Luận văn thạc sĩ về tổng hợp pregnan từ phytosterol qua androstendion

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu góp phần nghiên cứu một vài phương pháp ứng dụng trong tổng hợp pregnan từ phytostrerol thông qua, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Lưu Thị Kim Nhung
• Người hướng dẫn: PGS. Lưu Đức Huy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Pregnan Từ Phytosterol
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan
• 1.2. Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan
• 1.2.1. Ngưng tụ 17-cetoandrosten với acetylen
• 1.2.2. Chuyển hoá 17α-etynylcacbinol đến dẫn xuất 17β-etynylsteroid tương ứng
• 1.3. Tổng hợp mạch bên corticoid
• 1.3.1. Chuyển hoá nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid
• 1.3.2. Chuyển hóa 20-cetopregnan đến mạch bên corticoid
• 1.4. Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan
• 1.4.1. Đưa mảnh 17α-hydroxy-16β-metyl vào 20-cetopregnan
• 1.4.2. Đưa nhóm metyl vào vị trí 16β phân tử corticosteroid
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Tổng hợp mạch bên pregnan áp dụng phương pháp cyanhydrin
• 2.2. Tạo mạch bên corticoid sử dụng hợp chất đa hóa trị của iod PhI(OAc)2
• 2.3. Nghiên cứu chọn lựa lập thể tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (2)
• 3.2. Tổng hợp 17α-hydroxy-3,3 (2,2-dimetyl propylen dioxy)-androst-5-en-17β-carbonitril (3)
• 3.3. Tổng hợp 16α,17α-epoxy-21-hydroxy –pregn-4-en-3,20-dion (8)
• 3.4. Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5-en (11)
• 3.5. Nghiên cứu phản ứng của 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5-en (11) với CH3MgBr
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tổng hợp pregnan từ phytosterol

Nghiên cứu tổng hợp pregnan từ phytosterol đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hóa học hữu cơ. Phytosterol là các hợp chất tự nhiên có mặt trong thực vật, có khả năng chuyển hóa thành các steroid có giá trị như pregnan. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để tổng hợp pregnan từ phytosterol không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành dược phẩm. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng phytosterol làm nguyên liệu có thể mang lại hiệu suất cao trong tổng hợp các hợp chất steroid.

1.1. Định nghĩa và vai trò của pregnan trong y học

Pregnan là một nhóm hợp chất steroid có vai trò quan trọng trong y học, đặc biệt là trong việc sản xuất hormone. Chúng có tác dụng điều hòa nhiều chức năng sinh lý trong cơ thể, từ đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

1.2. Phytosterol và nguồn gốc tự nhiên của chúng

Phytosterol là các sterol thực vật có cấu trúc tương tự như cholesterol. Chúng có mặt trong nhiều loại thực phẩm như dầu thực vật, hạt, và ngũ cốc. Việc khai thác phytosterol từ các nguồn tự nhiên này có thể giúp giảm thiểu chi phí sản xuất các hợp chất steroid.

II. Thách thức trong việc tổng hợp pregnan từ phytosterol

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc tổng hợp pregnan từ phytosterol vẫn gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là hiệu suất thấp trong quá trình chuyển hóa. Các phương pháp hiện tại thường yêu cầu điều kiện phản ứng khắt khe và thời gian dài, dẫn đến chi phí cao. Ngoài ra, việc kiểm soát cấu trúc lập thể của sản phẩm cũng là một thách thức lớn, vì điều này ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của các hợp chất cuối cùng.

2.1. Hiệu suất thấp trong quá trình chuyển hóa

Nhiều phương pháp tổng hợp hiện tại chỉ đạt hiệu suất thấp trong việc chuyển hóa phytosterol thành pregnan. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm các phương pháp mới hiệu quả hơn.

2.2. Kiểm soát cấu trúc lập thể của pregnan

Cấu trúc lập thể của pregnan có ảnh hưởng lớn đến hoạt tính sinh học của chúng. Việc kiểm soát cấu trúc này trong quá trình tổng hợp là một thách thức lớn, đòi hỏi sự tinh chỉnh trong các điều kiện phản ứng.

III. Phương pháp cyanhydrin trong tổng hợp pregnan

Phương pháp cyanhydrin là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp pregnan từ phytosterol. Phương pháp này bao gồm việc ngưng tụ 17-cetosteroid với HCN, tạo ra các dẫn xuất có cấu trúc mong muốn. Ưu điểm của phương pháp này là tính chọn lọc cao và khả năng tạo ra sản phẩm với hiệu suất tốt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng phytosterol làm nguyên liệu đầu vào có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tổng hợp.

