Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đại dịch COVID-19 do virus SARS-CoV-2 gây ra đã tạo ra những tác động nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và nền kinh tế toàn cầu. Tính đến tháng 6 năm 2022, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã ghi nhận hơn 535 triệu ca nhiễm và hơn 6 triệu ca tử vong trên toàn thế giới. Mặc dù các loại vắc-xin phòng bệnh đã được triển khai trên diện rộng, nhu cầu về các thuốc kháng virus đường uống có hoạt tính mạnh vẫn mang tính cấp bách, đặc biệt đối với nhóm bệnh nhân suy giảm miễn dịch hoặc có nguy cơ cao tiến triển bệnh nặng.

Molnupiravir (phát triển bởi sự hợp tác giữa Merck và Ridgeback Biotherapeutics) là thuốc kháng virus đường uống đầu tiên được Cơ quan Quản lý Thuốc và Sản phẩm Chăm sóc Sức khỏe Vương quốc Anh (MHRA) phê duyệt vào ngày 04/11/2021 và được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cấp phép sử dụng khẩn cấp (EUA) vào ngày 23/12/2021. Tại Việt Nam, Bộ Y tế đã ban hành hướng dẫn sử dụng molnupiravir cho bệnh nhân COVID-19 từ 18 tuổi trở lên mức độ nhẹ đến trung bình có ít nhất một yếu tố nguy cơ, đồng thời cấp số đăng ký lưu hành có điều kiện cho một số doanh nghiệp dược phẩm trong nước sản xuất.

Về mặt hóa học và công nghệ tổng hợp, molnupiravir ban đầu được nhóm nghiên cứu tại Đại học Emory tổng hợp từ nguyên liệu uridin qua 5 bước với tổng hiệu suất tối đa đạt khoảng 17% và chi phí nguyên liệu cao. Các hướng tiếp cận sau đó đã chuyển dịch sang sử dụng cytidin – một nguyên liệu ban đầu có giá thành rẻ và sẵn có hơn. Tuy nhiên, nhiều quy trình công bố vẫn phụ thuộc vào xúc tác sinh học (enzym Novozym 435) đắt tiền, khó bảo quản, hoặc phải sử dụng kỹ thuật sắc ký cột để tinh chế, gây khó khăn khi nâng cấp quy mô sản xuất.

Từ thực tiễn trên, đề tài "Nghiên cứu tổng hợp molnupiravir từ cytidin" được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ cụ thể:

  1. Tổng hợp thành công hoạt chất molnupiravir ở quy mô phòng thí nghiệm từ nguyên liệu đầu vào cytidin qua quy trình thuần hóa học 4 giai đoạn.
  2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (loại dung môi, chất xúc tác base, tỷ lệ mol tác nhân, nhiệt độ phản ứng) đến từng phản ứng trung gian để tìm ra điều kiện tối ưu.
  3. Thiết lập quy trình tinh chế sản phẩm trung gian và sản phẩm đích bằng phương pháp chiết và kết tinh phân đoạn, loại bỏ sự phụ thuộc vào sắc ký cột.
  4. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc các hợp chất trung gian và molnupiravir bằng các phương pháp phân tích hóa lý và phổ hiện đại.
  • Đối tượng nghiên cứu: Nguyên liệu cytidin, các hợp chất trung gian trong quá trình tổng hợp và sản phẩm đích molnupiravir.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực hiện tại Phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội; các phân tích phổ được phối hợp đo đạc tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội). Thời gian hoàn thành khóa luận: tháng 06 năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và tổng quan dược chất

Molnupiravir có tên hóa học là [(2R,3S,4R,5R)-3,4-dihydroxy-5-[4-(hydroxyamino)-2-oxopyrimidin-1-yl]oxolan-2-yl]methyl 2-methylpropanoat, công thức phân tử $C_{13}H_{19}N_{3}O_{7}$, khối lượng phân tử 329,31 đvC. Đây là dạng tiền chất (prodrug) 5’-isobutyrat ester của N-hydroxycytidin (NHC). Sau khi uống, thuốc bị thủy phân bởi các esterase để giải phóng NHC vào hệ tuần hoàn, sau đó vào tế bào và được phosphoryl hóa thành dạng có hoạt tính N-hydroxycytidin-5’-triphosphat (NHC-TP). NHC-TP hoạt động như một cơ chất cạnh tranh thay thế cytidin triphosphat (CTP) hoặc uridin triphosphat (UTP) của enzym RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRp) của virus SARS-CoV-2. Khi RdRp sử dụng NHC-TP làm khuôn mẫu, quá trình sao chép RNA của virus tích tụ các đột biến lỗi qua từng chu kỳ nhân lên (cơ chế tai biến lỗi hoạt động - error catastrophe), dẫn đến việc virus mất khả năng nhân lên và bị tiêu diệt.

