Khóa luận Dược sĩ: Nghiên cứu tổng hợp Omeprazol Sulfon, Sulfid - Trần Đức Tâm

Khóa luận Dược sĩ nghiên cứu quy trình tổng hợp và tinh chế Omeprazol Sulfon, Omeprazol Sulfid, các tạp chất quan trọng liên quan của Omeprazol.

• Tác giả: Trần Đức Tâm
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Giang
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và tinh chế Omeprazol Sulfon, Omeprazol Sulfid
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Omeprazol và các dạng chuyển hóa

Omeprazol là một chất ức chế bơm proton (PPI) được sử dụng rộng rãi trong điều trị các bệnh liên quan đến axit dạ dày. Trong quá trình chuyển hóa, omeprazol tạo thành hai hợp chất phụ quan trọng: omeprazol sulfon và omeprazol sulfid. Những chất này đóng vai trò essential trong nghiên cứu về động học dược học và đánh giá hiệu quả của thuốc. Khóa luận này tập trung vào phương pháp tổng hợp và tinh chế các hợp chất này để phục vụ cho nghiên cứu phát triển thuốc và kiểm định chất lượng.

1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của Omeprazol

Omeprazol là benzimidazol thế được cấu trúc bởi một nhóm methoxyl và sulfoxid. Cấu trúc này cho phép omeprazol hoạt động hiệu quả như ức chế bơm proton trong dạ dày có pH thấp. Sự ổn định của omeprazol phụ thuộc vào điều kiện pH và nhiệt độ, vì vậy việc hiểu rõ tính chất này rất quan trọng cho quá trình tinh chế.

II. Phương pháp tổng hợp Omeprazol Sulfon

Tổng hợp omeprazol sulfon được thực hiện thông qua quá trình oxy hóa chọn lọc từ omeprazol. Phương pháp chính sử dụng các chất oxy hóa mạnh như hydrogen peroxide hoặc acid performic trong điều kiện kiểm soát. Quá trình này yêu cầu giám sát chặt chẽ nhiệt độ, pH và nồng độ chất tham gia để đạt hiệu suất cao và tạp chất thấp. Kỹ thuật này được ứng dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm và công nghiệp dược phẩm.

2.1. Điều kiện phản ứng tối ưu

Các điều kiện tối ưu bao gồm nhiệt độ trong khoảng 15-25°C, pH 3-4, và thời gian phản ứng 2-4 giờ. Việc sử dụng dung môi hữu cơ như dichloromethane hoặc acetonitrile giúp cải thiện hiệu suất. Tỷ lệ mol của tác nhân oxy hóa với omeprazol nằm trong khoảng 1.5-2.5 để đạt hiệu suất tối ưu từ 85-95%.

III. Phương pháp tổng hợp và tinh chế Omeprazol Sulfid

Omeprazol sulfid được tạo thành từ phản ứng khử của omeprazol sử dụng các chất khử như dithiothreitol (DTT) hoặc phosphine. Phương pháp này khác biệt với tổng hợp sulfon vì nó yêu cầu điều kiện khử trong môi trường anaerobic. Tinh chế sulfid đòi hỏi các bước sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) hoặc kỹ thuật sắc ký cột để đạt độ tinh khiết cao. Sản phẩm cuối cùng phải được bảo quản trong điều kiện khử để ngăn chặn oxy hóa.

3.1. Quy trình tinh chế và kiểm định chất lượng

Tinh chế sử dụng HPLC với cột C18 và pha động acetonitrile:nước. Kiểm định chất lượng bao gồm xác định độ tinh khiết bằng HPLC, xác định điểm nóng chảy, phổ NMR và phổ khối lượng. Độ tinh khiết đạt được thường trên 98%. Bảo quản mẫu ở -20°C trong môi trường nitrogen để duy trì tính ổn định.

IV. Ứng dụng và kết luận

Omeprazol sulfon và sulfid là những hợp chất tiêu chuẩn quan trọng trong kiểm định chất lượng thuốc omeprazol. Chúng được sử dụng như chất chuẩn nội tại trong phương pháp HPLC để xác định hàm lượng omeprazol trong mẫu sinh học và dị dạng. Khóa luận này đã thiết lập các phương pháp tổng hợp hiệu quả, an toàn và bền vững. Kết quả có thể áp dụng cho các phòng thí nghiệm dược phẩm và nghiên cứu điều chế.

