởi đầu là acid 4-clorobenzoic rẻ tiền; thay thế xúc tác alkyl hóa $\text{MeONa}$ bằng $\text{K}_2\text{CO}_3$ khan trong $\text{DMF}$; thay thế quá trình hydro hóa áp suất cao bằng hệ tác nhân $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$ ở áp suất thường.

Acid 4-clorobenzoic (39) 
Acid 4-cloro-3-nitrobenzoic (1) 
Methyl 4-cloro-3-nitrobenzoat (2) 
Dimethyl 2-(4-(methoxycarbonyl)-2-nitrophenyl)malonat (3) 
Methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat (4)

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp tổng hợp hóa học: Tiến hành chuỗi 4 phản ứng liên tiếp gồm phản ứng nitro hóa ái điện tử ($S_E$), phản ứng ester hóa, phản ứng thế ái nhân trên nhân thơm ($S_N\text{Ar}$) và phản ứng tandem (khử nhóm nitro, ngưng tụ nội phân tử tạo vòng lactam, thủy phân nhóm ester và decarboxyl hóa).
  • Phương pháp tinh chế: Sử dụng các kỹ thuật kết tinh phân đoạn, kết tủa, chiết lỏng - lỏng và lọc chân không; không sử dụng sắc ký cột.
  • Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết: Sắc ký lớp mỏng (SKLM) trên bản mỏng silicagel $60\text{ F}_{254}$, soi dưới đèn tử ngoại bước sóng 254 nm với các hệ dung môi khai triển:
    • Hệ A: $\text{DCM} : \text{Methanol} : \text{Acid formic} = 4 : 1 : 0{,}05$
    • Hệ B: $n\text{-Hexan} : \text{Ethyl acetat} = 2 : 1$
    • Hệ C: $\text{DCM} : \text{Methanol} = 10 : 1$
    • Hệ D: $\text{DCM}$ thuần
    • Xác định khoảng nóng chảy trên thiết bị đo điểm nóng chảy EZ-Melt.
  • Phương pháp xác định cấu trúc:
    • Phổ hồng ngoại (IR): Ghi trên máy Shimadzu với kỹ thuật ép viên $\text{KBr}$ (vùng đo $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$).
    • Phổ khối lượng (ESI-MS): Ghi trên máy Agilent LC-MSD-Trap SL ở chế độ ESI(+) hoặc ESI(-).
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ đo ở tần số $600\text{ MHz}$, $^{13}\text{C-NMR}$ đo ở tần số $125\text{ MHz}$ hoặc $150\text{ MHz}$) ghi trên thiết bị Bruker, sử dụng dung môi $\text{CDCl}_3$ hoặc $\text{DMSO-}d_6$, độ dịch chuyển hóa học tính theo chất chuẩn nội $\text{TMS}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Đặt vấn đề và Tổng quan tài liệu

Chương này tập trung hệ thống hóa các tài liệu liên quan đến cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa, cơ chế dược lý, dược động học và các phương pháp tổng hợp nintedanib cùng khung cấu trúc 2-indolinon. Tác giả phân tích cụ thể 5 hướng tổng hợp nintedanib và khung 2-indolinon từ y văn thế giới, chỉ rõ ưu điểm và hạn chế của từng phương pháp về mặt kinh tế, tính an toàn và mức độ khả thi khi triển khai tại điều kiện phòng thí nghiệm ở Việt Nam.

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

Nội dung chương trình bày danh mục 21 hóa chất, dung môi đạt tiêu chuẩn AR hoặc Dược điển Việt Nam V, cùng các trang thiết bị thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội. Chương này mô tả chi tiết quy trình dự kiến 4 giai đoạn, các điều kiện tiến hành phản ứng, thông số kỹ thuật vận hành máy đo phổ (IR, MS, NMR) và quy trình theo dõi phản ứng bằng SKLM.