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp hóa dược kết hợp các phương pháp phân tích cấu trúc và kiểm nghiệm:

  • Phương pháp tổng hợp hóa học hữu cơ: Thực hiện lộ trình tổng hợp 4 bước bao gồm: (1) Phản ứng cetal hóa bảo vệ nhóm 2’,3’-cis-diol; (2) Phản ứng O-acyl hóa chọn lọc vị trí 5’-OH bằng anhydrid isobutyric; (3) Phản ứng thế nucleophil nhóm amino bằng hydroxylamin (hydroxyamino hóa tại vị trí C-4); (4) Phản ứng thủy phân giải phóng nhóm bảo vệ acetonid trong môi trường acid.
  • Phương pháp khảo sát tối ưu hóa: Khảo sát đơn biến các yếu tố ảnh hưởng gồm dung môi phản ứng, xúc tác base (DBU so với TEA), nhiệt độ phản ứng và tỷ lệ mol tác nhân.
  • Phương pháp tách và tinh chế: Sử dụng kỹ thuật chiết phân bố lỏng - lỏng, trung hòa tạo muối và kết tinh phân đoạn với các hệ dung môi thích hợp nhằm thay thế hoàn toàn kỹ thuật sắc ký cột.
  • Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết: Sắc ký lớp mỏng (SKLM) trên bản mỏng silica gel $60\ F_{254}$ dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm với hệ pha động A (n-butanol : acid acetic : nước = 9:2:2,5) và hệ pha động B (ethyl acetat); xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy trên máy EZ-Melt.
  • Phương pháp xác định cấu trúc: Phổ hồng ngoại (FT-IR) đo bằng kỹ thuật viên nén KBr trong vùng $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$ trên máy Shimadzu; Phổ khối lượng (MS) đo trên hệ thống 920-MS TQ-FT (Agilent Technologies); Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$) đo trên máy Bruker 600 MHz Advance Neo với dung môi DMSO-$d_6$ và chất chuẩn nội tetramethylsilan (TMS).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về molnupiravir và các phương pháp tổng hợp

Chương này tổng thuật toàn diện các dữ liệu về cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa, đặc tính dược động học, dược lực học, cơ chế tác dụng sinh học phân tử và chỉ định lâm sàng của molnupiravir. Đặc biệt, tác giả đã hệ thống hóa và phân tích ưu - nhược điểm của 8 quy trình tổng hợp molnupiravir tiêu biểu đã được công bố trên thế giới theo ba hướng nguyên liệu ban đầu:

  1. Tổng hợp từ uridin: Quy trình của Đại học Emory (5 bước, hiệu suất tối đa 17%, qua dẫn chất triazol và sử dụng $POCl_3$) và quy trình cải tiến của R. Dey và cộng sự (dùng tác nhân Lawesson, hiệu suất 62%, độ tinh khiết >99% nhưng phải dùng sắc ký cột).
  2. Tổng hợp từ cytidin: Nhóm quy trình dùng xúc tác sinh học của N. Vasudevan và cộng sự (2 bước, hiệu suất 75% dùng Novozym 435), G. Ahlqvist và cộng sự (nâng quy mô decagram, hiệu suất 41%); nhóm quy trình thuần hóa học của D. Snead và cộng sự (4 bước, hiệu suất 41-44%, dùng sắc ký cột), V. Gopalsamuthiram và cộng sự (4 bước, hiệu suất 36-41%, độ tinh khiết 98%, tinh chế bằng kết tinh), và quy trình one-pot của T. Hu và cộng sự (bảo vệ bằng DMF-DMA, hiệu suất 70%).
  3. Tổng hợp từ D-ribose: Quy trình của T. Benkovics và cộng sự (kết hợp enzym Novozym 435, acetat kinase, pyruvat oxidase, uridin phosphorylase và hóa chất HMDS).