3.1. Quy trình tổng hợp bằng phương pháp cyanhydrin

Quy trình tổng hợp bằng phương pháp cyanhydrin bao gồm các bước chính như ngưng tụ, ankyl hóa và oxy hóa. Mỗi bước đều cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất.

3.2. Ưu điểm của phương pháp cyanhydrin

Phương pháp cyanhydrin có nhiều ưu điểm như tính chọn lọc cao, chi phí thấp và khả năng tạo ra sản phẩm với hiệu suất tốt. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho việc tổng hợp pregnan.

IV. Phương pháp acetylen trong tổng hợp pregnan

Phương pháp acetylen cũng là một phương pháp quan trọng trong việc tổng hợp pregnan từ phytosterol. Phương pháp này sử dụng acetylen để ngưng tụ với 17-cetosteroid, tạo ra các dẫn xuất có cấu trúc mong muốn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể đạt được hiệu suất cao và có khả năng kiểm soát cấu trúc lập thể tốt hơn so với các phương pháp khác.

4.1. Quy trình tổng hợp bằng phương pháp acetylen

Quy trình tổng hợp bằng phương pháp acetylen bao gồm các bước như ngưng tụ, chuyển hóa và tinh chế. Mỗi bước đều cần được tối ưu hóa để đạt được sản phẩm cuối cùng với chất lượng cao.

4.2. Lợi ích của phương pháp acetylen

Phương pháp acetylen có nhiều lợi ích như khả năng tạo ra sản phẩm với cấu trúc lập thể mong muốn và hiệu suất cao. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho việc tổng hợp pregnan.

V. Ứng dụng thực tiễn của pregnan trong y học

Các hợp chất pregnan có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc sản xuất hormone và thuốc điều trị. Chúng có thể được sử dụng để điều trị nhiều bệnh lý khác nhau, từ rối loạn nội tiết đến các bệnh lý khác. Việc tổng hợp pregnan từ phytosterol không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển thuốc.

5.1. Ứng dụng trong sản xuất hormone

Pregnan được sử dụng trong sản xuất hormone như progesterone, có vai trò quan trọng trong điều hòa chu kỳ kinh nguyệt và mang thai.

5.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh lý

Các hợp chất pregnan có thể được sử dụng để điều trị nhiều bệnh lý khác nhau, từ rối loạn nội tiết đến các bệnh lý khác, giúp cải thiện sức khỏe con người.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tổng hợp pregnan

Nghiên cứu tổng hợp pregnan từ phytosterol đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và dược phẩm. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng với sự phát triển của các phương pháp mới, tiềm năng ứng dụng của pregnan trong y học là rất lớn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành dược phẩm và sức khỏe cộng đồng.

6.1. Tiềm năng phát triển trong ngành dược phẩm

Nghiên cứu tổng hợp pregnan từ phytosterol có tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc mới, giúp cải thiện sức khỏe con người.

6.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp và khám phá thêm các ứng dụng mới của pregnan trong y học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh Việt Nam hiện nay phải nhập khẩu tới 90% hoạt chất làm thuốc, đặc biệt là các thuốc có gốc steroid, ngành công nghiệp Hóa dược trong nước gần như chưa phát triển, dẫn đến giá thuốc cao so với thu nhập người dân. Chính phủ đã phê duyệt Chương trình trọng điểm quốc gia về Hoá - Dược giai đoạn 2007-2015, có tính đến 2020, nhằm thúc đẩy ngành này phát triển. Một trong những hướng ưu tiên là khai thác nguồn hợp chất thiên nhiên như sterol đậu tương (phytosterol) với trữ lượng lớn, có thể thu hồi từ phế phụ thải công nghiệp giấy, mía đường và dầu đậu tương.

Luận văn tập trung nghiên cứu các phương pháp ứng dụng trong tổng hợp pregnan từ phytosterol thông qua trung gian androstendion (AD), nhằm thay thế nguyên liệu truyền thống diosgenin và solasodin vốn có giá thành cao và khó trồng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các phương pháp cyanhydrin và acetylen tổng hợp mạch bên pregnan, chuyển hoá 17-etynyl đến mạch bên corticoid, và tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh công nghiệp hóa dược Việt Nam đang tìm kiếm giải pháp chủ động nguồn nguyên liệu steroid, góp phần giảm nhập khẩu và hạ giá thành thuốc.

