Khóa luận: Nghiên cứu quy trình tạo muối cholin fenofibrat - Nguyễn Thị Hằng

Khóa luận Dược sĩ trình bày quy trình tổng hợp muối cholin fenofibrat. Nội dung bao gồm phương pháp, kết quả và bàn luận về các yếu tố ảnh hưởng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hằng
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Giang
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Nghiên cứu quy trình tạo muối cholin fenofibrat
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về muối cholin fenofibrat

Muối cholin fenofibrat là một hợp chất dược học được tạo ra từ sự kết hợp giữa acid fenofibric và cholin hydroxid. Đây là một trong những tiến bộ quan trọng trong công nghiệp dược phẩm hiện đại, giúp cải thiện tính hòa tan và sinh khả dụng của fenofibrat - một loại thuốc hạ mỡ máu hiệu quả. Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Hằng từ Trường Đại học Dược Hà Nội năm 2021 đã tập trung nghiên cứu quy trình tạo muối cholin fenofibrat một cách chi tiết và khoa học. Hợp chất này có cấu trúc đặc biệt với những tính chất vật lý-hóa học ưu việt, giúp nâng cao hiệu quả dược lý và giảm tác dụng phụ cho bệnh nhân.

1.1. Cấu tạo và tính chất vật lý của muối cholin fenofibrat

Muối cholin fenofibrat có công thức phân tử được hình thành từ acid fenofibric và cholin. Tính chất vật lý bao gồm các đặc điểm về màu sắc, dạng tinh thể, nhiệt độ nóng chảy và độ tan trong các dung môi khác nhau. Những đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất và bảo quản thuốc. Kiểm tra độ tinh khiết thông qua sắc ký lớp mỏng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Tính chất hóa học và dược động học

Tính chất hóa học của muối cholin fenofibrat giúp nó ổn định hơn fenofibrat nguyên chất. Hợp chất này có khả năng hòa tan tốt hơn trong nước, từ đó cải thiện sinh khả dụng và tăng cường hấp thụ. Dược động học cho thấy thời gian đạt nồng độ tối đa (Tmax) ngắn hơn, giúp thuốc phát huy tác dụng nhanh chóng. Điều này mang lại lợi ích đáng kể cho bệnh nhân điều trị rối loạn lipid máu.

II. Quy trình tổng hợp muối cholin fenofibrat

Quy trình tạo muối cholin fenofibrat gồm ba bước chính được nghiên cứu kỹ lưỡng. Đầu tiên là tổng hợp acid fenofibric từ các nguyên liệu ban đầu thông qua các phản ứng hóa học kiểm soát. Bước thứ hai liên quan đến chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid bằng cách sử dụng các chất trao đổi ion phù hợp. Bước cuối cùng là tạo muối cholin fenofibrat thông qua phản ứng trung hòa giữa acid fenofibric và cholin hydroxid. Mỗi bước đều được khảo sát về ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, dung môi và tỉ lệ mol để tối ưu hóa hiệu suất phản ứng.

2.1. Tổng hợp acid fenofibric

Acid fenofibric được tổng hợp từ các nguyên liệu hóa học thông qua một loạt phản ứng hữu cơ. Quá trình này yêu cầu kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, áp suất và thời gian phản ứng để đạt hiệu suất cao. Khảo sát thời gian thủy phân là một trong những yếu tố quan trọng được nghiên cứu. Độ tinh khiết của acid fenofibric thu được được xác định bằng sắc ký lớp mỏng và các phương pháp phân tích khác để đảm bảo chất lượng cho các bước tiếp theo.

2.2. Chuyển dạng cholin và tạo muối

Chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid được thực hiện bằng cách sử dụng các chất trao đổi ion hoặc bằng phương pháp thủy phân kiểm soát. Sau đó, tạo muối cholin fenofibrat thông qua phản ứng trung hòa được tiến hành trong dung môi thích hợp. Các yếu tố như tỉ lệ mol, nhiệt độ và thời gian phản ứng được khảo sát để tối ưu hóa hiệu suất. Kết quả cho thấy các dung môi khác nhau có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phản ứng.