Chương 3: Thực nghiệm, kết quả và bàn luận

1. Tổng hợp acid 4-cloro-3-nitrobenzoic (1)

Phản ứng nitro hóa acid 4-clorobenzoic (chất 39) bằng hỗn hợp $\text{HNO}_3$ bốc khói và $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc ở nhiệt độ phòng ($25\text{ }^\circ\text{C}$).

  • Khảo sát tỷ lệ mol $\text{HNO}_3 : 39$ cho thấy hiệu suất đạt cao nhất ở tỷ lệ $1{,}2 : 1$ ($87{,}30%$). Khi tăng tỷ lệ mol lên $1{,}6 : 1$, hiệu suất giảm xuống $73{,}78%$ do lượng acid nitric dư làm sản phẩm khó kết tủa.
  • Ở quy mô tổng hợp lớn ($4{,}00\text{ g}$ chất 39), hiệu suất đạt $92{,}23%$. Sản phẩm thu được là chất rắn màu trắng, điểm nóng chảy $186{,}2 - 187{,}2\text{ }^\circ\text{C}$, $R_f = 0{,}53$ (hệ A).
STT Tỷ lệ mol $\text{HNO}_3 : 39$ Cảm quan sản phẩm Hiệu suất (%)
1 $1{,}0 : 1$ Chất rắn màu trắng 75,73
2 $1{,}2 : 1$ Chất rắn màu trắng 87,30
3 $1{,}4 : 1$ Chất rắn màu trắng 81,55
4 $1{,}6 : 1$ Chất rắn màu trắng 73,78

2. Tổng hợp methyl 4-cloro-3-nitrobenzoat (2)

Tiến hành so sánh hai phương pháp ester hóa chất 1:

  • Phương pháp sử dụng xúc tác $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc: Hiệu suất đạt $83{,}76%$, điểm nóng chảy $81{,}9 - 83{,}2\text{ }^\circ\text{C}$, $R_f = 0{,}40$ (hệ B).
  • Phương pháp sử dụng tác nhân $\text{SOCl}_2$: Khảo sát tỷ lệ mol $\text{SOCl}_2 : 1$ từ $1{,}5 : 1$ đến $2{,}5 : 1$. Tỷ lệ $2 : 1$ cho hiệu suất $93{,}50%$ (quy mô tổng hợp đạt $95{,}37%$), điểm nóng chảy $80{,}9 - 81{,}6\text{ }^\circ\text{C}$, $R_f = 0{,}41$ (hệ B).
STT Tỷ lệ mol $\text{SOCl}_2 : 1$ Cảm quan sản phẩm Hiệu suất (%)
1 $1{,}5 : 1$ Chất rắn màu trắng 88,83
2 $2{,}0 : 1$ Chất rắn màu trắng 93,50
3 $2{,}5 : 1$ Chất rắn màu trắng xám 93,50

3. Tổng hợp dimethyl 2-(4-(methoxycarbonyl)-2-nitrophenyl)malonat (3)

Phản ứng alkyl hóa chất 2 bằng dimethyl malonat (DMM), xúc tác $\text{K}_2\text{CO}_3$ khan trong dung môi $\text{DMF}$.

