Tổng quan nghiên cứu

Theo số liệu thống kê của Globocan năm 2008, ung thư phổi chiếm 13% tổng số ca bệnh ung thư mới và 18,2% số ca tử vong do ung thư trên toàn cầu. Trong đó, ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (UTPKPTBN) chiếm khoảng 80% tổng số ca bệnh ung thư phổi và là một trong những căn bệnh nguy hiểm với tỷ lệ tử vong cao. Tại Việt Nam, ung thư phổi đứng thứ hai về số ca mắc và tử vong trong các loại ung thư ở cả nam và nữ. Việc điều trị UTPKPTBN truyền thống bằng hóa trị và xạ trị gặp nhiều hạn chế như thời gian sống trung bình dưới 1 năm và nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống bệnh nhân.

Erlotinib hydrochlorid, một thuốc ức chế EGFR, đã được chứng minh có hiệu quả cao trong điều trị UTPKPTBN có đột biến hoạt hóa EGFR, giúp kéo dài thời gian sống và cải thiện chất lượng sống bệnh nhân. Tuy nhiên, tại Việt Nam, chi phí điều trị bằng erlotinib còn rất cao, khoảng 42 triệu đồng cho một lọ 30 viên 150 mg, khiến thuốc chưa được sử dụng rộng rãi. Do đó, nghiên cứu tổng hợp erlotinib hydrochlorid trong nước có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn nhằm giảm chi phí và nâng cao khả năng tiếp cận thuốc cho bệnh nhân.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp và phân tích cấu trúc erlotinib và các hợp chất trung gian bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) nhằm phát triển quy trình tổng hợp hiệu quả, kinh tế và xác định chính xác cấu trúc các hợp chất. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam trong năm 2017. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực sản xuất nguyên liệu thuốc chống ung thư trong nước, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu.

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 sau:

  • Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): Sử dụng để xác định các nhóm chức trong phân tử dựa trên dao động hóa trị và biến dạng của liên kết hóa học. Vùng phổ từ 4000 – 1600 cm(^{-1}) tập trung vào các nhóm chức như OH, NH, C=O, C≡N, trong khi vùng 1500 cm(^{-1}) trở xuống là vùng vân ngón tay đặc trưng cho toàn phân tử.

  • Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Phổ 1H-NMR và 13C-NMR cung cấp thông tin về số lượng, loại proton và cacbon, cũng như môi trường hóa học của chúng trong phân tử. Độ chuyển dịch hóa học (\delta) được đo bằng ppm giúp xác định cấu trúc chi tiết.

  • Phương pháp phổ khối lượng (MS): Phân tích ion phân tử và các mảnh ion để xác định phân tử khối và cấu trúc phân tử. Phương pháp ion hóa electron (EI) với năng lượng 70 eV được sử dụng phổ biến.

  • Phương pháp X-ray tinh thể: Xác định cấu trúc không gian ba chiều của phân tử bằng cách đo cường độ tín hiệu nhiễu xạ tia X và tính toán mật độ electron trong tế bào tinh thể.

Các khái niệm chính bao gồm: nhóm chức, độ chuyển dịch hóa học, hằng số tương tác spin-spin J, ion phân tử, cấu hình tuyệt đối.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Hóa chất và dung môi được mua từ các hãng uy tín như Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ). Các hợp chất trung gian và sản phẩm tổng hợp được phân tích tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.

  • Phương pháp tổng hợp: Sử dụng các phản ứng hữu cơ như phản ứng ankyl hóa, nitro hóa, khử nitro, phản ứng ngưng tụ Knoevenagel, phản ứng cộng Michael và đóng vòng nội phân tử. Quy trình tổng hợp erlotinib hydrochlorid được rút gọn còn 6 bước phản ứng với hiệu suất tổng khoảng 60-73%.

  • Phương pháp phân tích:

    • Phổ IR đo trên máy Impact 410-Nicolet ở dạng ép viên KBr.
    • Phổ NMR 1H và 13C đo trên máy Bruker XL-500 MHz với dung môi CDCl3 hoặc DMSO-d6, TMS làm chuẩn.
    • Phổ MS đo trên máy Hewlett Packard Mass Spectrometer 5989 MS hoặc LC-MSD-Trap-SL.
    • Kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
    • Xác định nhiệt độ nóng chảy bằng máy Gallenkamp.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2017 với nhiều mẫu hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng được tổng hợp và phân tích chi tiết. Mỗi hợp chất được tổng hợp với khối lượng từ 5 đến 15 g, đảm bảo đủ cho các phân tích hóa lý.