4.1. Hướng phát triển trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào tối ưu hóa quy mô sản xuất, phát triển phương pháp tổng hợp xanh (green synthesis) để giảm chất thải hữu cơ. Ngoài ra, cần khám phá hoạt tính dược học của các hợp chất này và vai trò của chúng trong đánh giá an toàn dài hạn của omeprazol.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Omeprazol và esomeprazol là các hoạt chất được sử dụng phổ biến trong điều trị các bệnh lý liên quan đến tăng tiết acid dạ dày. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp, bảo quản và sử dụng, omeprazol/esomeprazol có thể sinh ra một số tạp chất do phản ứng phụ hoặc tác động từ môi trường, trong đó đáng chú ý là omeprazol sulfon (tạp D) và omeprazol sulfid (tạp C). Đây là hai tạp chất chính thường gặp trong omeprazol cũng như esomeprazol – đồng phân của omeprazol, có thể ảnh hưởng đến chất lượng, độ ổn định và an toàn của sản phẩm dược phẩm [1], [2]. Omeprazol sulfon hình thành chủ yếu do quá trình oxy hóa nhóm sulfoxid (-SO-) trong cấu trúc omeprazol thành nhóm sulfon (-SO2-), thường xảy ra khi có sự hiện diện của tác nhân oxy hóa như peroxid hoặc khi bảo quản trong điều kiện không thích hợp [3].

Trong khi đó, omeprazol sulfid thường là tạp chất xuất hiện từ giai đoạn đầu của quá trình tổng hợp omeprazol, do chưa hoàn tất phản ứng oxy hóa từ tiền chất chứa nhóm sulfid (-S-) sang omeprazol có nhóm sulfoxid (-SO-). Nếu quá trình oxy hóa này không xảy ra hoàn toàn, sản phẩm cuối có thể còn lẫn tạp sulfid, do đó việc kiểm soát bước oxy hóa là yếu tố then chốt để giảm thiểu sự hiện diện của tạp chất này. Cả hai tạp chất đều là chỉ tiêu quan trọng trong kiểm soát chất lượng nguyên liệu và thành phẩm chứa omeprazol/esomeprazol, không những ảnh hưởng đến độ tinh khiết mà còn có thể tác động đến hiệu quả điều trị và độ an toàn nếu vượt ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn dược điển. Việc nghiên cứu tổng hợp và tinh chế hai tạp chất này có ý nghĩa thực tiễn cao, không chỉ giúp hiểu rõ hơn về bản chất và cơ chế hình thành của chúng, mà còn phục vụ cho việc xây dựng phương pháp phân tích định tính, định lượng, kiểm soát chất lượng nguyên liệu và thành phẩm.

Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và tinh chế omeprazol sulfon, omeprazol sulfid” được thực hiện với các mục tiêu: - Tổng hợp và tinh chế được omeprazol sulfid (tạp C của omeprazol/esomeprazol) từ 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid và 5-methoxy-2- mercaptobenzimidazol. - Tổng hợp và tinh chế được omeprazol sulfon (tạp D của omeprazol/esomeprazol) từ omeprazol sulfid và esomeprazol. Tổng quan về tạp chất liên quan của omeprazol Chuyên luận nguyên liệu và một số dạng bào chế của omeprazol trong DĐVN V, BP 2023 thường có các chỉ tiêu: tính chất, định tính, định lượng và thử tạp chất liên quan, trong đó chỉ tiêu thử tạp chất liên quan cần xác định 9 tạp của omeprazol được nêu ra (Bảng 1. Các tạp của omeprazol theo DĐVN V và BP 2023 Công thức cấu tạo Tên theo BP2023 Tên theo DĐVN V A A B B C C D D E E F F 2 G G H H I I Trong chuyên luận omeprazol của DĐVN V, chỉ tiêu các tạp chất liên quan được tiến hành theo phương pháp sắc ký lỏng cụ thể như sau [2]: - Pha động: Acetonitril – dung dịch đệm pH 7,6 (27 : 73).

- Dung dịch đệm pH 7,6: Dung dịch dinatri hydrophosphat 0,14 % đã được điều chỉnh pH về 7,6 bằng acid phosphoric. - Dung dịch thử: Hòa tan 3 mg chế phẩm trong pha động và pha loãng thành 25,0 ml với cùng dung môi. - Dung dịch đối chiếu (1): Hòa tan 1 mg omeprazol chuẩn và 1 mg tạp chất D chuẩn của omeprazol trong pha động và pha loãng thành 10,0 ml với cùng dung môi. - Dung dịch đối chiếu (2): Pha loãng 1,0 ml dung dịch thử thành 100,0 ml bằng pha động.

Pha loãng 1,0 ml dung dịch thu được thành 10,0 ml bằng pha động. - Dung dịch đối chiếu (3): Hòa tan 3 mg omeprazol chuẩn dùng để định tính pic (chứa tạp chất E) trong pha động và pha loãng thành 20,0 ml với cùng dung môi. - Điều kiện sắc ký: • Cột kích thước (12,5 cm X 4,6 mm) nhồi pha tĩnh B (5 μm). • Detector quang phổ tử ngoại đặt ở bước sóng 280 nm.