  • Khảo sát tỷ lệ mol $\text{DMM} : 2$: Tỷ lệ $2 : 1$ giúp phản ứng hoàn thành sau 4 giờ với hiệu suất $67{,}91%$ (quy mô lớn đạt $71{,}02%$), điểm nóng chảy $70{,}2 - 71{,}5\text{ }^\circ\text{C}$, $R_f = 0{,}50$ (hệ D).
  • Khảo sát nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu là $45 - 55\text{ }^\circ\text{C}$ ($67{,}91%$). Nhiệt độ thấp ($35 - 45\text{ }^\circ\text{C}$) kéo dài thời gian phản ứng lên 6 giờ ($62{,}36%$), trong khi nhiệt độ cao hơn ($65 - 75\text{ }^\circ\text{C}$) không làm tăng thêm hiệu suất ($66{,}52%$).
Tỷ lệ mol $\text{DMM} : 2$ Thời gian (h) Kết quả SKLM Hiệu suất (%)
$1{,}0 : 1$ 24 Vết nguyên liệu mờ, sản phẩm đậm, tạp đậm 31,87
$1{,}5 : 1$ 10 Vết nguyên liệu mờ, sản phẩm đậm, tạp đậm 55,43
$2{,}0 : 1$ 4 Hết nguyên liệu, sản phẩm đậm, tạp mờ 67,91
$2{,}5 : 1$ 4 Hết nguyên liệu, sản phẩm đậm, tạp mờ 69,29
$3{,}0 : 1$ 3,5 Hết nguyên liệu, sản phẩm đậm, tạp mờ 69,29

4. Tổng hợp methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat (4)

  • Khảo sát tác nhân khử: Đánh giá 4 hệ tác nhân ($\text{Zn}/\text{CH}_3\text{COOH}$, $\text{SnCl}_2\cdot 2\text{H}2\text{O}/\text{HCl}\text{đặc}$, $\text{Fe}/\text{NH}_4\text{Cl}$, $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$). Tác nhân $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$ ở $115 - 120\text{ }^\circ\text{C}$ trong 8 giờ cho một vết sản phẩm đậm rõ nét trên SKLM, dễ tinh chế.
  • Ảnh hưởng của môi trường khí trơ: Thổi khí $\text{N}_2$ liên tục giúp tăng hiệu suất từ $42{,}33%$ lên $58{,}62%$ do ngăn ngừa sự oxy hóa $\text{Fe}$ và ngăn amin thơm bị oxy hóa ngược thành các dẫn chất azo, azoxy hoặc hydroxylamin.
  • Khảo sát tỷ lệ mol $\text{Fe} : 3$: Tỷ lệ tối ưu được xác định là $4 : 1$ (cho hiệu suất $58{,}62%$). Sản phẩm là chất rắn màu vàng nhạt, điểm nóng chảy $211{,}5 - 213{,}6\text{ }^\circ\text{C}$, $R_f = 0{,}40$ (hệ C).
Tác nhân khử Nhiệt độ ($^\circ\text{C}$) Thời gian (h) Hiện trạng phản ứng trên SKLM
$\text{Zn}/\text{CH}_3\text{COOH}$ $25 - 110$ 30 Hết nguyên liệu, nhiều tạp đậm, không rõ vết sản phẩm
$\text{SnCl}_2\cdot 2\text{H}2\text{O}/\text{HCl}\text{đ}$ $25 - 70$ 16 Hết nguyên liệu, nhiều tạp đậm, không rõ vết sản phẩm
$\text{Fe}/\text{NH}_4\text{Cl}$ $70 - 100$ 12 Hết nguyên liệu, không xuất hiện vết sản phẩm
$\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$ $115 - 120$ 8 Hết nguyên liệu, một vết sản phẩm đậm, tạp mờ

5. Kết quả phân tích cấu trúc phổ

Cấu trúc của các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối được chứng minh đồng nhất qua các kỹ thuật phổ:

