Luận văn: Nghiên cứu tổng hợp Glibenclamide và Metformin Hydrochloride

Luận văn trình bày chi tiết quy trình tổng hợp thuốc trị tiểu đường Glibenclamide và Metformin Hydrochloride. Tài liệu tham khảo hữu ích cho ngành Hóa Dược.

• Tác giả: Đinh Thị Cúc
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Tuyến
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp thuốc chữa bệnh tiểu đường Glibenclamide và Metformin hydrochloride
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Glibenclamide và Metformin trong điều trị tiểu đường

Glibenclamide và Metformin là hai loại thuốc điều trị bệnh tiểu đường phổ biến nhất hiện nay. Glibenclamide thuộc nhóm sulfonylurea, hoạt động bằng cách kích thích tuyến tụy bài tiết insulin, giúp hạ đường huyết hiệu quả ở bệnh nhân tiểu đường type 2. Metformin là thuốc biguanide nổi tiếng, tăng nhạy cảm insulin và giảm sản xuất glucose trong gan. Sự kết hợp hai thuốc này mang lại hiệu quả điều trị cao hơn so với dùng riêng lẻ, đặc biệt cho những bệnh nhân không kiểm soát tốt đường huyết. Những năm gần đây, nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa các dạng thuốc tiểu đường mới đã giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả điều trị.

1.1. Cơ chế hoạt động của Glibenclamide

Glibenclamide là thuốc kích thích insulin hoạt động trên tế bào beta của tuyến tụy. Nó liên kết với các kênh potassium ATP-sensitive, làm phân cực tế bào và kích thích giải phóng insulin. Thuốc này hiệu quả trong kiểm soát đường huyết sau ăn và giúp giảm HbA1c trong bệnh nhân tiểu đường type 2. Tuy nhiên, tác dụng phụ như hạ đường huyết quá mức và tăng cân cần được theo dõi sát.

1.2. Cơ chế hoạt động của Metformin

Metformin làm việc thông qua nhiều cơ chế: tăng nhạy cảm insulin ở mô cơ và mô mỡ, giảm sản xuất glucose gan, cải thiện sử dụng glucose. Thuốc không kích thích tụy bài tiết insulin nên ít gây hạ đường huyết. Metformin hydrochloride là dạng salt của metformin, có khả năng hấp thụ tốt hơn, phù hợp cho điều trị dài hạn bệnh nhân tiểu đường type 2.

II. Quá trình tổng hợp Glibenclamide và Metformin

Tổng hợp hóa học Glibenclamide và Metformin hydrochloride là quá trình phức tạp đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về hóa học dược phẩm. Glibenclamide được tổng hợp thông qua phản ứng ngưng tụ giữa các chất trung gian, bao gồm bước chlorhóa và amidation. Metformin hydrochloride có thể được tổng hợp từ cyanamide hoặc dicyanodiamide qua nhiều bước phản ứng. Các phương pháp tổng hợp hiện đại sử dụng microwave (MW) để tăng hiệu suất và giảm thời gian phản ứng. Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc bằng HPLC-MS, NMR là bước không thể thiếu.

2.1. Các bước tổng hợp Glibenclamide

Glibenclamide được tổng hợp qua các bước: tổng hợp 5-chloro-2-methoxybenzoyl chloride, tạo chất trung gian (4), và cuối cùng là phản ứng amidation để tạo Glibenclamide (5). Quá trình cần sử dụng các hóa chất như thionyl chloride (SOCl2), dung môi DMSO hoặc cloroform. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian giúp tăng hiệu suất tổng hợp lên 70-85%.

2.2. Các bước tổng hợp Metformin hydrochloride

Metformin hydrochloride được tổng hợp từ calci cyanamide → 1-cyanoguanidin → metformin. Các phương pháp khác nhau như Shapiro hay Shalmashi cung cấp các con đường tổng hợp khác nhau với hiệu suất khác nhau. Kết tinh trong dung môi Aceton, MeOH hoặc EtOH ảnh hưởng đến độ tinh khiết cuối cùng. Phân tích HPLC-MS xác nhận cấu trúc và độ sạch của sản phẩm.