Từ phân tích so sánh, tác giả đề xuất định hướng nghiên cứu: sử dụng cytidin làm nguyên liệu ban đầu, phát triển quy trình tổng hợp thuần hóa học 4 bước, không sử dụng xúc tác sinh học đắt tiền và tinh chế hoàn toàn bằng chiết/kết tinh.

Chương 2: Nguyên liệu, thiết bị, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết về:

  • Danh mục hóa chất và thiết bị: Liệt kê 26 loại hóa chất, dung môi đạt tiêu chuẩn phân tích (AR) hoặc Dược điển Việt Nam V (DĐVN V) như cytidin, 2,2-dimethoxypropan (DMP), $H_2SO_4$ 98%, DBU, DMAP, anhydrid isobutyric, hydroxylamin sulfat, acid formic 88%, MTBE, IPA, THF,... cùng 22 danh mục dụng cụ, thiết bị phục vụ nghiên cứu.
  • Nội dung nghiên cứu: Thiết kế sơ đồ 4 giai đoạn phản ứng điều chế các chất (2), (3), (4) và (5).
  • Quy trình phân tích: Mô tả chi tiết điều kiện thực nghiệm triển khai SKLM, đo nhiệt độ nóng chảy và các thông số kỹ thuật đo phổ IR, MS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$.

Chương 3: Thực nghiệm, kết quả và bàn luận

1. Tổng hợp muối acetonid sulfat (2)

Phản ứng cetal hóa bảo vệ nhóm 2’,3’-diol của cytidin (1,00 g; 4,12 mmol) bằng 2,2-dimethoxypropan (DMP, 5 đương lượng) trong dung môi aceton khan (13,0 mL) với xúc tác $H_2SO_4$ đậm đặc (2,3 đương lượng) ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Tinh chế bằng cách lọc hút chân không, rửa tủa bằng aceton và diethyl ether, sấy khô chân không thu được 1,50 g sản phẩm chất rắn màu trắng.

  • Khảo sát điều kiện: Phản ứng có mặt DMP xảy ra hoàn toàn (hiệu suất 96,0%), trong khi không có DMP vết nguyên liệu còn rất đậm. Khảo sát dung môi cho thấy aceton (hiệu suất 96,0%) và THF (hiệu suất 92,5%) vượt trội so với acetonitril và methanol.

2. Tổng hợp dẫn chất cytidin acetonid ester (3)

Phản ứng O-acyl hóa vị trí 5’-OH của muối (2) (1,30 g; 3,41 mmol) bằng anhydrid isobutyric trong acetonitril với hệ xúc tác base DBU (2,1 đương lượng) và DMAP (0,2 đương lượng) ở 0°C trong 3 giờ. Tinh chế bằng cách cô chân không, hòa tan trong $CH_2Cl_2$, rửa ba lần bằng dung dịch acid acetic 10% để loại bỏ base DBU dư, trung hòa pha hữu cơ bằng dung dịch $NaHCO_3$ bão hòa, làm khô bằng $Na_2SO_4$ khan và cô đặc thu được 1,10 g chất rắn màu trắng xốp (hiệu suất 90,6%).

  • Khảo sát điều kiện: Xúc tác DBU ở 0°C cho hiệu suất cao (90,6%) và ức chế sự tạo thành tạp chất diacyl hóa (17) so với việc dùng triethylamin (TEA) hoặc phản ứng ở 25°C. Tỷ lệ mol chất (2) : anhydrid isobutyric tối ưu là 1 : 1,4.

3. Tổng hợp dẫn chất hydroxyamino acetonid (4)

Hợp chất (3) (1,00 g; 2,71 mmol) phản ứng thế nucleophil với hydroxylamin sulfat (3 đương lượng) trong dung môi isopropanol 70% (IPA 70%) ở 75–80°C trong 24 giờ. Tinh chế bằng cách chiết pha hữu cơ với ethyl acetat và dung dịch NaCl bão hòa, làm khan, cô cạn rồi kết tinh phân đoạn trong hệ dung môi nước : acetonitril ($H_2O : CH_3CN = 5 : 1$) thu được 0,59 g chất rắn màu trắng ánh hồng nhạt (hiệu suất 59,0%).

  • Khảo sát điều kiện: Nhiệt độ 75–80°C đạt hiệu suất tối ưu (59,0%). Ở nhiệt độ thấp (65–70°C), phản ứng kéo dài 30 giờ và hiệu suất chỉ đạt 48,2%; ở nhiệt độ cao (85–90°C), sản phẩm bị phân hủy và xuất hiện nhiều vết tạp trên SKLM.