III. Kết quả thực nghiệm và xác định cấu trúc

Kết quả thực nghiệm của nghiên cứu cho thấy quy trình tạo muối cholin fenofibrat có thể đạt hiệu suất cao khi các điều kiện được tối ưu hóa. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) xác nhận sự có mặt của các nhóm chức năng đặc trưng. Phổ khối lượng (MS) cung cấp thông tin về khối lượng phân tử của hợp chất. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) bao gồm cả ¹H-NMR và ¹³C-NMR giúp xác định cấu trúc chi tiết của muối cholin fenofibrat. Các dữ liệu phân tích thể hiện rõ ràng cấu trúc của hợp chất được tổng hợp, xác nhận thành công của quá trình tạo muối.

3.1. Phân tích phổ và xác định cấu trúc

Phân tích phổ hồng ngoại (IR) cho thấy các dao động hóa trị đặc trưng của các nhóm carboxyl, C-H và O-H. Phổ khối lượng (MS) xác định được khối lượng phân tử chính xác, với các ion đặc trưng tương ứng với cấu trúc của muối cholin fenofibrat. Hệ số lưu giữ (Rf) trong sắc ký lớp mỏng cũng được xác định, giúp phân biệt với các chất liên quan.

3.2. Phân tích NMR và xác nhận cấu trúc

¹H-NMR cho thấy các tín hiệu tương ứng với các proton trong cholin và nhóm fenofibrat. ¹³C-NMR xác định được số đơn vị carbon và độ dịch chuyển hoá học (ppm) của chúng. Kết hợp các dữ liệu từ IR, MS và NMR, cấu trúc hóa học của muối cholin fenofibrat được xác nhận hoàn toàn, đảm bảo rằng sản phẩm tổng hợp là chính xác và thuần khiết.

IV. Ứng dụng và kiến nghị phát triển

Muối cholin fenofibrat có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dược phẩm, đặc biệt là trong điều trị rối loạn lipid máu và các bệnh liên quan. Với sinh khả dụng cao hơn fenofibrat nguyên chất, hợp chất này mở ra những khả năng mới cho phát triển các dạng thuốc hiệu quả hơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quy trình tổng hợp có thể được tối ưu hóa thêm để đạt hiệu suất cao và giảm chi phí sản xuất. Các kiến nghị bao gồm tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau, phát triển phương pháp phân tích nhanh chóng, và chuẩn bị cho sản xuất quy mô công nghiệp.

4.1. Ứng dụng lâm sàng và dược học

Muối cholin fenofibrat có tác dụng hạ mỡ máu hiệu quả với sinh khả dụng cao hơn các dạng nguyên chất. Thuốc có thể được sử dụng để điều trị các bệnh nhân có nồng độ mỡ máu cao, đặc biệt là những bệnh nhân gặp khó khăn với các thuốc fenofibrat thông thường. Cách dùng và liều lượng cần được xác định thông qua các nghiên cứu lâm sàng bổ sung. Hợp chất này hứa hẹn mang lại lợi ích đáng kể cho sức khỏe công cộng.

4.2. Hướng phát triển và tối ưu hóa quy trình

Quy trình tạo muối cholin fenofibrat có thể được tối ưu hóa thêm bằng cách khảo sát các dung môi mới, chất xúc tác và điều kiện phản ứng khác. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng sẽ giúp hiểu rõ hơn quá trình tạo muối. Sản xuất quy mô công nghiệp cần được chuẩn bị thông qua các thử nghiệm quy mô lớn dần. Việc phát triển những phương pháp phân tích nhanh chóng và tin cậy cũng là ưu tiên để đảm bảo kiểm soát chất lượng hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), bệnh tim mạch là nguyên nhân gây tử vong số một trên toàn cầu, cướp đi sinh mạng của hơn 17,9 triệu người mỗi năm. Rối loạn chuyển hóa lipid máu là một yếu tố nguy cơ quan trọng liên quan đến bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim mạch [10]. Các biện pháp can thiệp để điều trị rối loạn lipid máu là một phần không thể thiếu trong bất kỳ chiến lược nào nhằm ngăn ngừa bệnh lý tim mạch [13]. Các fibrat đã đóng một vai trò quan trọng trong điều trị tăng lipid máu trong hơn ba thập kỷ.

