BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ KIM NGÂN
MÃ SINH VIÊN: 1201402

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MỘT SỐ
ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TRONG QUY
TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN TỪ
PIPERONAL
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2017


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ KIM NGÂN
MÃ SINH VIÊN: 1201402

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MỘT SỐ
ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TRONG QUY
TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN TỪ
PIPERONAL
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện
2. Ths. Nguyễn Minh Ngọc
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược

Trần Thị Kim Ngân


MỤC LỤC
DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

3

1.1. Tổng quan về berberin

3

1.1.1. Cấu trúc hóa học

3

1.1.2. Tính chất vật lý, hóa học

3

1.1.3. Tác dụng dược lý

5

24

2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết

25

2.3.3. Xác định cấu trúc

25

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Tổng hợp hóa học

26
26

3.1.1 Phản ứng tổng hợp II từ I

26

3.1.2. Phản ứng tổng hợp III từ II

26

3.1.3. Phản ứng tổng hợp IV từ III

28

3.1.4. Phản ứng ngưng tụ V từ IV




DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
13

C-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Cacbon-13
(Carbon-13-Nuclear Magnetic Resonance spectroscory)

1

H-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
(Proton-Nuclear Magnetic Resonance spectroscory)

Ac2O

Anhydrid acetic

AcOH

Acid acetic

Amphos

Di-tert-butyl-(4-dimethylaminophenyl)phosphin

AMPK

Triethylamin

EtOH

Ethanol

h

Giờ

Hpư

Hiệu suất phản ứng

IC50

Nồng độ ức chế 50%

KLPT

Khối lượng phân tử

m

Khối lượng

m/z

Tỉ số khối lượng và điện tích



n-Butanol

NH4OAc

Amoni acetat

PdCl2(PPh3)2

Bis(triphenylphosphin)paladi(II) diclorid

ph

Phút

Rf

Hệ số lưu giữ (Retention factor)

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

sp

Sản phẩm

t

Thời gian

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
22
Bảng 2.2. Các thiết bị, máy móc nghiên cứu
23
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng ngưng tụ
nitro
27
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng ngưng
tụ nitro
27
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi kết tinh đến hiệu suất phản ứng
ngưng tụ nitro
28
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác Ni2B tới hiệu suất phản ứng tổng
hợp homopiperonylamin thông qua lượng NaBH4 và NiCl2.6H2O đã sử
dụng.
29
Bảng 3.5. Khảo sát việc lựa chọn dung môi tiến hành phản ứng ngưng tụ tạo amin IV
31
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi kết tinh đến độ tinh khiết sản
phẩm
32
Bảng 3.7. Kết quả giá trị Rf và Tonc của các chất tổng hợp được
33
Bảng 3.8. Kết quả phân tích phổ MS của các sản phẩm
33
1
Bảng 3.9. Kết quả phân tích phổ H-NMR của các sản phẩm

Hình 1.9. Tổng hợp berberin của Lin
Hình 1.10. Tổng hợp berberin của Chen
Hin
̀ h 1.11. Tổng hợp berberin của Peng Yang, Yan Xiang Wang

13
13
14
15

Hin
̀ h 1.12. Tổng hợp berberin của Alice Gatland
Hin
̀ h 1.13. Sơ đồ tổng hợp berberin của Virshinha Reddy
Hin
̀ h 1.14. Cấu trúc hóa học của piperonal
Hình 1.15. Sơ đồ tổng hợp piperonal từ 1,2-methylendioxybenzen
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal
Hình 3.1. Sơ đồ tổng hợp (E)-5-(2-nitrovinyl)benzo[d][1,3]dioxol từ piperonal