4. Tổng hợp molnupiravir (5)

Khử nhóm bảo vệ acetonid của chất (4) bằng acid formic 88% ở nhiệt độ phòng trong 7 giờ. Hỗn hợp được làm lạnh dưới 5°C, trung hòa bằng dung dịch amoniac ($NH_3$) đặc đến pH trung tính để tạo muối amoni format ($HCOONH_4$). Chiết sản phẩm bằng tetrahydrofuran (THF) và dung dịch NaCl bão hòa, làm khan, cô đuổi dung môi thu sản phẩm dạng dầu, sau đó thêm methyl tert-butyl ether (MTBE) để làm kết tủa sản phẩm, lọc và sấy khô dưới đèn hồng ngoại thu được 0,20 g molnupiravir màu trắng ngà (hiệu suất 44,7%).

Hợp chất Công thức phân tử / Cấu trúc $R_f$ (Hệ dung môi) Nhiệt độ nóng chảy ($^\circ\text{C}$) Hiệu suất từng bước (%)
Muối acetonid sulfat (2) $C_{12}H_{17}N_3O_5 \cdot H_2SO_4$ 0,56 (Hệ A) 133 – 135 96,0%
Cytidin acetonid ester (3) $C_{16}H_{23}N_3O_6$ 0,72 (Hệ A) Dạng sáp / xốp 90,6%
Dẫn chất hydroxyamino (4) $C_{16}H_{23}N_3O_7$ 0,88 (Hệ A)
0,69 (Hệ B)
152 – 154 59,0%
Molnupiravir (5) $C_{13}H_{19}N_3O_7$ 0,78 (Hệ A)
0,33 (Hệ B)
154 – 156 (LT: 158–160) 44,7%

(Ghi chú: Hệ A: n-butanol : acid acetic : nước = 9 : 2 : 2,5; Hệ B: ethyl acetat)

5. Kết quả phân tích và biện luận cấu trúc phổ

  • Phổ MS: Chất (2) cho pic ion $[2M + H]^+$ tại $m/z = 567,1$; chất (3) cho pic $[2M + H]^+$ tại $m/z = 707,1$; chất (4) cho pic ion âm $[M - H]^-$ tại $m/z = 367,9$; chất (5) (molnupiravir) cho pic $[M - H]^-$ tại $m/z = 327,9$, hoàn toàn phù hợp với khối lượng phân tử lý thuyết (329,3 đvC).
  • Phổ FT-IR: Khẳng định sự có mặt của các nhóm chức đặc trưng: $3381\text{ cm}^{-1}$ (dao động hóa trị N-H và O-H tự do), $2976 - 2878\text{ cm}^{-1}$ (C-H no), $1750\text{ cm}^{-1}$ (C=O ester), $1639\text{ cm}^{-1}$ (C=N vòng pyrimidin) và các dải $1125 - 1275\text{ cm}^{-1}$ (C-O).
  • Phổ $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$:
    • Trên phổ $^1\text{H-NMR}$ của molnupiravir (5), sự biến mất hoàn toàn của 2 mũi singlet nhóm methyl bảo vệ acetonid ở $\delta = 1,29\text{ ppm}$ và $1,49\text{ ppm}$ (từng thấy ở chất 2 và 4) chứng minh phản ứng khử bảo vệ thành công.
    • Tín hiệu nhóm isobutyryl thể hiện rõ qua mũi doublet doublet của 6H nhóm methyl tại $\delta = 1,10\text{ ppm}$ và mũi septet của 1H (H-2”) tại $\delta = 2,57\text{ ppm}$.
    • Hai proton của nhóm diol tự do (OH tại C-2’ và C-3’) xuất hiện dưới dạng 2 mũi doublet tại $\delta = 5,34\text{ ppm}$ ($J = 6,0\text{ Hz}$) và $\delta = 5,21\text{ ppm}$ ($J = 5,4\text{ Hz}$).
    • Hai proton của nhóm -NH-OH ở dị vòng pyrimidin dịch chuyển về vùng trường yếu tại $\delta = 9,49\text{ ppm}$ và $\delta = 10,01\text{ ppm}$.
    • Phổ $^{13}\text{C-NMR}$ ghi nhận đủ 13 tín hiệu carbon, trong đó có carbon carbonyl ester tại $\delta = 175,95\text{ ppm}$ (C-1”), C-2 ($\delta = 149,39\text{ ppm}$), C-4 ($\delta = 143,27\text{ ppm}$), C-6 ($\delta = 129,86\text{ ppm}$) và C-5 ($\delta = 98,73\text{ ppm}$).