Các chỉ số hiệu suất phản ứng đạt khoảng 70-80% trong chuyển hoá vi sinh phytosterol đến AD và 9α-OH AD, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao. Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ về mặt khoa học mà còn có tác động kinh tế, xã hội và môi trường lớn, đặc biệt trong việc tận dụng phế phụ thải công nghiệp để sản xuất nguyên liệu dược phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tổng hợp hóa học steroid, đặc biệt là:

• Phương pháp cyanhydrin: Tương tác 17-cetosteroid với acetoncyanhidrin hoặc HCN để tạo hợp chất 17α-hydroxy-17β-nitril, sau đó ankyl hóa bằng tác nhân Grignard hoặc metyl liti để xây dựng mạch bên pregnan. Phản ứng có tính chọn lọc cao, sử dụng tác nhân rẻ tiền, nhưng đòi hỏi bảo vệ nhóm 3-ceto.

• Phương pháp acetylen: Ngưng tụ 17-cetosteroid với acetylen tạo dẫn xuất 17α-etynyl-17β-hydroxy, sau đó chuyển hoá đến pregnan qua các bước epime hoá và hydrat hoá. Phương pháp này phát triển mạnh từ những năm 1970, với hiệu suất 17α-etynylcacbinol đạt 95-96%.

• Chuyển hoá mạch bên corticoid: Sử dụng hợp chất đa hóa trị iod PhI(OAc)2 trong phản ứng tạo mạch bên corticoid từ 20-cetopregnan, hoặc phương pháp truyền thống iod hóa 21 và thủy phân để tạo nhóm 21-hydroxy.

• Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan: Bao gồm epoxit hoá ∆16-20-cetopregnan bằng hydroperoxit trong môi trường kiềm, mở vòng bằng metylmagie bromua, và oxy hoá nhóm 17α-hydroxy theo phương pháp Barton.

Các khái niệm chính bao gồm: pregnan, corticoid, 17-cetosteroid, epime hoá, ankyl hoá, nhóm chức 3-ceto, 17-etynyl, và phản ứng Nicholas.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các hợp chất steroid trung gian được tổng hợp từ phytosterol thu hồi từ phế phụ thải công nghiệp. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các hợp chất 17-cetoandrosten và dẫn xuất của chúng, được xử lý trong các phản ứng hóa học đặc thù.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phổ hồng ngoại (IR) để xác định nhóm chức.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (^1H-NMR) để xác định cấu trúc và vị trí nhóm thế.
• Sắc ký bản mỏng (SKBM) để theo dõi tiến trình phản ứng và độ tinh khiết sản phẩm.
• Các phản ứng hóa học được thực hiện trong điều kiện bầu khí trơ, kiểm soát nhiệt độ từ 0 đến 65°C tùy từng bước.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong nhiều năm, từ 2006 đến 2011, với các giai đoạn thử nghiệm tổng hợp, bảo vệ nhóm chức, ankyl hóa, và chuyển hoá mạch bên pregnan và corticoid. Các phản ứng được tối ưu hóa về điều kiện nhiệt độ, dung môi, và tác nhân xúc tác nhằm đạt hiệu suất cao nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp mạch bên pregnan bằng phương pháp cyanhydrin:

   • Phản ứng giữa AD và acetoncyanhidrin trong MeOH kiềm hóa ở 35-40°C trong 3 giờ tạo ra 17α-hydroxy-17β-nitril với hiệu suất cao.
   • Bảo vệ nhóm 3-ceto bằng neopentylglicol tạo vòng 6 cạnh bền, giúp ankyl hóa bằng CH3MgBr đạt hiệu suất 70%.
   • Phổ IR và ^1H-NMR xác nhận cấu trúc sản phẩm với các nhóm chức C≡N, OH, và ketal được giữ nguyên.

2. Chuyển hoá 17α-etynylcacbinol đến dẫn xuất 17β-etynylsteroid:

   • Phương pháp epime hoá qua este 17β-sulphonat và 17β-nitrat xúc tác muối bạc đạt hiệu suất epime hoá lên đến 95%.
   • Phản ứng Nicholas được áp dụng thành công để epime hoá trực tiếp 17α-etynylcacbinol, bỏ qua giai đoạn este hoá, mở rộng khả năng tổng hợp các steroid phức tạp.

