ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
ERLOTINIB VÀ CÁC HỢP CHẤT TRUNG GIAN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
ERLOTINIB VÀ CÁC HỢP CHẤT TRUNG GIAN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG

THÁI NGUYÊN - 2017


Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc ................................. 3
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) .................................................. 3
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................ 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................................ 6
1.3.4. X-ray tinh thể .................................................................................. 7
1.2. Tổng quan về erlotinib ......................................................................... 10
1.2.1. Hoạt tính chống ung thư của erlotinib .......................................... 11
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp erlotinib............................................. 12
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 17
2.1. Hóa chất và phương pháp..................................................................... 17
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu............................................................... 17
2.1.2. Hóa chất và dung môi ................................................................... 17
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất
bằng sắc kí lớp mỏng .............................................................................. 17
2.1.4. Xác nhận cấu trúc .......................................................................... 17
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis(2-metoxy ethoxy)
benzoic axit 15 ............................................................................................ 18
2.2.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 18
2.2.2. Phân tích cấu trúc của 15 bằng phổ IR ......................................... 19
2.2.3. Phân tích cấu trúc của 15 bằng NMR ........................................... 19
b


2.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 3,4-bis (2-methoxyethoxy)
benzonitrile 16 ............................................................................................. 20
2.3.1. Quy trinh tổng hợp ........................................................................ 20
2.3.2. Phân tích cấu trúc của 16 bằng phổ IR ......................................... 20
2.3.3. Phân tích cấu trúc của 16 bằng NMR ........................................... 21

3.3.2. Phân tích cấu trúc của chất 16 bằng IR ......................................... 31
3.3.3. Phân tích cấu trúc của chất 16 bằng phổ NMR............................. 32
3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 4,5-bis (2-methoxyethoxy)
-2-nitrobenzonitrile 10 ................................................................................ 33
3.4.1. Tổng hợp hợp chất 10 ................................................................... 33
3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 10 bằng IR ......................................... 33
3.4.3. Phân tích cấu trúc của chất 10 bằng phổ NMR............................. 33
3.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 2-amino-4,5-bis (2methoxyethoxy) -benzo-nitril 11 ................................................................ 35
3.5.1 Tổng hợp hợp chất 11 .................................................................... 35
3.5.2. Phân tích cấu trúc của chất 11 bằng IR ......................................... 35
3.5.3. Phân tích cấu trúc của chất 11 bằng phổ NMR............................. 36
3.6. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib 13 ......................... 37
3.6.1. Tổng hợp hợp chất erlotinib 13 ..................................................... 37
3.6.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 13 bằng phổ NMR ..................... 37
3.6.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 13 bằng phổ HRMS ................... 40
3.7. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib hydroclorua 1 ....... 40
3.7.1 Tổng hợp hợp chất erotinib hydroclorua 1 .................................... 40
3.7.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 1 bằng phổ NMR ....................... 41
KẾT LUẬN .................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 45

d


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
UTPKPTBN

Ung thư phổi không phải tế bào nhỏ

CHTHN

Hình 3.5. Phổ IR của hợp chất 11 ................................................................. 35
Hình 3.6. Phổ 1H NMR của hợp chất erlotinib 13 ....................................... 38
Hình 3.7. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 13 .............................................. 38
Hình 3.8. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 13 .............................................. 39
Hình 3.9. Phổ HRMS của hợp chất erlotinib 13 ........................................... 40
Hình 3.10. Phổ 1H NMR của hợp chất 1......................................................... 41
Hình 3.11. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 1................................................. 41
Hình 3.12. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 1................................................. 42
Hình 3.13. Phổ giãn 13C NMR của hợp chất 1 .............................................. 43

f


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Tổng hợp erlotinib từ methyl-3,4-dihydroxybenzoat ................. 13
Sơ đồ 1.2. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 6 .......................... 14
Sơ đồ 1.3. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 10 ........................ 14
Sơ đồ 1.4. Tổng hợp erlotinib từ hợp chất 3,4-dihydroxybenzoic acid ....... 15
Sơ đồ 3.1. Quy trình tổng hợp erlotinib hydroclorit 1 ................................. 27
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp hợp chất 15 ................................................................. 28
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp hợp chất 3,4-bis(2-methoxyethoxy)benzonitrile 16 ... 30
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp chất 10 ................................................................. 33
Sơ đồ 3.5. Tổng hợp hợp chất 11 ................................................................. 35
Sơ đồ 3.6 . Tổng hợp erlotinib 13 ................................................................. 37
Sơ đồ 3.7. Tổng hợp erlotinib hydroclorua 1 ............................................... 40

g


MỞ ĐẦU


Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp erlotinib hydrochlorid làm nguyên liệu bào
chế thuốc chống ung thư phổi tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của erlotinib và các
hợp chất trung gian bằng các phương pháp hóa lý hiện đại bao gồm phổ hồng
ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS).