16

8

17
18
19
24
26


tâm nhiều hơn [8]. Các dạng muối thường được sử dụng làm thuốc là: berberin clorid,
berberin sulfat, berberin bisulfat và berberin tannat [32].
Hiện nay, berberin trong công nghiệp chủ yếu được chiết xuất từ thân và rễ cây
vàng đắng [34]. Tuy nhiên, do bị khai thác quá mức nên từ năm 1996, loài cây thuốc
quý này đã được đưa vào Sách Đỏ Việt Nam [1] dẫn đến nguy cơ nguồn nguyên liệu
chiết xuất berberin trong tương lai sẽ không còn. Đối với hai loài hoàng liên chứa
berberin thì tại Trung Quốc, người ta ước tính rằng cần phải có hơn 53,7 triệu cây
hoàng liên để đáp ứng cho nhu cầu một năm là 500 tấn berberin [29]. Do vậy, cần
thiết phải có một phương pháp thay thế nguồn berberin tự nhiên đang ngày càng cạn
kiệt để đảm bảo hệ sinh thái cũng như vấn đề về chi phí kinh tế. Trên thế giới, các
quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc đã thành công trong tổng hợp hóa học, cũng như
thương mại hóa chế phẩm berberin từ những năm 1980, do đó phương pháp tổng hợp
hóa học là một hướng đi hứa hẹn đầy triển vọng. Tuy nhiên, Việt Nam vẫn chưa có

1


nghiên cứu nào công bố liên quan về tổng hợp berberin. Nhận thấy piperonal là một
nguyên liệu công nghiệp sẵn có, rẻ tiền, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong tổng
hợp hóa dược với vai trò là chất trung gian trong tổng hợp: L-dopa [51], tadalafil [19],
cephalotaxin [21],... Ngoài ra, piperonal còn là nguồn nguyên liệu chủ yếu để tổng
hợp homopiperonylamin-chất trung gian quan trọng trong quy trình sản xuất berberin
hóa học. Cho nên chúng tôi cho rằng, việc tổng hợp berberin từ một nguồn nguyên
liệu như piperonal trở nên rất khả thi và thiết thực.
Vì vậy, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khảo sát một số điều kiện phản
ứng trong quy trình tổng hợp berberin từ piperonal”. Đề tài được thực hiện với mục
tiêu: Khảo sát được một số yếu tố đến quy trình tổng hợp berberin từ piperonal.

2



+ Berberin clorid dihydrat: 204-206°C.
1.1.2.2. Tính chất hóa học
 Phản ứng trao đổi gốc muối:
Berberin tự do có tính chất như một base yếu, có khả năng tạo muối bằng cách
thay thế nhóm OH, tạo muối berberin không giống như các alkaloid khác mà tạo muối
giống hydroxyd kim loại (loại đi phân tử nước).
[C20H18O4N]+OH- + HCl  [C20H18O4N]+Cl- + H2O
 Phản ứng mở vòng isoquinolin
Berberin kém ổn định trong môi trường kiềm mạnh do N không bền vững dễ hỗ
biến mở vòng. Berberin (1) chuyển thành berberinal (2) [34] như sơ đồ sau:

Hin
̀ h 1.2. Sơ đồ phản ứng chuyển hóa berberin thành berberinal trong môi trường
kiềm
 Phản ứng khử nối đôi của vòng isoquinolin:
Liên kết đôi C=N của berberin dễ tham gia phản ứng cộng nucleophin. Ngoài ra,
nhân thơm chứa N có thể mất mạch kép khi có tác nhân khử cho các hydroalkaloid
không màu (Sơ đồ hình 1.3).

Hin
̀ h 1.3. Sơ đồ phản ứng khử berberin thành tetrahydroberberin 3
4


1.1.3. Tác dụng dược lý
Berberin từ lâu đã được sử dụng trong y học truyền thống Ấn Độ và y học Trung
Quốc để điều trị nhiều vấn đề về sức khoẻ, bao gồm các vấn đề về ruột, nhiễm trùng
do vi khuẩn và viêm. Trong giới y khoa, theo bác sĩ Junger, berberin tác dụng giải
độc tố cho cơ thể do ngăn ngừa rò rỉ năng lượng và hỗ trợ sức khỏe tiêu hóa. Gần

gặp phải tác dụng không mong muốn trên tiêu hóa và tim mạch nên berberin là một
liệu pháp để thay thế. Từ đó, nhiều bác sĩ bắt đầu sử dụng berberin để điều trị bệnh
tiểu đường ở Trung Quốc, chủ yếu là bệnh đái tháo đường typ 2. Berberin có tác dụng
hạ đường huyết thông qua tăng cường hoạt động của thụ thể insulin, từ đó tăng hấp