3. Tạo mạch bên corticoid sử dụng PhI(OAc)2:

   • Phản ứng oxy hoá bằng PhI(OAc)2/MeOH ở dưới 20°C trong 48 giờ chuyển hợp chất pregnan đến mạch bên corticoid với hiệu suất 53-60%.
   • Phản ứng Moriarty với hệ xúc tác PhI(OAc)2/KOH/MeOH cho phép hydroxyl hóa vị trí 21 trên steroid với hiệu suất cao, mở ra con đường tổng hợp corticoid hiệu quả.

4. Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan:

   • Epoxit hoá ∆16-20-cetopregnan bằng hydroperoxit trong môi trường kiềm, sau đó mở vòng bằng metylmagie bromua, đồng thời đưa nhóm 17α-hydroxy vào phân tử.
   • Phương pháp Barton oxy hoá trực tiếp 16β-metyl-20-oxo steroid tạo nhóm 17α-hydroxy với hiệu suất cao, phù hợp cho tổng hợp các steroid 21-deoxy.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy phương pháp cyanhydrin là lựa chọn thực tiễn và hiệu quả trong tổng hợp mạch bên pregnan từ AD, với ưu điểm về tính chọn lọc và chi phí tác nhân thấp. Việc bảo vệ nhóm 3-ceto bằng neopentylglicol giúp tăng độ bền sản phẩm và hiệu suất ankyl hóa, phù hợp cho quy mô công nghiệp.

Phương pháp acetylen và epime hoá qua este 17β-sulphonat/nitrat cho thấy khả năng điều khiển cấu hình lập thể trung tâm C17, điều này rất quan trọng trong tổng hợp steroid có hoạt tính sinh học cao. Phản ứng Nicholas mở ra hướng mới cho tổng hợp trực tiếp các dẫn xuất 17β-etynyl.

Việc ứng dụng PhI(OAc)2 trong tạo mạch bên corticoid là bước tiến quan trọng, giúp rút ngắn chu trình tổng hợp và tăng hiệu suất hydroxyl hóa vị trí 21, so với phương pháp iod hóa truyền thống. Phản ứng Moriarty cũng được cải tiến để phù hợp với điều kiện công nghiệp.

Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan qua epoxit hoá và oxy hoá Barton cho thấy khả năng đồng thời đưa các nhóm thế quan trọng vào steroid, mở rộng phạm vi tổng hợp các dẫn xuất corticoid đặc hiệu. Các phương pháp này có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất phản ứng theo từng bước và bảng so sánh phổ IR, ^1H-NMR của các sản phẩm trung gian.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã cải tiến các điều kiện phản ứng, tăng hiệu suất và độ chọn lọc, đồng thời áp dụng thành công các phản ứng xúc tác kim loại quý trong tổng hợp steroid.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu và ứng dụng phương pháp cyanhydrin trong tổng hợp pregnan

   • Mục tiêu: Nâng cao hiệu suất ankyl hóa trên 75% trong vòng 2 năm.
   • Chủ thể: Các viện nghiên cứu hóa học và doanh nghiệp dược trong nước.

2. Phát triển công nghệ epime hoá trực tiếp 17α-etynylcacbinol bằng phản ứng Nicholas

   • Mục tiêu: Ứng dụng quy mô pilot trong 3 năm, giảm bước tổng hợp và chi phí sản xuất.
   • Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu công nghệ hóa dược, hợp tác với các trường đại học.

3. Mở rộng ứng dụng phản ứng PhI(OAc)2 trong tổng hợp mạch bên corticoid

   • Mục tiêu: Tối ưu hóa điều kiện phản ứng để đạt hiệu suất hydroxyl hóa trên 60% trong 18 tháng.
   • Chủ thể: Các phòng thí nghiệm công nghiệp hóa học, doanh nghiệp sản xuất steroid.

4. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng các dẫn xuất 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan

   • Mục tiêu: Phát triển các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, thử nghiệm tiền lâm sàng trong 4 năm.
   • Chủ thể: Viện nghiên cứu dược liệu, các công ty dược phẩm.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ, kết hợp nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghiệp, đồng thời tăng cường đào tạo nhân lực chuyên sâu về hóa hữu cơ và công nghệ sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên hóa học hữu cơ

   • Lợi ích: Cập nhật các phương pháp tổng hợp steroid hiện đại, ứng dụng trong giảng dạy và nghiên cứu.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu mới về tổng hợp hợp chất hoạt tính sinh học.

2. Chuyên gia công nghệ hóa dược và phát triển sản phẩm

   • Lợi ích: Áp dụng quy trình tổng hợp pregnan và corticoid từ phytosterol, giảm chi phí nguyên liệu.
   • Use case: Thiết kế quy trình sản xuất thuốc steroid trong nước.

3. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và hóa chất

   • Lợi ích: Tăng cường năng lực sản xuất nguyên liệu steroid chủ động, nâng cao chất lượng sản phẩm.
   • Use case: Đầu tư công nghệ mới, mở rộng dây chuyền sản xuất steroid.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành hóa học và công nghệ sinh học

   • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về tổng hợp steroid, phương pháp phân tích phổ.
   • Use case: Tham khảo tài liệu luận văn để hoàn thiện đề tài nghiên cứu hoặc luận văn tốt nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp cyanhydrin có ưu điểm gì so với các phương pháp tổng hợp khác?
   Phương pháp cyanhydrin có tính chọn lọc cao, sử dụng tác nhân rẻ tiền như acetoncyanhidrin, và cho hiệu suất ankyl hóa mạch bên pregnan khoảng 70%. Tuy nhiên, cần bảo vệ nhóm 3-ceto để tránh phản ứng phụ, điều này được khắc phục bằng việc sử dụng neopentylglicol tạo vòng ketal bền.

2. Tại sao cần epime hoá 17α-etynylcacbinol thành 17β-etynylcacbinol?
   Việc epime hoá giúp điều chỉnh cấu hình lập thể trung tâm C17, tạo ra dạng đồng phân có hoạt tính sinh học mong muốn. Phản ứng này có thể thực hiện qua este 17β-sulphonat hoặc 17β-nitrat xúc tác muối bạc với hiệu suất lên đến 95%.

3. Phản ứng PhI(OAc)2 có vai trò gì trong tổng hợp corticoid?
   Phản ứng này giúp hydroxyl hóa vị trí 21 trên steroid một cách hiệu quả, rút ngắn chu trình tổng hợp so với phương pháp iod hóa truyền thống. Hiệu suất phản ứng đạt khoảng 53-60%, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp.

4. Làm thế nào để bảo vệ nhóm 3-ceto trong quá trình tổng hợp?
   Nhóm 3-ceto được bảo vệ bằng cách tạo vòng ketal với neopentylglicol hoặc ethylen glycol, giúp tăng độ bền sản phẩm và tránh phản ứng phụ trong các bước ankyl hóa và epime hoá.

5. Phương pháp tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan có ứng dụng gì?
   Phương pháp này cho phép đồng thời đưa nhóm 16β-metyl và 17α-hydroxy vào steroid, tạo tiền đề cho tổng hợp các corticoid đặc hiệu có hoạt tính sinh học cao, phù hợp cho nghiên cứu và phát triển thuốc mới.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển thành công các phương pháp tổng hợp pregnan từ phytosterol qua trung gian androstendion, đặc biệt là phương pháp cyanhydrin và acetylen.
• Hiệu suất các phản ứng chính đạt khoảng 70-80%, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp hóa dược trong nước.
• Phản ứng epime hoá và chuyển hoá mạch bên corticoid bằng PhI(OAc)2 mở ra hướng tổng hợp steroid hiệu quả, giảm chi phí và thời gian.
• Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan được thực hiện thành công, góp phần đa dạng hóa các dẫn xuất steroid có tiềm năng dược lý.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa quy trình, mở rộng ứng dụng công nghệ và đào tạo nhân lực chuyên sâu để phát triển ngành hóa dược Việt Nam.

Next steps: Triển khai nghiên cứu quy mô pilot, hợp tác với doanh nghiệp sản xuất dược phẩm, và phát triển các sản phẩm thuốc steroid từ nguồn nguyên liệu trong nước.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực hóa dược nên phối hợp để ứng dụng các kết quả nghiên cứu này, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và chủ động nguồn nguyên liệu steroid trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN Tổng hợp corticosteroid, nói riêng 20-cetopregnan từ 17-cetoandrosten có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp sau đây [4, 6, 7, 8, 9]. Phương pháp cyanhydrin: 17-cetosteroid được ngưng tụ chọn lựa lập thể với HCN; 17-cyano-17-hydroxyandrosten tạo thành được ankyl hoá bằng tác nhân Grignard hay metyl liti. Ứng dụng phản ứng Vittic, tức là tương tác 17-cetosteroid với Ilit photpho. Ứng dụng phản ứng Knevenagel: ngưng tụ xúc tác bazơ 17-cetosteroid với hợp chất có nguyên tử hydro linh động như metoxy-, este cyanoacetic, isocyanoacetat, nitrometan v.và tiếp theo, oxy hoá liên kết đôi C17=C20.