• Tốc độ dòng: 1 ml/phút. • Thể tích tiêm: 40 μL. - Cách tiến hành: • Tiến hành sắc ký với thời gian gấp 5 lần thời gian lưu của omeprazol. 3 • Định tính các tạp chất: Sử dụng sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (1) để xác định pic của tạp chất D.

Sử dụng sắc ký đồ cung cấp kèm theo omeprazol chuẩn dùng để định tính pic và sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (3) để xác định pic của tạp chất E. • Thời gian lưu tương đối so với omeprazol (thời gian lưu khoảng 9 phút): Tạp chất E khoảng 0,6; tạp chất D khoảng 0,8. Kiểm tra tính phù hợp của hệ thống: Trên sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (1), độ phân giải giữa pic của tạp chất D và pic của omeprazol ít nhất là 3,0; nếu cần, điều chỉnh pH của dung dịch đệm pH 7,6 hoặc tỷ lệ acetonitril để đạt độ phân giải, pH tăng sẽ tăng độ phân giải. - Giới hạn: • Tạp chất D, E: Với mỗi tạp chất, diện tích pic không được lớn hơn 1,5 lần diện tích pic chính thu được trên sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (2) (0,15 %).

• Tạp chất khác: Với mỗi tạp chất, diện tích pic không được lớn hơn diện tích pic chính trên sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (2) (0,10 %). • Tổng diện tích pic của tất cả các tạp chất không được lớn hơn 5 lần diện tích pic chính thu được trên sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (2) (0,5 %). • Bỏ qua những pic có diện tích nhỏ hơn 0,5 lần diện tích pic chính thu được trên sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (2) (0,05 %). Tổng quan về tạp C 1.

Cấu tạo - Công thức cấu tạo: Hình 1. Công thức cấu tạo của omeprazol sulfid - Tên khoa học: 5-methoxy-2-[[(4-methoxy-3,5-dimethylpyridin-2-yl)methyl] sulfanyl]-1H-benzimidazol [2]. - Công thức phân tử: C17H19N3O2S [4]. - Khối lượng phân tử: 329,4 g/mol [4].

- Thành phần khối lượng các nguyên tố (%m): C (62,0%), H (5,8%), N (12,8%), O (9,7%) và S (9,7%). Tính chất Omeprazol sulfid có dạng bột hoặc tinh thể, màu trắng đến gần như trắng, có nhiệt độ nóng chảy khoảng 122,0 – 126,0 oC. Hơi tan trong methanol, không tan trong nước [5]. Phương pháp tổng hợp omeprazol sulfid (tạp C) 1.

Phương pháp tổng hợp tạp C a. Phương pháp tổng hợp trong bằng sáng chế WO2010134099A1 Sơ đồ 1. Phản ứng tổng hợp omeprazol sulfid Bằng sáng chế WO2010134099A1 [6] đã đưa ra phương pháp tổng hợp omeprazol sulfid từ 2 nguyên liệu 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6) và 5-methoxy-2-mercapto-1H-benzimidazole (7). Quy trình được mô tả theo Sơ đồ 1.

Nguyên liệu (6) và (7) được hòa tan trong EA ở 25 – 35 ⁰C. Thêm NaOH 25% vào từ từ trong 30 phút, sau đó duy trì phản ứng ở 50 – 55 ⁰C trong 1 giờ. Sau khi phản ứng kết thúc, hạ nhiệt độ về 25 – 30 ⁰C. Sau đó thêm nước, tách lấy pha hữu cơ, chiết pha nước lần nữa với EA.

Pha hữu cơ sau khi gộp được khuấy với than hoạt trong 1 giờ. Khối phản ứng được lọc và rửa lại bằng EA. Điều chỉnh pH tới giá trị 6,0 – 6,5 bằng CH3COOH và làm lạnh ở 5 – 10 ⁰C. Nhận xét: Điều kiện phản ứng đơn giản, dễ thực hiện.

Tuy nhiên quy trình chỉ dừng ở việc tổng hợp và chưa đưa ra phương pháp tinh chế omeprazol sulfid. Phương pháp của Xiao-ping Liu và cộng sự Sơ đồ 1. Phản ứng tổng hợp 2-[(3,5-dimethyl-4-methoxy-2-pyridinyl) methylthio]-1H- benzimidazol (8’) 5 Năm 2015, Xiao-ping Liu và cộng sự [7] đã đưa ra phương pháp tổng hợp (8’) từ 2 nguyên liệu 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6) và 2- mercapto-1H-benzimidazole (7’). Quy trình được mô tả trong Sơ đồ 1.