III. Ứng dụng lâm sàng và hiệu quả điều trị

Glibenclamide và Metformin hydrochloride được sử dụng rộng rãi trong điều trị tiểu đường type 2 ở cả Việt Nam và quốc tế. Kết hợp hai thuốc này giúp tối ưu hóa kiểm soát đường huyết với hiệu quả cao hơn so với dùng đơn độc. Bệnh nhân sử dụng tổng hợp thuốc này thường đạt mục tiêu HbA1c < 7% hiệu quả hơn. Tuy nhiên, cần theo dõi sát các tác dụng phụ như hạ đường huyết, rối loạn tiêu hóa. Nghiên cứu lâm sàng chứng minh rằng Metformin hydrochloride cũng có tác dụng bảo vệ tim mạch, giảm cân và cải thiện profile lipid.

3.1. Hiệu quả Glibenclamide trong kiểm soát đường huyết

Glibenclamide cho hiệu quả kiểm soát đường huyết sau ăn nhanh chóng, thường thấy kết quả sau 1-2 tuần dùng. Liều dùng thường là 2.5-20 mg/ngày chia thành 1-2 lần. Hiệu quả giảm HbA1c có thể đạt 1.5-2% tùy vào liều lượng và tuân thủ điều trị. Tuy nhiên, nguy cơ hạ đường huyết là tác dụng phụ chính cần chú ý, đặc biệt ở bệnh nhân cao tuổi.

3.2. Lợi ích Metformin hydrochloride dài hạn

Metformin hydrochloride không gây hạ đường huyết khi dùng đơn độc, rất an toàn cho bệnh nhân cao tuổi. Nó giúp giảm cân 2-3 kg, cải thiện độ nhạy insulin, và có tác dụng bảo vệ tim mạch. Liều dùng từ 500-2550 mg/ngày chia 2-3 lần. Hiệu quả giảm HbA1c 1-2%, thích hợp cho điều trị dài hạn bệnh nhân tiểu đường type 2.

IV. Tiến bộ nghiên cứu và phát triển thuốc tiểu đường

Trong những năm gần đây, nghiên cứu tổng hợp thuốc tiểu đường đã đạt những tiến bộ đáng kể, đặc biệt ở các nước phát triển và Việt Nam. Các nhà khoa học tập trung vào tăng hiệu suất tổng hợp, giảm độc tính, và tạo các dạng dung trụ mới. Công nghệ HPLC-MS và NMR ngày càng được ứng dụng để kiểm định chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu độc tính cấp (LD50) của Metformin hydrochloride trên động vật thử nghiệm cho thấy độ an toàn cao. Các dẫn xuất mới của Metformin và Glibenclamide đang được phát triển nhằm giảm tác dụng phụ.

4.1. Nghiên cứu độc tính và an toàn thuốc

Nghiên cứu xác định LD50 của Metformin hydrochloride trên chuột được thực hiện bằng cách tiêm intraperitoneal các liều khác nhau. Kết quả cho thấy Metformin hydrochloride có độ độc tính rất thấp, LD50 cao, chứng tỏ độ an toàn dùng lâu dài. Kiểm tra độ tinh khiết bằng HPLC đảm bảo sản phẩm không chứa tạp chất hại. Các tác dụng phụ chủ yếu là rối loạn tiêu hóa có thể dung nạp được.

4.2. Định hướng phát triển dạng dung trụ mới

Các nghiên cứu gần đây tập trung vào phát triển dạng dung trụ kéo dài cho Glibenclamide và Metformin hydrochloride nhằm giảm tần suất uống thuốc. Công nghệ nanoparticles và liposome được khám phá để tăng sinh khả dụng và giảm tác dụng phụ. Tổng hợp các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao hơn là hướng phát triển tiếp theo cho điều trị tiểu đường hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tiểu đƣờng là căn bệnh nguy hiểm thuộc hệ nội tiết, đe doạ nghiêm trọng sức khoẻ con ngƣời và gây nhiều biến chứng nguy hiểm, đặc biệt là tiểu đƣờng tuýp II (chiếm tới 90-95%). Theo Hiệp hội thế giới về tiểu đƣờng, tử vong của bệnh này đứng hàng thứ tƣ ở các nƣớc phát triển, bệnh có thể gây nhiều tai biến nguy hiểm nhƣ: mù loà và giảm thị lực ở ngƣời trƣởng thành; đoạn chi không do tai nạn nhiều hơn ngƣời bình thƣờng từ 15-40 lần; suy thận giai đoạn cuối nên cần phải chạy thận hoặc thay thận nhân tạo; gây ra những biến chứng tim mạch nguy hiểm. Theo ƣớc tính, hiện thế giới có 194 triệu ngƣời mắc bệnh tiểu đƣờng chiếm tới 5,1% dân số thế giới, ƣớc tính đến năm 2025 số ngƣời bị bệnh tiểu đƣờng sẽ là 333 triệu ngƣời. Theo thống kê năm 2008, tỷ lệ mắc bệnh đái tháo đƣờng ở Việt Nam là 5% dân số (khoảng 4,5 triệu ngƣời) và 7,2% tại các thành phố lớn.