Ứng dụng phản ứng Reformatxki: tương tác 17-cetosteroid với este của axit cacboxylic thế -halogen có mặt Zn và sau đó oxy hoá liên kết đôi C17=C20. Phương pháp acetylen, tức là 17-cetosteroit được ngưng tụ với acetylen; 17- etynyl-17-hydroxy-androsten tạo ra sẽ được chuyển hoá đến pregnan bằng những phương pháp khác nhau. Con đường acetylen bắt đầu phát triển chỉ vào những năm gần đây khi có được khả năng rõ ràng 17-etynyl hoá định hướng lập thể 17- cetosteroid hay là epime hoá hiệu quả trung tâm C17 của 17-etynyl-17- hydrocyandrosten nhận được ban đầu trong phản ứng ngưng tụ acetylen. Điều đó đã kích thích mối quan tâm ứng dụng phương pháp này vào thực tiễn và cần thiết tổng kết lại các tư liệu tham khảo mà cho đến nay trong các tổng quan mới chỉ được đề cập rời rạc ở phạm vi tổng hợp mạch bên pregnan [4, 6, 7, 9].

Trong tổng quan này chúng tôi sắp xếp bố cục theo thời gian phát triển của phương pháp chuyển hoá 17-cetoandrosten đến 20-cetopregnan, đặc biệt lưu ý tới các công trình gần đây nhất.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan Phương pháp rất có ý nghĩa thực tiễn tổng hợp mạch bên pregnan là phương pháp cyanhydrin, bao gồm tương tác của các hợp chất 17-cetosteroid với acetocyanhydrin (hay HCN) và ankyl hoá tiếp theo hợp chất 17α-hydroxy-17β- 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nitril vừa nhận được. Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên corticoid từ AD và 9-OH AD có hàng loạt ưu điểm: tính chọn lọc cao của phản ứng hydrocyan hoá vào nhóm 17-ceto, tác nhân acetocyanhydrin dồi dào, rẻ tiền. Trong tổng hợp các pregnan từ AD chúng tôi đã chỉ ra tính hiệu quả cao của phản ứng này [72]. Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên pregnan trên cơ sở AD cũng đã được đề xuất bởi các tác giả Nhật [44].

Trong patent của hãng Apdzon [36], phương pháp cyanhydrin được áp dụng để mô hình hoá các dẫn xuất khác nhau của AD. Tuy nhiên việc sử dụng 9α-OH AD là hợp chất đầu đã được tuyên bố nhưng chưa được mô tả trong các ví dụ. Đã được biết để tránh chuyển vị không mong muốn với sự tham gia của nhóm 9-OH bậc 3 [18], một cách tiện lợi sẽ chuyển hoá nó đến dẫn xuất ∆9(11) , chức này khá bền vững hơn trong điều kiện các phản ứng tiếp theo. Hãng Mitsubishi của Nhật đã đề xuất điều chế 17β-cyan-17α-hydroxy-AD hay là dẫn xuất ∆9(11)-AD bằng cách hydrocyan .Tuy nhiên phản ứng của ∆9(11)-AD với acetoncyanhydin trong các điều kiện đã được mô tả bởi tác giả xảy ra với sự tạo thành chỉ dẫn xuất không mong muốn 17α-cyan-17β-hydroxy trong khi phản ứng với sự có mặt nhóm 9α-hydroxy ở chính các điều kiện này chỉ cho đồng phân epime mong muốn 17β-cyan-17α- hydroxy.

Đồng phân epime 17β-cyan-17-hydroxy-∆9(11) có thể được nhận được bằng cách đồng phân hóa 17α-cyan-17-hydroxy tương ứng được tạo thành ban đầu bằng tác dụng, chẳng hạn natri cyanua hoặc là trietyl amoni hydrocyanua trong dung môi ancol bậc thấp [49]. Tác giả patent [73] đã điều chế thành công đồng phân epime 17β-cyan-17α-hydroxy xuất phát từ ∆9-AD với hiệu suất 93% trong môi trường rượu /nước khi sử dụng phương pháp epime hoá mà bản chất của phương pháp này là kết tủa dần dần đồng phân epime 17β-cyan bằng cách thay đổi nồng độ nước. O 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chuyển hoá xa hơn hợp chất 17β-cyan-17α-hydroxy- đến 20-cetopregnan đã được thực hiện bằng tương tác các cyanhydrin tương ứng với các nhóm 3-ceto- và 17α-hydroxy đã được bảo vệ với metyl liti hay metyl magie bromua [37, 44, 74, 86]. Để tạo ra hợp chất ∆16- có thể sử dụng dẫn xuất 17α-cyan-17β-hydroxy cũng như đồng phân 17β-cyan-17α-hydroxy của nó, và cũng như là hỗn hợp của chúng.