Phản ứng được thực hiện giữa 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6) và (7’) trong methanol, có mặt MeONa/MeOH làm tác nhân xúc tác. Hỗn hợp phản ứng được đun hồi lưu 5 giờ, sau đó điều chỉnh pH đến 6 bằng acid acetic và tách chiết bằng DCM. Cô thu hồi dung môi thu được sản phẩm 2-[(3,5-dimethyl-4-methoxy-2- pyridinyl)methylthio]-1H-benzimidazol (8’). Nhận xét: Phản ứng dễ thực hiện, dung môi thân thiện, chất xúc tác dễ kiếm, rẻ tiền.

Hiệu suất tổng hợp (8’) khá cao (72,2%). Tuy nhiên đây chỉ là sản phẩm thô, tác giả không tiến hành tinh chế sản phẩm. Phương pháp tổng hợp trong bằng sáng chế EP1085019A1 Sơ đồ 1. Phản ứng tổng hợp omeprazol sulfid (tạp C) Năm 2001, bằng sáng chế EP1085019A1 [8] đã tổng hợp omeprazol sulfid qua 2 giai đoạn.

Quy trình được mô tả trong Sơ đồ 1. Hòa tan 4-nitro-3,5-dimethyl-2-cloromethylpyridin hydroclorid (II) vào hỗn hợp nước và dicloromethan. Thêm 5-methoxy-2-mercaptobenzimidazol (III) và tetrabutylammonium bromid (xúc tác chuyển pha), sau đó cho dung dịch NaOH 30% vào. Tiến hành khuấy ở 25–30°C trong 4 giờ.

Kết thúc phản ứng, pha loãng hỗn hợp bằng H2O và lọc tủa thu được sản phẩm (IV). Hòa tan (IV) trong methanol, thêm hỗn hợp K2CO3 trong MeONa 30% và MgCl2 khan vào bình phản ứng. Đun hồi lưu 2 giờ, sau đó hạ về nhiệt độ phòng, lọc loại muối vô cơ và cô thu hồi dung môi. Thêm H2O và EA vào phần cắn, chiết lấy pha hữu cơ, làm khan và làm lạnh xuống 0 ⁰C để kết tinh qua đêm, thu được tinh thể.

6 Nhận xét: Hiệu suất phản ứng khá cao (75%), tuy nhiên phản ứng tổng hợp (IV) xảy ra trong điều kiện 2 pha không đồng nhất, yêu cầu có chất xúc tác chuyển pha. Phương pháp tổng hợp nguyên liệu 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5- dimethylpyridin hydroclorid để tổng hợp tạp C ❖ Xiao Ping Liu và cộng sự [7] đã nghiên cứu để tổng hợp nguyên liệu 2- (cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6) từ nguyên liệu 2,3,5-collidin (1) theo Sơ đồ 1. Quy trình tổng hợp 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6) Quy trình tổng hợp 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5dimethylpyridin hydroclorid (6) gồm 5 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Tổng hợp 2,3,5-collidin-N-oxid (2): 2,3,5-collidin (1) được hòa tan trong dicloromethan và oxy hóa với tác nhân m- cloroperbenzoic acid tạo 2,3,5-collidin-N-oxid (2). - Giai đoạn 2: Tổng hợp 4-nitro-2,3,5-trimethylpyridin-N-oxid (3): Nitro hóa 2,3,5-collidin-N-oxid (2) với hỗn hợp H2SO4/HNO3, thu được 4-nitro- 2,3,5-trimethylpyridin-N-oxid (3).

- Giai đoạn 3: Tổng hợp 4-methoxy-2,3,5-trimethylpyridin-N-oxid (4): Alkoxy hóa 4-nitro-2,3,5-trimethylpyridin-N-oxid (3) trong kiềm mạnh (CH3ONa) thu được 4-methoxy-2,3,5-trimethylpyridin-N-oxid (4). - Giai đoạn 4: Tổng hợp 4-methoxy-3,5-dimethyl-2- hydroxymethylpyridin (5): 7 Acetyl hóa (4) bằng anhydrid acetic và thủy phân trong NaOH để thu được 4- methoxy-3,5-dimethyl-2- hydroxymethylpyridin (5). - Giai đoạn 5: Tổng hợp 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6): Tiến hành halogen hóa 4-methoxy-3,5-dimethyl-2-hydroxymethylpyridin (5) bằng thionyl clorid ở nhiệt độ thường, kết tinh trong toluen thu được 2-(cloromethyl)-4-methoxy- 3,5-dimethylpyridin hydroclorid (6). Nhận xét: Hiệu suất tổng hợp 2-(cloromethyl)-4-methoxy-3,5dimethylpyridin hydroclorid (6) khá cao (76,5%).

Tuy nhiên quy trình sử dụng một số tác nhân nguy hiểm hay độc hại như hỗn hợp sulfo-nitric, thionyl clorid. ❖ Theo bằng sáng chế CN114044752A (2021) [9], (6) cũng có thể được tổng hợp từ (1) theo Sơ đồ 1.