Thành viên đầu tiên của nhóm fibrat, clofibrat, được xác định vào năm 1962 bởi Thorp và Waring và có mặt ở Mỹ vào năm 1967. Nhiều fibrat khác, bao gồm ciprofibrat, bezafibrat, etofibrat, beclofibrat, và pirifibrat, được sử dụng rộng rãi tại châu Âu [15]. Fenofibrat, là một tiền thuốc của acid fenofibric thế hệ thứ ba, được tổng hợp vào năm 1975 và được đưa vào lâm sàng tại Pháp vào cùng năm [5]. Fenofibrat thực tế rất khó tan trong nước, làm giảm sinh khả dụng của thuốc khi sử dụng qua đường uống [9].

Để khắc phục vấn đề này, các nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm rất nhiều phương pháp khác nhau: giảm kích thước phân tử, kết hợp với vitamin E, sử dụng thêm chất hòa tan, song vẫn chưa được như mong muốn [25]. Một biện pháp khác được đề xuất, tạo muối của acid fenofibric với một base, muối này dễ tan trong nước, dễ dàng chuyển về dạng acid fenofibric có hoạt tính trong điều kiện sinh lý [23]. Theo hướng phát triển đó, cholin fenofibrat (biệt dược Trilipix®) ra đời và được đưa vào điều trị năm 2008 do hãng dược phẩm Abbott Laboratories sản xuất. Cholin fenofibrat đã được nghiên cứu tổng hợp ở châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ.

Song, tại Việt Nam chưa có nghiên cứu về vấn đề tổng hợp và bào chế cholin fenofibrat. Vì vậy, để góp phần hướng tới tự chủ về mặt nguyên liệu phục vụ cho nghiên cứu và tiến xa hơn là sản xuất các dạng bào chế ở Việt Nam trong tương lai, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình tạo muối cholin fenofibrat” với mục tiêu: Xây dựng được quy trình tổng hợp cholin fenofibrat ở quy mô phòng thí nghiệm. Tổng quan về muối cholin fenofibrat 1. Cấu tạo của cholin fenofibrat ✓ Công thức cấu tạo: Hình 1.

Công thức cấu tạo của cholin fenofibrat ✓ Công thức phân tử: C22H28ClNO5. ✓ Khối lượng mol phân tử: 421,91 đvC. ✓ Tên khoa học: 2-hydroxy-N,N,N-trimethylethanaminium 2-(4-(4-clorobenzoyl)phenoxy)- 2 methylpropanoat. ✓ Cholin fenofibrat là một muối của acid fenofibric, một dẫn xuất tổng hợp của acid phenoxy-isobutyric và tiền chất chống tăng lipid máu [27].

Tính chất vật lý ✓ Cảm quan: Bột màu trắng đến vàng, ổn định ở điều kiện bình thường [4]. ✓ Độ tan: • Tan tốt trong nước [4]. • Ethanol: 33,33 mg/mL. • DMSO: 20 mg/mL [14].

✓ Nhiệt độ nóng chảy: 206-212°C [11], [24]. ✓ Điểm sôi: 486,5°C ở 760 mmHg [17]. ✓ Điểm bắt lửa: 248°C [17]. Tính chất hóa học Tính chất của nhóm carbonyl C=O: phản ứng với phenylhydrazin tạo hydrazon.

Phản ứng cholin fenofibrat với phenyhydrazin Ban đầu là cộng nucleophin của phenylhydrazin vào nhóm C=O. Sự chuyển hoá proton nhanh cho sản phẩm cộng là hemiaminal. Sau đó là phản ứng tách nước từ hemiaminal với xúc tác acid [2]. Biệt dược Trilipix®, Stanlip plus, Adilip: thành phần chính là cholin fenofibrat.

Arvast CF: thành phần chính là rosuvastatin và cholin fenofibrat. Lipicure CF: thành phần chính là atorvastatin và cholin fenofibrat. Dược động học Hấp thu: Cholin fenofibrat là muối của acid fenofibric, hấp thu tốt qua đường tiêu hóa. Thuốc nhanh chóng phân ly thành acid fenofibric có hoạt tính.

Sau khi dùng một liều duy nhất khi đói, nồng độ đỉnh của acid fenofibric trong huyết tương đạt được trong vòng 4 đến 5 giờ (Tmax = 4-5 giờ). Sinh khả dụng tuyệt đối của acid fenofibric khoảng 81% [4], [26]. Phân bố: Liên kết protein huyết tương khoảng 99%. Khi dùng các liều cholin fenofibrat lặp lại, nồng độ acid fenofibric đạt trạng thái ổn định trong vòng 8 ngày.