Hồ Chí Minh có hơn 800.000 ngƣời mắc bệnh. Trong danh sách thuốc thiết yếu của WHO 2007 và trong danh mục thuốc thiết yếu của Bộ Y tế, glibenclamide và metformin là một trong hai thuốc tiểu đƣờng duy nhất sử dụng theo đƣờng uống chữa bệnh tiểu đƣờng tuýp II. Glibenclamide và metformin đƣợc dùng riêng rẽ hoặc dùng tổ hợp với nhau. Glucovance (thuốc tổ hợp của glibenclamide và metformin) dùng để chữa bệnh tiểu đƣờng có đƣờng huyết cao.

Glibenclamide kích thích tuyến tụy tiết insulin còn metformin làm chậm hấp thụ đƣờng trong ruột non; ngăn cản gan chuyển đƣờng dự trữ vào trong máu và giúp cơ thể sử dụng insulin tự nhiên hiệu quả hơn. Vì vậy, sử dụng glucovance rất hiệu quả và ít gây phản ứng phụ.Nhƣ vậy nếu tổng hợp đƣợc glienclamide và metformin thì chúng ta có thể chủ động sản xuất đƣợc hai loại thuốc thiết yếu nhất để chữa bệnh tiểu đƣờng túyp II, làm tăng thêm sự lựa chọn, tăng tính hiệu quả của việc chữa bệnh tiểu đƣờng và chủ động sản xuất thuốc generic chữa bệnh tiểu đƣờng giá rẻ ở Việt nam. 1 Vì vậy,chúng tôi đã tiến hành lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp thuốc chữa bệnh tiểu đường glibenclamide và metformin hydrochloride” có ý nghĩa rất lớn về khoa học và thực tiễn.Khái quát về bệnh tiểu đƣờng.Phân loại bệnh tiểu đƣờng. Bệnh tiểu đƣờng đƣợc chia thành hai loại nhƣ sau: Tiểu đƣờng tuýp 1: Tiểu đƣờng túyp 1 là một bệnh tự miễn trong đó hệ thống miễn dịch của cơ thể phản ứng lại và phá huỷ tế bào  sản xuất insulin của đảo tuỵ.

Sự thiếu hụt insulin dẫn đến tăng glucose máu và thƣờng dẫn đến các biến chứng mãn tính Tiểu đƣờng túyp 2: Bệnh tiểu đƣờng túyp 2 đƣợc đặc trƣng bởi kháng insulin và giảm tiết chế insulin dẫn đến mất khả năng duy trì mức glucose máu bình thƣờng. Các túyp tăng đƣờng huyết đặc hiệu khác: - Đái tháo đƣờng thai kỳ. - Thiếu hụt di truyền chức năng tế bào . - Thiếu hụt di truyền về tác động của insulin.

- Bệnh tuyến tụy ngoại tiết. Các thuốc điều trị bệnh tăng đƣờng huyết Dựa vào tác dụng và cơ chế tác dụng, các thuốc điều trị bệnh tiểu đƣờng đƣợc chia thành 3 nhóm chính nhƣ sau: - Insulin và các thuốc kích thích bài tiết insulin. - Các thuốc làm tăng nhạy cảm insulin. - Các thuốc chống tăng đƣờng huyết sau bữa ăn 1.

Insulin và các thuốc kích thích bài tiết insulin: + Insulin: Insulin là hormon do tế bào  của tuyến tuỵ tiết xuất, đóng vai trò chủ yếu trong cơ chế điều hoà đƣờng huyết của cơ thể. Insulin là một trong những hormon quan trọng của cơ thể, không chỉ tác dụng trên chuyển hoá năng 3 lƣợng và phát triển cơ thể, mà còn là chất cần thiết cho sự sống. Tác dụng của insulin bao gồm các đáp ứng phức tạp mà ảnh hƣởng cuối cùng là trên chuyển hoá glucid, lipid và protid. + Thuốc kích thích bài tiết insulin Các sulfonylurea.