Ban đầu người ta este hoá nhóm 17-hydroxy của 17-cyanhydrin bằng cách tương tác với metalsulfonylchlorid, sau đó 17-cyano-17-metalsulfonyloxysteroid tạo ra được xử lí bằng tác nhân dehydrat hoá. Ankyl hoá tiếp theo ∆16-dehydro-17- nitril bằng tác nhân Grignard cho phép chuyển hoá các dẫn xuất androstan đến 20- cetopregnan với hiệu suất cao [22]. Phương pháp đã được hoàn thiện và áp dụng đối với các trường hợp 3-acetoxy-∆5-17-cetoandrostan và AD [75]. Để điều chế 17-acetyl steroid từ 17-oxo-steroid có thể sử dụng các tác nhân acetyl đặc biệt gọi là tác nhân acetyl che chắn làm thay đổi hoạt tính của nhóm cacbonyl.

Các nguyên tắc và ứng dụng của khái niệm này đã được xem xét lại bởi D. Trong sự có mặt của các tác nhân acyl che chắn bazơ mạnh dạng anion bền vững mà nó dễ phản ứng với cacbon cacbonyl và tạo ra hợp chất trung gian dễ bị thủy phân thành nhóm acetyl dẫn tới 17-acetyl steroid khi phản ứng với 17-oxosteroid. Các tác nhân acyl che chắn có thể được sử dụng để tạo ra mạch bên pregnan [39, 76]. Rất ưa dùng loại này là alkyl hoặc các vinyl aryl ete, alkyl hoặc vinyl aryl thioete hoặc 1,1-trimetylendithio-etan.

Việc sử dụng các vinyl ankyl ete được minh họa bởi Baldwin & Cs [12, 13]. Phương pháp này có thể được áp dụng để chuyển hoá 9α-hydroxy-17- cetosteroid đến 9α,17α-dihydroxy-20-ceto pregnan : O OH CH2 OH CH3 HO C C S S (CH 2)3 O BR2 R R R R 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Áp dụng có kết quả tốt phương pháp “tác nhân che chắn acyl” đối với trường hợp 9-hydroxy steroid có vòng D chứa nhóm “X” là oxygen hoặc sulfua, “R” là nhóm ankyl (1-6C) hoặc aryl; sau khi xử lý với axit nhận được 17-acetyl- 17β-hydroxy steroid tương ứng. Để nhận được đồng phân epime 17-acetyl mong muốn có thể dehydrat hóa nó đến 16,17-dehydro steroid tương ứng. Các hợp chất 9α-hydroxy- steroid với nhóm chức 3-ceto và 17-hydroxy đã được bảo vệ, nhóm 17β-cyano có thể được chuyển hóa tới hợp chất 17-(1-imio etyl) mà không cần tách ra, được chuyển hóa tiếp theo tới các hợp chất 17β-acetyl tương ứng [77].

CH3 O CH3 CN C NH OR1 OH OR1 R R R Các phương pháp khác xây dựng mạch bên corticoid là rất phức tạp, tốn kém và không có triển vọng thực tiễn do hiệu suất thấp các sản phẩm mong muốn. Đó là tổng hợp với việc ứng dụng phản ứng Vittic và mô hình hoá phản ứng này (Phản ứng Khorner-Emmons) [19], tổng hợp với việc sử dụng phản ứng Knevenagel [82] với việc sử dụng phản ứng Reformatsky [20, 79, 80, 81] hay là các phương pháp khác đã biết [25, 82, 83, 84]. Để điều chế hợp chất với mạch bên corticoid từ 20-ceto steroid, đầu tiên tiến hành 21-halogen hóa, sau đó nguyên tử halogen được thay thế bằng nhóm acetyl , cuối cùng nhóm acetyl này được thuỷ phân đến nhóm chức 21-hydroxy mong muốn [90, 26, 58].2 Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Ngưng tụ 17-cetoandrosten với acetylen Etynyl hoá 17-cetosteroid ở điều kiện khống chế nhiệt động xảy ra từ phía  của phân tử, tạo thành dẫn xuất 17-etynyl-17-hydroxy. Thông báo đầu tiên 17- etynyl hoá 3-hydrocyandrostenon-17 bằng acetylen trong amoniac lỏng xuất hiện vào năm 1937 [31, 32, 75, 77], cho đến những năm 1970 đã được xem như là sự khẳng định vô luận về tính chất đặc thù lập thể của quá trình này, không phụ thuộc vào điều kiện ngưng tụ acetylen.