Nồng độ ổn định này cao hơn một chút so với nồng độ sau một liều duy nhất [4]. Chuyển hóa: 3 Acid fenofibric chủ yếu được liên hợp với acid glucuronic ở gan, sau đó được bài tiết qua nước tiểu. Một lượng nhỏ acid fenofibric bị khử gốc carbonyl thành chất chuyển hóa benzhydrol, liên hợp với acid glucuronic và bài tiết qua nước tiểu. Theo dữ liệu in vivo, sau khi dùng cholin fenofibrat, acid fenofibric không trải qua quá trình chuyển hóa oxy hóa (ví dụ: cytochrom P450) ở một mức đáng kể [4].

Thải trừ: Acid fenofibric được bài tiết chủ yếu qua thận dưới dạng tự do và liên hợp với acid glucuronic. Với người bình thường, thời gian bán thải khoảng 20h, cho phép dùng viên nang giải phóng trì hoãn 1 lần/ngày. Với người suy giảm chức năng thận cần xem xét và hiệu chỉnh liều dùng [4]. Tác dụng dược lý và cơ chế hoạt động Cholin fenofibrat là một tiền chất, sau khi vào trong cơ thể sẽ chuyển hóa thành acid fenofibric có hoạt tính.

Bằng cách hoạt hóa PPARα, acid fenofibric làm tăng phân giải lipid và loại bỏ các phần tử giàu triglycerid khỏi huyết tương bằng cách kích hoạt lipoprotein lipase và giảm sản xuất apo-protein C-III (ức chế hoạt động lipoprotein lipase); dẫn đến giảm triglycerid và lipoprotein tỉ trọng rất thấp (VLDL). Ngoài ra, sự hoạt hóa PPARα của acid fenofibric cũng làm tăng tổng hợp apo-protein AI, apo-protein AII và lipoprotein tỉ trọng cao (HDL) [8]. Chỉ định, cách dùng Chỉ định: ✓ Điều trị tăng triglycerid máu nghiêm trọng: cholin fenofibrat được chỉ định như một liệu pháp bổ trợ cho chế độ ăn kiêng để giảm triglycerid ở bệnh nhân tăng triglycerid nặng. Cải thiện kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường có biểu hiện nhiễm khuẩn huyết khi đói thường không cần can thiệp dược lý [4].

✓ Điều trị tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu hỗn hợp: cholin fenofibrat được chỉ định như một liệu pháp bổ trợ cho chế độ ăn kiêng để giảm cholesterol lipoprotein tỉ trọng thấp (LDL-C), cholesterol 4 toàn phần, triglycerid, apo-lipoprotein B và tăng cholesterol lipoprotein tỉ trọng cao (HDL-C) ở bệnh nhân tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu hỗn hợp [4]. Liều dùng và cách dùng: ✓ Lưu ý: bệnh nhân nên được áp dụng chế độ ăn hạ lipid thích hợp trước và trong thời gian điều trị bằng viên nang giải phóng trì hoãn (cholin fenofibrat). Thời gian uống viên nang không phụ thuộc vào bữa ăn. Khuyến cáo nuốt toàn bộ viên nang, không mở, nghiền nát, hòa tan và nhai viên nang.

Theo dõi định kỳ lipid huyết thanh [4]. ✓ Tăng triglycerid nghiêm trọng: Liều khởi đầu (theo acid fenofibric) từ 45 đến 135 mg x 1 lần/ngày. Liều dùng tùy theo đáp ứng của bệnh nhân, sau khi định lượng lipid trong khoảng 4 đến 8 tuần, nếu cần thiết hãy điều chỉnh liều. Liều tối đa 135 mg x 1 lần/ngày [4].

✓ Tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu: 135 mg x 1 lần/ngày [4]. Hướng dẫn hiệu chỉnh liều và khuyến cáo khi sử dụng: ✓ Bệnh nhân suy giảm chức năng thận: Liều khởi đầu 45 mg x 1 lần/ngày đối với bệnh nhân suy thận nhẹ đến trung bình và chỉ tăng liều sau khi đánh giá chức năng thận và lipid huyết thanh ở mức liều này. Không dùng cho bệnh nhân suy thận nặng [4]. ✓ Bệnh nhân cao tuổi cần được đánh giá chức năng thận trước khi lựa chọn liều.