Năm 1942, Janbon đã tình cờ phát hiện tác dụng hạ đƣờng huyết của dẫn suất sulfonamid (1154RP) ở những bệnh nhân điều trị sốt thƣơng hàn. Từ phát hiện này, nhiều nghiên cứu về tác dụng hạ đƣờng huyết của các sulfonylurea đã đƣợc tiến hành. Các nghiên cứu ngày càng làm sáng tỏ cơ chế tác dụng của thuốc. Nhiều thuốc thuộc nhóm sulfonylurea đã ra đời, bao gồm các thuốc thế hệ I (tolbutamide, chlorpropamide) và các thuốc thế hệ II (Glyburide, Glypizide).

Các thuốc này đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên lâm sàng, đem lại nhiều kết quả khả quan cho ngƣời bệnh. Các thuốc làm tăng nhạy cảm insulin Các biguanide: Năm 1926, Frank và cộng sự đã tổng hợp synthalin từ nhân guanidin. Chính các synthalin là tiền thân của các biguanid sau này. Công thức chung: R-NH-C-NH-C-NH2 NH NH Các thuốc thuộc nhóm biguanide bao gồm: metformin, phenformin và buformin.

Hiện nay metformin là thuốc đang đƣợc sử dụng phổ biến nhất, vì ít gây tăng axit lactic trong máu hơn. Các biguanide là thuốc chống tăng đƣờng huyết, không gây hạ đƣờng huyết. Thuốc tác dụng chủ yếu ngoài tuỵ, không có tác dụng kích thích tế bào  tuyến tuỵ bài tiết insulin. Thuốc chống tăng đƣờng huyết sau ăn (thuốc ức chế enzym - glucosidase) Acarbose: 4 Acarbose là thuốc ức chế enzym glucosidase của tế bào niêm mạc ruột.

Do tác dụng ức chế enzym này, thuốc làm giảm hoặc chậm quá trình hấp thụ tinh bột, dextran và các disaccharide ở ruột non, tránh đƣợc tình trạng tăng đƣờng huyết sau ăn. Thuốc có tác dụng tốt cho cả 2 tuýp bệnh.Quan niệm của y học cổ truyền về bệnh tiểu đƣờng. Theo quan niệm của Đông y, bệnh thuộc phạm vi chứng tiêu khát với ba triệu chứng chủ yếu là ăn nhiều, uống nhiều và tiểu nhiều.Các thuốc Đông y điều trị bệnh tiểu đƣờng. Các thuốc Đông y điều trị bệnh tiểu đƣờng chủ yếu là các thuốc có nguồn gốc từ dƣợc liệu nhƣ sinh địa (Rehmania glutinosa Libosch, Scrophulariaceae), cỏ ngọt (Stevia rebaudiana, Asteraceae), mƣớp đắng (Momordica charantia L.Cucurbitaceae), hoàng kỳ (Astragalus membranaceus, Fabaceae), Huyền sâm (Scrophularia ningpoensis Hemsl, Scrophulariaceae).

Thuốc chữa bệnh tiểu đƣờng Glibenclamide. Glibenclamide là thuốc chữa bệnh tiểu đƣờng thuộc vào nhóm sulphonylure. Các hợp chất thuốc thế hệ một của loại thuốc này đƣợc phát hiện từ những năm 1950 nhƣ: tolbutamide (1956), acetohexamide (1964), tolazamide (1961), chlopropamide (1959). Các thuốc thuộc thế hệ thứ hai phải kể đến nhƣ: glibenclamide (1971), glipizide, glimepiride(1999).

Các thuốc thuộc thế hệ thứ hai có hiệu quả ở liều thấp nhờ sự tăng sự hấp thụ qua màng tế bào beta. Sulphonylure đƣợc liên kết với thụ thể của nó trong tế bào beta của tuyến tuỵ. Hoạt tính chống bệnh tiểu đƣờng của các chất này phụ thuộc vào ái lực của các thuốc sulphonylure với thụ thể của nó. Cơ chế hoạt động của lớp thuốc này chủ yếu đƣợc giải thích bới sự kìm hãm của các kênh KATP khởi xƣớng sự tiết insulin.

Sự thành công của việc phát hiện ra những chất sulphonylure có ái lực cao và chọn lọc vào thụ thể của sulphonylure nhƣ là glibenclamide mất 27 năm sau khi phát hiện ra chất đầu 5 tiên có hoạt tính hạ đƣờng huyết và phải tổng hợp khoảng 12000 dẫn chất của nó để sàng lọc, nghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính và cấu trúc. Ngoài glibenclamide, một số thuốc thế hệ thứ hai nhƣ đã đề cập ở trên cũng đƣợc phát hiện. Tiếp đó đã có một số nhóm nghiên cứu tổng hơp các chất trên cơ sở khung sulphonylure để tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học. Một số dẫn của nhóm diarylylsulphonylure có hoạt tính chống ung rất mạnh.