Theo một phương pháp cổ điển (Favorski) 17- cetosteroid được xử lý bằng acetylen, có mặt bazơ (ancolat kali, liti diizopropylamit v.); đồng thời các phản ứng với androstendion, androstandiendion xảy ra mà không đụng chạm đến nhóm chức 3-ceto, cho hiệu suất cao (95  96%) 17- etynylcacbinol [44, 50]. O C CH CH CH , OH OH 95% O O AD , ADD Thử nghiệm ở chính các điều kiện này, ngưng tụ với 9-OH AD phát hiện thấy isome hoá bộ khung [37] và chỉ khi bảo vệ nhóm 3-ceto bằng phức chất acetylen liti với etylendiamin [15, 17, 37] cho phép thực hiện chuyển hoá với hiệu suất 30%. 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] O O O O O HC CH,t-BuOK + + OH O OH OH OH O C CH O C CH C CH O + + + O O C CH C CH OH LiC CLi(CH2)2(NH2)2 OH OH OH MeO O Tính chất không bền vững của 9-OH AD [16] và do đó hiệu suất 17- etynylandrost-4-en-9,17-diol-3-on thấp, hiện tại không thể xem hợp chất trung gian này là có triển vọng trong tổng hợp corticosteroid thế ở các vị trí 9,11. Một con đường lựa chọn khác tỏ ra đáng lưu ý hơn là ứng dụng phản ứng điều chế 17-etynyl hoá [98] androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (9-AD) dễ kiếm trước đây [51 55].

Ngưng tụ 9-AD với acetylen có mặt tert-butylat kali xảy ra với hiệu suất 90% và không đòi hỏi bảo vệ nhóm 4 -3-ceto mà nhóm này được bảo vệ bằng cách tạo thành enolat bền vững. O O C CH H3PO4 HC CH OH OH O O 9-AD Lần đầu tiên vào năm 1979 Kanojia và cộng sự [34] đã chỉ ra khả năng điều chế trực tiếp 17-etynylcacbinol bằng cách etynyl hoá trực tiếp 17-cetosteroid. Trong trường hợp ngưng tụ ete-3-metylic estron với acetylen trong N- metylpirolidon / KOH đã nhận được cùng với 17-etynylcacbinol như dự đoán (mestranol), epime 17-etynylcacbinol (epimestranol) (87% và 13% tương ứng theo đánh giá bằng sắc ký bản mỏng hay 7% epimestranol đã được tách ra bằng sắc ký điều chế). 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] O C CH C CH OH OH CH CH + MeO 87% 13% Năm 1984, hãng Apdzon (Mỹ) đã “trình làng” phương pháp tổng hợp 17- etinylcacbinol như sau [56]: 17-cetosteroid được ngưng tụ với nguồn acetylen (C2H2, cacbuacanxi, kali hay những tác nhân khác sinh ra acetylen in situ), có mặt bazơ mạnh (KOH, t-BuOK v.) và dung môi amin epime hoá (etylendiamin; 1,3- propylendiamin; 1,2-diaminopropan; 1,2-diaminoxiclohexan v.không dưới 5%); đồng dung môi là THF, ete Et2O, dioxan.đã khẳng định chắc chắn rằng vắng mặt dung môi epime phản ứng xảy ra chỉ từ vùng  và chỉ tạo thành 17- etynylcacbinol.

Tuy nhiên, nếu để hỗn hợp phản ứng trong một khoảng thời gian dài (2  4 ngày) có thể làm tăng thêm một lượng nhỏ sản phẩm 17-etynyl hoá. Thêm dung môi epime (5%) làm thay đổi tỉ lệ 17-etynyl / 17-etynylcacbinol (tùy thuộc vào chất đầu được sử dụng) từ 90 / 10 đến 75 / 25 (%). Với mục đích điều chế, các tác giả đề nghị tiến hành phản ứng trong dung môi 100% amin, khi đó hiệu suất 17-etynylcacbinol đạt 50%. Thực tế, hãng Niu-zi-lan “Gist-Brocads” đã xây dựng bằng phát minh “phương pháp đặc thù lập thể 17-etynyl hoá 14-hydroxy-17- cetoandrostan”.