  • Lý do lựa chọn phương pháp: Các phương pháp phổ hiện đại giúp xác định cấu trúc chính xác, đồng thời quy trình tổng hợp được tối ưu để giảm số bước, tăng hiệu suất và giảm sử dụng tác nhân độc hại, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp thành công hợp chất trung gian 3,4-bis(2-methoxyethoxy)benzoic axit (15): Qua phản ứng ankyl hóa và thủy phân, thu được sản phẩm với hiệu suất 71% và độ tinh khiết 97%. Phổ IR cho thấy tín hiệu đặc trưng nhóm cacbonyl tại 1666,8 cm(^{-1}) và nhóm OH tại 3089,9 cm(^{-1}). Phổ 1H-NMR và 13C-NMR xác nhận cấu trúc với các tín hiệu proton và cacbon phù hợp.

  2. Tổng hợp hợp chất 3,4-bis(2-methoxyethoxy)benzonitrile (16): Phản ứng one-pot từ axit 15 với urê và P2O5 đạt hiệu suất 61%. Phổ IR xuất hiện tín hiệu nhóm C≡N tại 2225 cm(^{-1}), không còn tín hiệu cacbonyl, chứng tỏ phản ứng chuyển đổi thành công. Phổ NMR cho thấy các tín hiệu proton và cacbon phù hợp với cấu trúc benzonitrile.

  3. Tổng hợp hợp chất 4,5-bis(2-methoxyethoxy)-2-nitrobenzonitrile (10): Phản ứng nitro hóa diễn ra hiệu quả, sản phẩm có điểm nóng chảy 135-136°C. Phổ IR ghi nhận nhóm NO2 tại 1533 và 1384 cm(^{-1}). Phổ NMR xác nhận cấu trúc với các tín hiệu proton đặc trưng.

  4. Khử nhóm nitro thành amino (hợp chất 11): Sử dụng natri dithionite trong nước, hiệu suất chuyển hóa đạt 90%. Phổ IR không còn tín hiệu NO2, xuất hiện nhóm NH2 tại 3356 và 3238 cm(^{-1}). Phổ NMR phù hợp với cấu trúc amino.

  5. Tổng hợp erlotinib (13) và erlotinib hydrochlorid (1): Phản ứng one-pot từ hợp chất 11 với DMF-DMA và 3-ethynylanilin thu được erlotinib với hiệu suất 75% và độ tinh khiết > 90%. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR cho thấy các tín hiệu đặc trưng của nhóm ethynyl, methoxy và khung quinazolin. Phổ HRMS xác nhận ion [M+H](^+) tại 394,1 phù hợp với phân tử lượng 393,4. Muối hydrochlorid 1 được tổng hợp bằng cách sục khí HCl vào dung dịch erlotinib trong methanol, thu được sản phẩm có điểm nóng chảy 228-229°C.

Thảo luận kết quả

Quy trình tổng hợp rút gọn còn 6 bước so với 9 bước truyền thống giúp tăng hiệu suất tổng thể lên khoảng 60-73%, giảm thời gian và chi phí sản xuất. Việc sử dụng phản ứng one-pot cho các giai đoạn then chốt như tạo hợp chất trung gian 16, 11 và 13 giúp đơn giản hóa quy trình và giảm sử dụng các tác nhân độc hại như phosphoryl chloride hay PtO2.

Phân tích phổ IR, NMR và MS đồng bộ chứng minh cấu trúc các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng là chính xác, đảm bảo chất lượng nguyên liệu cho bào chế thuốc. So với các nghiên cứu trước, phương pháp này tránh được các bước phản ứng phức tạp và sử dụng các tác nhân thân thiện môi trường hơn.

Dữ liệu phổ có thể được trình bày qua các biểu đồ phổ IR, phổ 1H-NMR và phổ HRMS minh họa rõ ràng các tín hiệu đặc trưng, giúp người đọc dễ dàng nhận biết sự biến đổi cấu trúc qua từng bước tổng hợp. Bảng tổng hợp hiệu suất từng bước cũng làm nổi bật hiệu quả của quy trình.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc phát triển nguồn nguyên liệu erlotinib hydrochlorid trong nước, góp phần giảm chi phí điều trị ung thư phổi và nâng cao khả năng tiếp cận thuốc cho bệnh nhân Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai quy trình tổng hợp erlotinib hydrochlorid quy mô phòng thí nghiệm: Tối ưu hóa điều kiện phản ứng để nâng cao hiệu suất từng bước lên trên 75%, giảm thời gian phản ứng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Viện Hóa học và các phòng thí nghiệm liên quan.