Có rất nhiều nghiên cứu về quan hệ hoạt tính chống ung thƣ và cấu trúc của lớp chất này. Tuy nhiên, hoạt tính chống bệnh đái tháo đƣờng của lớp chất diarylylsulphonylure không thể hiện rõ. Ngoài việc nghiên cứu về cấu trúc và hoạt tính của các dẫn chất glibenclamide thì những nghiên cứu về cơ chế và tìm hiểu sâu sắc về bản chất của thụ thể của nó cũng đƣợc nghiên cứu nhiều. Năm 1995, 26 năm sau khi phát hiện glibenclamide có ái lực cao với thụ thể của nó ở tuyến tuỵ ngƣời ta đã nhân dòng và phát hiện ra thụ thể của nó là thành phần của protein ABC vận chuyển liên họ.

Gần đây ngƣời ta đã phát hiện rằng thụ thể của nhóm sylphonylure điều tiết hoạt động của protein 38- KDa (Kir 6.2) mà thụ thể đó cùng với protein đƣợc tách ra và cùng có chức năng nhƣ kênh KATP. 6 Thuốc glibenclamide hầu nhƣ chủ yếu đƣợc nhập ngoại. Việc nghiên cứu tổng hợp thuốc này ở Việt Nam chƣa thấy đề cập trong tài liệu.Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành đề tài nghiên cứu tổng hợp glibenclamide để làm thuốc chữa bệnh tiểu đƣờng với hi vọng kết quả này sẽ đƣợc đƣa vào áp dụng trong thực tiễn sản xuất thuốc chữa bệnh tiểu đƣờng để đƣa vào sử dụng trong điều trị bệnh tiểu đƣờng ở Việt Nam.Thuốc chữa bệnh tiểu đƣờng Metformin hydrochloride. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.

Cho đến nay, ở trong nƣớc có duy nhất một công trình nghiên cứu tổng hợp metformin từ CaO, ure và dimethylamin. Quá trình tổng hợp đƣợc đƣợc tiến hành qua 3 bƣớc [5]: * Bƣớc 1: Tổng hợp calci cyanamide: Sơ đồ 1.1: Quá trình tổng hợp calci cyanamid Calci cyanamide đƣợc tạo thành phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ phản ứng. Theo tác giả Ngô Quốc Huy, quá trình phản ứng thực hiện theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Nung CaO và ure ở nhiệt độ 180-300oC - Giai đoạn 2: Tiếp tục nung hỗn hợp trên ở nhiệt độ 750oC *Bƣớc 2: Tổng hợp 1-cyanoguanidine : 7 Từ calci cyanamide đã đƣợc tổng hợp trong bƣớc 1, đem đun nóng trong dung môi H2O nhận đƣợc 1-cyanoguanidin đƣợc mô tả trong sơ đồ sau: 1-cyanoguanidine Sơ đồ 1.2: Quá trình tổng hợp 1-cyanoguanidine Điều kiện phản ứng thích hợp tổng hợp 1-cyanoguanidine là ở nhiệt độ 70 oC trong khoảng thời gian 30 phút. Phản ứng rất dễ bị polyme hóa nên khó tinh chế, hiệu suất phản ứng phụ thuộc nhiều vào điều kiện phản ứng .1- Cyanoguanidine đƣợc tổng hợp từ nguyên liệu rẻ nhƣ CaO và ure rất có ý nghĩa, tuy nhiên quá trình phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, đặc biệt cần phải thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 750 0C nên khó kiểm soát và ít có ý nghĩa thực tiễn.

* Bƣớc 3: Tổng hợp metformin hydrochloride: 1-Cyanoguanidine đƣợc phản ứng với dimethylamin hydrochloride ở nhiệt độ cao nhận đƣợc metformin hydrochloride. Quá trình phản ứng đƣợc mô tả trong sơ đồ sau: 0 NH CH H2N C NH CN + (CH3)2NH.HCl t C H2N C NH CN 3 HCl CH3 NH NH metformin hydrochloride Sơ đồ 1.3: Quá trình tổng hợp metformin hydrochloride.