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Đã thiết lập thành công quy trình tổng hợp molnupiravir từ cytidin qua 4 giai đoạn phản ứng ở quy mô phòng thí nghiệm với tổng hiệu suất toàn quy trình đạt 22,9%.
  2. Tối ưu hóa được các điều kiện kỹ thuật cho từng giai đoạn:
    • Giai đoạn 1: Dùng DMP trong aceton khan với xúc tác $H_2SO_4$ đặc cho hiệu suất 96,0%.
    • Giai đoạn 2: Acyl hóa bằng anhydrid isobutyric (tỷ lệ mol 1 : 1,4) với xúc tác base DBU ở 0°C trong acetonitril, đạt hiệu suất 90,6%.
    • Giai đoạn 3: Phản ứng hydroxyamino hóa dùng muối an toàn $(NH_2OH)_2 \cdot H_2SO_4$ trong IPA 70% ở 75–80°C, đạt hiệu suất 59,0%.
    • Giai đoạn 4: Phá vòng acetonid bằng acid formic ở nhiệt độ phòng, trung hòa bằng $NH_3$ và tủa sản phẩm trong MTBE, đạt hiệu suất 44,7%.
  3. Tinh chế thành công các chất trung gian và sản phẩm cuối bằng phương pháp chiết chọn lọc và kết tinh phân đoạn (hệ $H_2O : CH_3CN = 5 : 1$ cho chất 4 và MTBE cho molnupiravir), loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng sắc ký cột silica gel.
  4. Đã xác định đầy đủ và khẳng định độ tinh khiết, cấu trúc hóa học của các chất tổng hợp được thông qua nhiệt độ nóng chảy, SKLM và hệ thống phổ IR, MS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$.

Đóng góp thực tiễn và học thuật

  • Đề tài đưa ra một phương án tổng hợp thuần hóa học khả thi, sử dụng nguyên liệu cytidin có giá thành thấp hơn uridin, không phụ thuộc vào các chế phẩm enzym sinh học đắt tiền (như Novozym 435).
  • Việc thay thế tác nhân hydroxylamin tự do dễ cháy nổ bằng dạng muối hydroxylamin sulfat bền vững làm tăng tính an toàn trong thao tác thực nghiệm.
  • Quy trình tinh chế không dùng sắc ký cột tạo tiền đề thuận lợi cho việc nghiên cứu mở rộng quy mô tổng hợp ở mức độ pilot hoặc công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ (khối lượng mẻ phản ứng từ 1,0 đến 1,5 g nguyên liệu ban đầu).
  • Dẫn chất muối acetonid sulfat (2) tương đối nhạy cảm với độ ẩm, dễ bị thủy phân hồi biến về cytidin nếu không được bảo quản trong bình hút ẩm.
  • Hiệu suất phản ứng hydroxyamino hóa (giai đoạn 3) và phản ứng giải phóng nhóm bảo vệ (giai đoạn 4) còn ở mức trung bình (59,0% và 44,7%), kéo theo hiệu suất tổng thể toàn quy trình đạt 22,9%.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nghiên cứu tối ưu hóa sâu hơn các điều kiện phản ứng (như thời gian, áp suất, hệ dung môi kết tinh) ở giai đoạn 3 và 4 nhằm nâng cao hiệu suất tổng thể.
  • Nghiên cứu triển khai thử nghiệm quy trình theo định hướng liên tục một bình (one-pot synthesis) từ cytidin để rút ngắn thời gian xử lý và giảm thiểu tiêu hao dung môi.
  • Mở rộng quy mô tổng hợp lên mức gram lớn hơn (decagram, hectogram) để đánh giá độ ổn định và tính lặp lại của quy trình công nghệ.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa dược, Công nghệ Dược phẩm: Tham khảo quy trình thực nghiệm tổng hợp các hợp chất nhóm nucleosid/nucleotid, kỹ thuật bảo vệ - giải phóng nhóm chức diol và phản ứng acyl hóa chọn lọc vị trí.
  • Cán bộ nghiên cứu tổng hợp hữu cơ: Tham khảo phương pháp biện luận cấu trúc phân tử thông qua các dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$), phổ khối lượng (MS) và phổ hồng ngoại (IR) đối với các dẫn chất dị vòng pyrimidin.
  • Các đơn vị nghiên cứu phát triển (R&D) dược phẩm: Cung cấp thông tin tham khảo về các yếu tố ảnh hưởng, cơ chế hình thành tạp chất phụ và giải pháp tinh chế không dùng sắc ký cột đối với hoạt chất kháng virus molnupiravir.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu đầu vào là cytidin thay vì uridin hay D-ribose?