Nếu chức năng thận bình thường thì không cần hiệu chỉnh liều, nhưng cần theo dõi chức năng thận trong quá trình sử dụng thuốc [4]. Tương tác thuốc ✓ Thuốc chống đông máu coumarin: khi dùng cùng cholin fenofibrat cần giảm liều coumarin để ngăn ngừa biến chứng chảy máu. ✓ Nhựa gắn acid mật có thể liên kết với các thuốc dùng đồng thời, nên dùng cholin fenofibrat trước 1 giờ hoặc sau 4-6 giờ dùng nhựa gắn acid mật để tránh cản trở hấp thu thuốc. 5 ✓ Thuốc ức chế miễn dịch (cyclosporin, tacrolimus) thải trừ chính qua thận giống như acid fenofibric nên cần cân nhắc kĩ lợi ích và nguy cơ gây độc trên thận trước khi phối hợp cholin fenofibrat với các thuốc ức chế miễn dịch này.

✓ Colchicin khi dùng đồng thời với cholin fenofibrat sẽ làm tăng độc tính trên cơ, gây tiêu cơ, nên thận trọng khi kê đơn [4]. Các phương pháp tạo muối cholin fenofibrat Hình 1. Sơ đồ tổng hợp cholin fenofibrat Muối cholin của acid fenofibric lần đầu được tiết lộ và công bố trên U. Muối này được tổng hợp từ acid fenofibric (3) theo hai phương pháp.

- Phương pháp 1: xuất phát từ acid fenofibric (3) và cholin hydroxid trong dung môi isopropanol tạo ra muối cholin fenofibrat (1). - Phương pháp 2: xuất phát từ acid fenofibric (3) và cholin clorid với sự có mặt của natri carbonat và methanol, nhưng không loại được hết natri clorid 6 ra khỏi sản phẩm cuối cùng nên đã thay natri carbonat bằng một base hữu cơ. Base hữu cơ (NR1R2R3) trong đó R1, R2, R3 có thể là H hoặc C1-4 alkyl mạch thẳng hoặc phân nhánh (diethylamin, triethylamin,. Dung môi có thể được chọn trong nhóm bao gồm methanol, ethanol, n-butanol, isopropanol và các chất tương tự hoặc hỗn hợp của chúng.

Nhiệt độ phản ứng dao động từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ hồi lưu của dung môi. Tinh chế bằng cách làm lạnh đến 0-5°C, cô lập theo phương pháp thông thường sẽ thu được cholin fenofibrat (1), hiệu suất quá trình khoảng 75% (hình 1. Một nghiên cứu khác của Philippe Dellis và Kamel Nasar, muối cholin fenofibrat được tổng hợp từ (4-clorophenyl)(4-hydroxyphenyl)methanon (2). Phản ứng giữa phenol (2) và một α-halogeno ester (4) được thực hiện với sự có mặt của một base hữu cơ ở nhiệt độ từ 80°C đến 160°C trong 1-6 giờ.

Sau đó loại các chất không tan bằng cách lọc thu dịch phản ứng. Thêm vào dịch phản ứng cholin hydroxid, với dung môi thích hợp ở nhiệt độ 80°C đến 120°C trong thời gian từ 1-5 giờ. Sử dụng dung môi propanol mạch thẳng hoặc phân nhánh (n- propanol hoặc isopropanol). Sau đó lọc dịch phản ứng, để nguội kết tinh ở 10°C thu được cholin fenofibrat (1) (hình 1.

Quy trình này tạo ra muối cholin fenofibrat với độ tinh khiết rất cao, trên 99,5%. Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng không đạt được cao, khoảng 70% [19], [20]. Theo một sáng chế ở Trung Quốc đã được công bố vào năm 2018, cholin fenofibrat được tạo ra bằng cách cho fenofibrat phản ứng với cholin hydroxid trong dung môi hữu cơ (MeOH, EtOH, IPA, n-butanol,…) với nhiệt độ dao động từ 40 đến 90°C, trong khoảng thời gian 2-10 giờ. Trong hỗn hợp, xảy ra phản ứng thủy phân liên kết ester trong môi trường base (cholin hydroxid) tạo ra acid fenofibric, sau đó acid phản ứng ngay với cholin hydroxid tạo muối cholin fenofibrat.