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều
thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất.
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng
khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần của vùng
hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10-4
và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm1

), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng .
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng

ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động
cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến
dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động biến
dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết.
Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại


H và

13

C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt

nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:


 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân
mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.

4


Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một
các tổng quát như sau:


 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu
đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.

Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các hợp
phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết
luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau.
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung
hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z = m/e. Sau đó phân tách
các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này
có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu .
Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng
electron (EI), phương pháp ion hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh
(FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử là phương
pháp hay được sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ
trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ thành các ion và các
gốc theo sơ đồ:

2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC

2

3e (2)

ABCSự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các
ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử
thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có


Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng phân tử
của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc
phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những thông số quan trọng
để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều
phương pháp phổ với nhau.
1.3.4. X-ray tinh thể
Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nhất để xác định cấu
trúc phân tử của một hợp chất hữu cơ. Từ phương trình Bragg, người ta tính toán độ
dài của các cạnh tế bào cơ sở (a,b,c), chỉ số Miler (h,k,l), góc giữa các trục tinh thể

7


(α,β,γ), thể tích tế bào tinh thể cơ sở (V) và số lượng phân tử (n) xây dựng nên tế
bào cơ sở.
Phương trình Bragg: 2d.sin(θ) = nλ
Thể tích tế bào cơ sở: V = abc(1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cosαcosβcosγ)1/2
Số lượng phân tử trong một tế bào cơ sở n = V.d.6,023.1023 (d: tỷ trọng
g/cm3)
Mặt khác, khi chiếu bức xạ tia X vào phân tử, ở mỗi trung tâm liên kết sẽ
phát ra một cặp tín hiệu Friedel phản xạ theo hai hướng (h,k,l) và hướng ngược lại
(-h,-k,-l). Cường độ của tín hiệu Friedel (Fhkl, F-h,-k-l) được tính toán nhờ cường độ
của tín hiệu nhiễu xạ (Ihkl) (|Fhkl| = (Ihkl)1/2).

H,K,L

-H,-K,-L


Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có cường
độ cao do ảnh hưởng của cấu trúc ở những trung tâm bất đối của phân tử mà chưa
so sánh được những tia tán xạ yếu. Những yếu tố tán xạ yếu chỉ được sử dụng khi

9


dữ liệu X-ray có số lượng lớn. Phương pháp X-ray tinh có thể sử dụng hữu hiệu
nhất đối với các hợp chất không chứa nguyên tử nặng hơn oxi.
Với những chất quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta có thể
xác định cấu hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng với một chất
khác có chứa một hay nhiều trung tâm bất đối đã biết cấu hình tuyệt đối. Các hợp chất
có cấu hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu trong phương pháp này là những
chất có khả năng dễ kết tinh để nhận được dạng đơn tinh thể. Việc xác định cấu hình
tuyệt đối của các hợp chất quang hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào
phần cấu hình tuyệt đối của chất gắn kết với chất nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm
nguyên tử nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp chất quang hoạt cũng cho phép
xác định cấu hình tuyệt đối của chất đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên.
1.2. Tổng quan về erlotinib
Erlotinib hydrochlorid là thuốc được sử dụng rất hiệu quả để chữa bệnh ung
thư phổi không phải tế bào nhỏ [1-9] và được sử dụng phối hợp với gemcitabine
trong điều trị ung thư tụy. Tên thương mại là của erlotinib hydrochlorid Tarceva.
Tên hóa học của erlotinib là N-(3-ethynylphenyl)-6,7-bis (2-methoxylethoxyl)
quinazolin-4-amine. Về mặt cấu trúc erlotinib hydrochlorid là dẫn xuất của 4anilinoquinazoline chứa nhóm 2-methoxylethoxyl tại 2 vị trí 6 và 7 (Hình 1).
Erlotinib hydrochlorid ít tan trong nước và methanol không tan trong acetonitrile,
acetone, ethyl acetate và hexane.