Uridin là nguyên liệu trong quy trình gốc của Đại học Emory nhưng có giá thành cao và hiệu suất tổng thể thấp (khoảng 17%). D-ribose tuy rẻ nhưng đòi hỏi quy trình chuyển hóa phức tạp với sự tham gia của nhiều enzym xúc tác đắt tiền và hóa chất chuyên biệt (HMDS). Cytidin có giá thành rẻ hơn uridin, cấu trúc sẵn có khung dị vòng pyrimidin và nhánh ribofuranosyl, phù hợp để xây dựng quy trình tổng hợp thuần hóa học với chi phí hợp lý.

2. Vai trò của DBU và nhiệt độ 0°C trong phản ứng acyl hóa tổng hợp hợp chất (3) là gì?

DBU là một base hữu cơ mạnh (pKa dạng proton hóa khoảng 24,34 trong MeCN), có khả năng deproton hóa chọn lọc nhóm 5’-OH để tạo trung tâm ái nhân mạnh, giúp phản ứng acyl hóa xảy ra nhanh hơn so với triethylamin (TEA). Việc duy trì nhiệt độ ở 0°C giúp làm giảm tốc độ của phản ứng phụ O,N-diacyl hóa (tạo tạp chất 17 tại nhóm amin tự do), từ đó nâng cao hiệu suất tạo sản phẩm chính (3) lên 90,6%.

3. Tại sao tác giả sử dụng muối hydroxylamin sulfat thay vì hydroxylamin tự do ở bước thế nucleophil?

Hydroxylamin dạng base tự do là chất không bền, có nguy cơ phát nổ khi đun nóng ở nhiệt độ cao và gây kích ứng mạnh đối với da và niêm mạc. Việc sử dụng dạng muối hydroxylamin sulfat $(NH_2OH)_2 \cdot H_2SO_4$ trong môi trường dung môi isopropanol 70% đảm bảo tính an toàn cháy nổ trong phòng thí nghiệm, dễ bảo quản và vẫn duy trì hiệu suất phản ứng thế nhóm amino đạt 59,0%.

4. Quy trình tinh chế molnupiravir ở bước cuối cùng đã loại bỏ acid formic và phân lập sản phẩm như thế nào?

Sau khi kết thúc phản ứng thủy phân acetonid, acid formic dư được trung hòa bằng dung dịch amoniac ($NH_3$) đặc ở nhiệt độ dưới 5°C để chuyển thành muối amoni format ($HCOONH_4$). Molnupiravir được chiết chọn lọc vào dung môi tetrahydrofuran (THF) và rửa bằng dung dịch NaCl bão hòa để loại hoàn toàn muối vô cơ. Sau khi cô cạn THF, dung môi methyl tert-butyl ether (MTBE) được thêm vào để làm kết tủa chọn lọc molnupiravir do hoạt chất này hầu như không tan trong MTBE.


Kết luận

Khóa luận đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp hoạt chất kháng virus molnupiravir ở quy mô phòng thí nghiệm từ nguồn nguyên liệu cytidin qua 4 giai đoạn phản ứng hóa học với hiệu suất tổng thể đạt 22,9%. Các điều kiện thực nghiệm quan trọng về xúc tác, dung môi, tỷ lệ mol và nhiệt độ đã được khảo sát và tối ưu hóa chi tiết cho từng bước phản ứng. Cấu trúc và độ tinh khiết của các chất trung gian cùng sản phẩm molnupiravir tổng hợp được đã được xác định và chứng minh rõ ràng bằng các phương pháp phân tích nhiệt độ nóng chảy, sắc ký lớp mỏng và phổ nghiệm hiện đại (IR, MS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$). Quy trình áp dụng hoàn toàn các phương pháp tinh chế đơn giản bằng chiết và kết tinh phân đoạn, mở ra hướng đi khả thi cho việc nghiên cứu phát triển quy trình tổng hợp hóa dược ở quy mô lớn hơn.