  2. Nghiên cứu mở rộng tổng hợp các dẫn xuất erlotinib: Phát triển các hợp chất tương tự có hoạt tính chống ung thư cao hơn hoặc giảm tác dụng phụ. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Các nhóm nghiên cứu hóa dược.

  3. Xây dựng quy trình sản xuất nguyên liệu thuốc erlotinib hydrochlorid công nghiệp: Hợp tác với các công ty dược trong nước để chuyển giao công nghệ, giảm chi phí nhập khẩu. Thời gian: 2-3 năm. Chủ thể: Viện Hóa học, doanh nghiệp dược.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực phân tích cấu trúc bằng các phương pháp hóa lý hiện đại: Tổ chức các khóa học chuyên sâu về phổ IR, NMR, MS và X-ray tinh thể cho cán bộ nghiên cứu và kỹ thuật viên. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Viện Hóa học, trường đại học.

  5. Khuyến khích nghiên cứu lâm sàng phối hợp sử dụng erlotinib tổng hợp trong nước: Đánh giá hiệu quả và an toàn trên bệnh nhân ung thư phổi tại Việt Nam để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi. Thời gian: 2-4 năm. Chủ thể: Bệnh viện, trung tâm nghiên cứu lâm sàng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu hóa học dược phẩm: Luận văn cung cấp quy trình tổng hợp và phân tích cấu trúc chi tiết các hợp chất trung gian và erlotinib, giúp phát triển nghiên cứu tổng hợp thuốc chống ung thư.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm: Thông tin về quy trình tổng hợp hiệu quả, kinh tế và các phương pháp phân tích chất lượng nguyên liệu hỗ trợ xây dựng dây chuyền sản xuất nguyên liệu thuốc trong nước.

  3. Bác sĩ và chuyên gia ung thư học: Hiểu rõ cơ sở hóa học và dược lý của erlotinib, từ đó có thể tư vấn và áp dụng liệu pháp điều trị phù hợp cho bệnh nhân ung thư phổi không phải tế bào nhỏ.

  4. Sinh viên và học viên cao học ngành hóa học, hóa dược: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng các phương pháp hóa lý hiện đại trong phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ và quy trình tổng hợp thuốc.

Câu hỏi thường gặp

  1. Erlotinib hydrochlorid là gì và công dụng chính của nó?
    Erlotinib hydrochlorid là thuốc ức chế EGFR, dùng điều trị ung thư phổi không phải tế bào nhỏ có đột biến EGFR, giúp kéo dài thời gian sống và cải thiện chất lượng sống bệnh nhân.

  2. Phương pháp tổng hợp erlotinib trong luận văn có ưu điểm gì?
    Quy trình tổng hợp rút gọn còn 6 bước, sử dụng phản ứng one-pot, tránh tác nhân độc hại, tăng hiệu suất tổng thể lên khoảng 60-73%, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.

  3. Các phương pháp phân tích cấu trúc nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) và phương pháp X-ray tinh thể được áp dụng để xác định chính xác cấu trúc các hợp chất.

  4. Hiệu suất tổng hợp erlotinib hydrochlorid đạt được là bao nhiêu?
    Hiệu suất tổng hợp erlotinib hydrochlorid đạt khoảng 63-75% tùy theo quy trình, với độ tinh khiết sản phẩm cuối trên 90%.

  5. Tại sao việc tổng hợp erlotinib trong nước lại quan trọng?
    Việc tổng hợp trong nước giúp giảm chi phí nguyên liệu thuốc, tăng khả năng tiếp cận điều trị cho bệnh nhân ung thư phổi, đồng thời phát triển ngành công nghiệp dược phẩm trong nước.

Kết luận

  • Luận văn đã phát triển thành công quy trình tổng hợp erlotinib hydrochlorid rút gọn còn 6 bước với hiệu suất tổng thể khoảng 60-73%.
  • Các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng được xác định cấu trúc chính xác bằng phổ IR, NMR, MS và X-ray tinh thể.
  • Quy trình tổng hợp sử dụng các phản ứng one-pot, giảm sử dụng tác nhân độc hại, thân thiện môi trường và phù hợp với điều kiện trong nước.
  • Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc sản xuất nguyên liệu thuốc chống ung thư phổi tại Việt Nam, góp phần giảm chi phí điều trị.
  • Đề xuất tiếp tục tối ưu quy trình, mở rộng nghiên cứu dẫn xuất và chuyển giao công nghệ sản xuất công nghiệp trong thời gian tới.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp dược và chuyên gia y tế trong lĩnh vực hóa học dược phẩm và điều trị ung thư. Việc ứng dụng kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng điều trị và phát triển ngành dược trong nước.