Hình 1.6. Cấu trúc của erlotinib hydroclorid

10

11


oxy hóa thành acid carboxylic; 2) oxy hóa một nửa acetylene sau đó thủy phân
thành acid aryl carboxylic; và 3) sự hydroxyl hóa vòng thơm của gốc phenylacetylene. Những chất chuyển hóa chính của erlotinib tạo bởi sự khử O-methyl của
từng chuỗi bên có hiệu lực tương đương với erlotinib trong các nghiệm pháp in
vitro tiền lâm sàng và các mẫu mô in vivo. Các chất chuyển hóa của erlotinib chúng
có mặt trong huyết tương với nồng độ < 10% erlotinib và có dược động học tương
tự như erlotinib.
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp erlotinib
Các phương pháp truyền thống tổng hợp erlotinib đã được công bố trên các
patent trước đây [10, 11] bao gồm nhiều bước phản ứng với điều kiện phản ứng
phức tạp nên có rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu cải tiến quy
trình tổng hợp erlotinib hydrochlorid.
1.2.2.1. Tổng hợp erlotilib hydrochlorid từ methyl 3,4-dihydroxybenzoat theo Petr Knesl
Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Petr Knesl và cộng sự đã tổng hợp erlotinib
hydrochlorid xuất phát từ nguyên liệu ethyl-3,4-dihydroxybenzoat qua 6 giai đoạn
phản ứng với hiệu suất tổng đạt 56% [12] (sơ đồ 1.1). Giai đoạn đầu tiên là phản
ứng ankyl hóa của ethyl-3,4-dihydroxylbenzoate 2 sử dụng tác nhân 1-chloro-2methoxyethane hoặc 1-bromo-2-methoxyethane tạo thành hợp chất 3. Với hai tác
nhân trên, phản ứng đều cho hiệu suất trên 90%. Giai đoạn tiếp theo là phản ứng
nitro hóa hợp chất 3 thu được hợp chất 4 chọn lọc vị trí với hiệu suất phản ứng
đạt 92%. Quá trình khử hóa nhóm nitro 4 thành amino 5 và vòng hóa tạo thành
dẫn xuất formamide 6. Giai đoạn thứ 5 là quá trình clo hóa, nhóm tác giả đã
nghiên cứu sử dụng tác nhân phosphoryl chloride và N,N-diethylaniline cho phản
ứng clo hóa nhận được sản phẩm 7 với hiệu suất 89%. Hợp chất này sau đó được
tinh chế làm sạch và kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp HPLC đạt độ sạch
96%. Giai đoạn cuối cùng là phản ứng tạo thành erlotinib hydrochlorid bằng tác
nhân 3-ethylaniline trong pyridine, i-PrOH với hiệu suất phản ứng đạt 95%.
Nhược điểm của phương pháp này là sử dụng xúc tác đắt tiền PtO2 và hydro nên dễ
cháy nổ, rất khó thực hiện trong thực tế.

14


95%. Tiếp theo hợp chất 11 phản ứng với dimethylformamidine-dimethylacetal
(DMF-DMA) trong toluen tạo thành dẫn xuất N,N-dimethylformamidine 12. Phản
ứng tổng hợp hợp chất 12 lần đầu tiên được nhóm tác giả công bố trong công trình
này. Sau đó, hợp chất formamidine 12 được tiến hành bằng cách thêm acid acetic và
3-ethynyl aniline, phản ứng được thực hiện tại nhiệt độ 130oC trong 3h nhận được
bazơ tự do với hiệu suất đạt 70%. Sản phẩm erlotinib hydrochlorid 1 tạo thành bằng
cách cho erlotinib trong dung môi methanol và sục khí HCl, phản ứng cho hiệu suất
92%. Hiệu suất tổng cho các giai đoạn tạo thành erlotinib hydrochlorid là 63%. Đây
là phương pháp hiệu quả, kinh tế để tổng hợp erlotinib hydrochlorid. Do tránh được
bước tạo sản phẩm trung gian 4-chloroquinazoline không bền và không làm tăng
thêm bước phản ứng.
1.2.2.4. Tổng hợp erlotinib từ 3,4-dihydroxybenzoic axit theo Davoud Asgari
Theo phương pháp của Davoud Asgari và cộng sự đưa ra năm 2011 [16],
erlotinib tổng hợp toàn phần qua 9 giai đoạn phản ứng với hiệu suất tổng đạt 60%
cao hơn hẳn so với các công trình đã được công bố trước đây. Quy trình tổng hợp
được mô tả như sơ đồ 1.4:

Sơ đồ 1.4. Tổng hợp erlotinib từ hợp chất 3,4-dihydroxybenzoic acid

15


Ưu điểm vượt trội của phương pháp này là phản ứng one-pot cho 2 giai đoạn
chìa khóa tạo thành erlotinib 13 từ hợp chất trung gian 2-aminobenzonitrile và 3ethylaniline. Xuất phát từ hợp chất 2-amino benzonitrile 11 phản ứng với DMFDMA trong toluen và acetic acid tạo thành sản phẩm trung gian formamidine 17.
DMF-DMA dư trong hỗn hợp phản ứng được loại bỏ bằng phương pháp chưng cất
và thêm 3-ethynyl aniline cùng với acid acetic, phản ứng duy trì ở 60oC trong 5h thu
được hợp chất trung gian 18. Hỗn hợp sản phẩm trung gian 18 được đun hồi lưu tại