  • Hợp chất 1: $\text{IR}$ ($\nu_{\max} = 3105, 2833, 1695, 1601, 1547, 1317\text{ cm}^{-1}$); $\text{MS}$ ($m/z = 201{,}7\text{ }[\text{M}+\text{H}]^+$); $^1\text{H-NMR}$ ($\text{CDCl}_3$): $\delta\text{ }8{,}59\text{ (d, }J = 1{,}80\text{ Hz, H-2)}$, $8{,}23\text{ (dd, }J_1 = 8{,}40\text{ Hz, }J_2 = 1{,}80\text{ Hz, H-6)}$, $7{,}71\text{ (d, }J = 8{,}40\text{ Hz, H-5)}$.
  • Hợp chất 2: $\text{IR}$ ($\nu_{\max} = 1719\text{ cm}^{-1}\text{ (C=O ester)}$, $1246\text{ cm}^{-1}\text{ (C-O)}$); $\text{MS}$ ($m/z = 215{,}6\text{ }[\text{M}+\text{H}]^+$); $^1\text{H-NMR}$ xuất hiện thêm tín hiệu singlet tại $\delta\text{ }3{,}98\text{ ppm (3H, -OCH}_3\text{)}$.
  • Hợp chất 3: $\text{IR}$ ($\nu_{\max} = 1757, 1730\text{ cm}^{-1}$); $\text{MS}$ ($m/z = 309{,}9\text{ }[\text{M}-\text{H}]^-$); $^1\text{H-NMR}$ ghi nhận $\delta\text{ }5{,}37\text{ (s, 1H, H-2)}$, $\delta\text{ }3{,}98\text{ (s, 3H)}$, $\delta\text{ }3{,}82\text{ (s, 6H, 2 nhóm -COOCH}_3\text{ no)}$.
  • Hợp chất 4: $\text{IR}$ xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng của nhóm lactam $\nu_{\max} = 3320\text{ cm}^{-1}\text{ (N-H)}$ và $1707\text{ cm}^{-1}\text{ (C=O lactam)}$; $\text{MS}$ ($m/z = 213{,}8\text{ }[\text{M}+\text{Na}]^+$); $^1\text{H-NMR}$ ($\text{DMSO-}d_6$): $\delta\text{ }10{,}53\text{ (s, 1H, N-H)}$, $7{,}57\text{ (dd, }J_1 = 7{,}80\text{ Hz, }J_2 = 1{,}80\text{ Hz, H-5)}$, $7{,}33 - 7{,}34\text{ (m, 2H, H-4, H-7)}$, $3{,}83\text{ (s, 3H, -COOCH}_3)$, $3{,}56\text{ (s, 2H, H-3)}$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Tổng hợp thành công methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat (chất 4) qua 4 giai đoạn với hiệu suất toàn quy trình đạt $36{,}62%$ tính từ acid 4-clorobenzoic.
  • Tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm cho từng phản ứng thành phần:
    • Phản ứng nitro hóa: Tỷ lệ mol $\text{HNO}_3 : 39 = 1{,}2 : 1$, nhiệt độ $25\text{ }^\circ\text{C}$, hiệu suất đạt $92{,}23%$.
    • Phản ứng ester hóa: Tỷ lệ mol $\text{SOCl}_2 : 1 = 2 : 1$, nhiệt độ $60 - 70\text{ }^\circ\text{C}$, hiệu suất đạt $95{,}37%$.
    • Phản ứng alkyl hóa: Tỷ lệ mol $\text{DMM} : 2 = 2 : 1$, xúc tác $\text{K}_2\text{CO}_3$, dung môi $\text{DMF}$, nhiệt độ $45 - 55\text{ }^\circ\text{C}$, hiệu suất đạt $71{,}02%$.
    • Phản ứng tạo vòng 2-indolinon: Tỷ lệ mol $\text{Fe} : 3 = 4 : 1$, dung môi $\text{CH}_3\text{COOH}$, nhiệt độ $115 - 120\text{ }^\circ\text{C}$, sục khí $\text{N}_2$, hiệu suất đạt $58{,}62%$.

Đóng góp về mặt phương pháp

  1. Chuyển đổi nguyên liệu đầu vào: Sử dụng acid 4-clorobenzoic có chi phí thấp và nguồn cung sẵn có thay vì sử dụng acid 4-cloro-3-nitrobenzoic thương mại đắt tiền.
  2. Cải tiến xúc tác phản ứng alkyl hóa: Ứng dụng $\text{K}_2\text{CO}_3$ khan trong $\text{DMF}$ thay thế cho $\text{MeONa}$ trong $\text{NMP}$, giảm thiểu yêu cầu nghiêm ngặt về độ khan tuyệt đối, dễ bảo quản và hạ giá thành phản ứng.
  3. Ứng dụng phản ứng tandem áp suất thường: Thay thế phản ứng hydro hóa xúc tác kim loại quý ($\text{H}_2/\text{Pd-C}$) ở điều kiện áp suất cao ($40 - 50\text{ psi}$) bằng hệ khử bột sắt trong acid acetic ở áp suất thường. Quá trình tích hợp 4 chuyển hóa (khử nitro, ngưng tụ lactam, thủy phân ester và decarboxyl hóa) trong cùng một bước phản ứng (one-pot tandem), loại bỏ sự cần thiết của việc phân lập amin trung gian kém bền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ (khối lượng nguyên liệu từ $0{,}5\text{ g}$ đến $4{,}0\text{ g}$).
  • Giai đoạn khử tạo vòng lactam bằng bột sắt tạo ra lượng bùn thải sắt dư và oxid sắt cần xử lý qua màng lọc, hiệu suất giai đoạn này ($58{,}62%$) còn thấp hơn so với phương pháp hydro hóa bằng $\text{Pd/C}$.
  • Đề tài chưa tiến hành các bước gắn tiếp theo (hợp phần aryl ortho-ester và amin thơm) để hoàn thiện toàn bộ phân tử nintedanib.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục khảo sát tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để nâng cao hiệu suất giai đoạn tạo vòng lactam và hoàn thiện quy trình xử lý tách tinh chế sản phẩm.
  • Nghiên cứu nâng quy mô tổng hợp (scale-up) cho các giai đoạn nitro hóa, ester hóa và alkyl hóa.
  • Ứng dụng trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat đã tổng hợp được để nghiên cứu các giai đoạn tiếp theo nhằm hoàn thiện quy trình tổng hợp nintedanib.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Giảng viên, nghiên cứu viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa dược, Công nghệ Hóa học và Dược học.
  • Nội dung tham khảo:
    • Cung cấp quy trình chi tiết điều chế trung gian dị vòng oxindol đa chức năng phục vụ nghiên cứu tổng hợp thuốc chống ung thư.
    • Cung cấp bộ dữ liệu phổ thực nghiệm đầy đủ (IR, MS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$) của các dẫn chất phenylmalonat và indolinon.
    • Quy trình xử lý thực nghiệm và tối ưu phản ứng thế ái nhân trên nhân thơm có nhóm phản hoạt hóa ($S_N\text{Ar}$) và phản ứng đóng vòng tandem một bình.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu sử dụng hệ tác nhân Fe/CH3COOH thay vì H2/Pd-C như quy trình của J. Merten?

Phương pháp của J. Merten sử dụng $\text{H}_2$ với xúc tác $\text{Pd/C}$ đòi hỏi thiết bị chịu áp suất cao ($40 - 50\text{ psi}$, gấp khoảng 3 lần áp suất khí quyển), tiềm ẩn rủi ro cháy nổ và chi phí xúc tác kim loại quý rất đắt. Hệ $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$ thực hiện ở áp suất thường, hóa chất rẻ tiền, an toàn hơn và có tính chọn lọc cao với nhóm nitro mà không làm ảnh hưởng đến nhóm chức ester trên nhân thơm.

2. Quá trình chuyển hóa từ chất 3 thành chất 4 bao gồm các giai đoạn nào?

Phản ứng tạo chất 4 từ chất 3 là phản ứng tandem gồm 4 giai đoạn nối tiếp diễn ra trong cùng một bình phản ứng:

  1. Khử nhóm $-\text{NO}_2$ thành nhóm amin $-\text{NH}_2$ bởi tác nhân $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$.
  2. Nhóm $-\text{NH}_2$ tấn công nội phân tử vào nhóm ester của malonat tạo vòng lactam 5 cạnh.
  3. Nhóm ester còn lại của malonat bị thủy phân thành nhóm acid carboxylic nhờ lượng nước sinh ra từ phản ứng khử nitro.
  4. Phản ứng decarboxyl hóa (tách loại $\text{CO}_2$) ở vị trí $\beta$-keto acid diễn ra ở nhiệt độ cao ($115 - 120\text{ }^\circ\text{C}$) để tạo thành khung 2-indolinon.

3. Việc duy trì môi trường khí trơ N2 ảnh hưởng như thế nào đến phản ứng tổng hợp chất 4?

Khí $\text{N}_2$ giúp loại bỏ oxy không khí trong bình phản ứng. Ở nhiệt độ cao ($115 - 120\text{ }^\circ\text{C}$), sự có mặt của $\text{O}_2$ sẽ oxy hóa một phần bột sắt thành oxid sắt làm giảm tác nhân khử, khiến phản ứng dừng lại ở các sản phẩm khử dở dang (hydroxylamin, hợp chất azo, azoxy). Đồng thời, amin sinh ra dễ bị oxy hóa tạo tạp chất. Việc sục khí $\text{N}_2$ liên tục giúp tăng hiệu suất phản ứng từ $42{,}33%$ lên $58{,}62%$.

4. So sánh hiệu quả giữa hai tác nhân ester hóa H2SO4 đặc và SOCl2 trong tổng hợp chất 2?

Sử dụng tác nhân $\text{SOCl}_2$ trong methanol cho hiệu suất cao hơn ($93{,}50% - 95{,}37%$) so với xúc tác $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc ($83{,}76%$), sản phẩm thu được có khoảng nóng chảy hẹp và sạch hơn. Tuy nhiên, $\text{SOCl}_2$ sinh ra khí $\text{SO}_2$ và $\text{HCl}$ gây độc hại, khó bảo quản. Ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ, $\text{SOCl}_2$ được ưu tiên để đảm bảo hiệu suất, nhưng khi nâng cấp quy mô sản xuất lớn, xúc tác $\text{H}_2\text{SO}_4$ là lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường hơn.

5. Dấu hiệu phổ nào chứng minh đã tạo thành vòng lactam của chất 4?

Trên phổ hồng ngoại ($\text{IR}$), xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng của liên kết $\text{N-H}$ tại $3320\text{ cm}^{-1}$ và liên kết $\text{C=O}$ của vòng lactam tại $1707\text{ cm}^{-1}$. Trên phổ $^1\text{H-NMR}$ trong $\text{DMSO-}d_6$, xuất hiện tín hiệu singlet đặc trưng của proton $\text{N-H}$ ở vùng trường rất thấp ($\delta\text{ }10{,}53\text{ ppm}$) và tín hiệu singlet của 2 proton $-\text{CH}_2-$ tại vị trí C-3 của vòng indolinon ở $\delta\text{ }3{,}56\text{ ppm}$.

Kết luận

Khóa luận đã xây dựng thành công quy trình điều chế trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat phục vụ tổng hợp thuốc nintedanib gồm 4 giai đoạn đi từ acid 4-clorobenzoic với hiệu suất toàn phần đạt $36{,}62%$. Nghiên cứu đã tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cho từng phản ứng, đồng thời cải tiến thành công việc sử dụng xúc tác $\text{K}_2\text{CO}_3$ và hệ khử $\text{Fe}/\text{CH}_3\text{COOH}$ ở áp suất thường. Toàn bộ cấu trúc của các chất trung gian và sản phẩm cuối đã được xác định và khẳng định bằng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại ($\text{IR}$, $\text{MS}$, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$). Kết quả nghiên cứu là tiền đề thực nghiệm quan trọng cho việc tiếp tục tổng hợp hoàn chỉnh hoạt chất nintedanib tại Việt Nam.