5


thu và giảm tác động của glucose lên cơ thể, đồng thời bảo vệ và tái tạo tế bào beta ở
tuyến tụy [16]. Berberin làm giảm sự đề kháng insulin trên chuột bị béo phì, tương tự
như metformin [15]. Berberin tăng cường sự chuyển hóa glucose bằng cách kích thích
quá trình đường phân. Ngoài ra, berberin cũng có tác dụng ức chế α-glucosidase, làm
phân hủy tinh bột và disaccharid thành glucose. Berberin làm giảm lượng insulin
trong máu thông qua tăng cường độ nhạy insulin ở bệnh nhân tiểu đường typ 2 mới
được chẩn đoán [53].
1.1.3.3. Tác dụng chống ung thư
Mặc dù berberin vẫn chưa được sử dụng trong điều trị lâm sàng, nhưng nó có tác
động chống oxy hóa trên một số loại khối u. Một nghiên cứu tiến hành trên 60 dòng
tế bào khối u cho thấy giá trị IC50 cho berberin cũng tương tự như các alkaloid khác
được sử dụng trong hóa trị liệu như paclitaxel hoặc vinblastin [11]. Các tế bào ung
thư nhạy cảm với berberin bao gồm các khối u ác tính về huyết học hoặc ung thư biểu
mô rắn [20]. Dựa trên bằng chứng in vitro, berberin ảnh hưởng đến một vài bước phát
triển khối u bao gồm tăng sinh tế bào, chết tế bào và xâm lấn [43, 44]. Tuy nhiên, có
nhiều bằng chứng cho thấy rằng berberin cũng có thể ức chế sự phát triển của khối u
trong cơ thể [43]. Ngoài ra, berberin tăng hiệu quả của hóa trị liệu hoặc hiệu ứng xạ
trị.
1.1.3.4. Tác dụng hạ huyết áp và chống loạn nhịp tim
Berberin đã được sử dụng trong điều trị một số bệnh về tim như cao huyết áp và
loạn nhịp trong y học dân gian [3, 13], phòng ngừa nhịp nhanh thất; rối loạn nhịp thất
cơ tim do thiếu máu cục bộ gây ra, cải thiện chức năng co bóp tim và giảm sự đề

nay. Tuy nhiên, do những nhược điểm đã trình bày trong phần “Đặt vấn đề” nên cần
tìm phương pháp khác để thay thế nhằm đảm bảo nguồn cung cấp berberin. Để khắc
phục vấn đề này, tác giả Lại Đức Lưu và cộng sự đã nghiên cứu phương pháp sử dụng
công nghệ khí canh, song mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm. Chính vì vậy,
cần phải có hướng đi mới cho berberin. Một trong những hướng đi triển vọng hiện
nay là tổng hợp từ con đường hóa học.
7


Bột vàng đắng
Ngâm ở nhiệt độ phòng

H2SO4 0,4%

Dịch chiết

NaCl

Bã dược liệu

Lọc
Tủa
(Berberin clorid thô)
Tẩy màu, kết tinh lại.

EtOH 96o

Berberin
clorid
Hin

iodid.
9


Hin
̀ h 1.6. Tổng hợp berberin idodid của Kametani
1.2.3. Phương pháp của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc
Năm 1980, Viện Y học cổ truyền Trung Quốc đưa ra quy trình tổng hợp berberin
từ phenol, berberin thu được có độ tinh khiết cao (>99%) so với phương pháp chiết
xuất từ thực vật (97%). Hiệu suất của toàn bộ quy trình là 15%.
Năm 1981, xí nghiệp dược phẩm Đông Bắc, Trung Quốc đã sản xuất berberin
theo quy trình này với sản lượng 30 tấn/năm. Tuy nhiên, do quy trình phức tạp, hiệu
10


suất thấp, chi phí lớn, các tác nhân gây ô nhiễm môi trường như benzen,
dimethylsulfoxid nên năm 1994, phương pháp này đã bị ngừng lại [23, 57].
Quy trình gồm 17 bước được biểu diễn trong sơ đồ hình 1.7.
 Quy trình:
Phenol 19 được cloro hóa ở 24-28oC bằng tác nhân là khí Cl 2 rồi thủy phân
thu được catechol 22. Catechol phản ứng với CH2Cl2 ở nhiệt độ 110-115oC tạo
thành hợp chất 23. Hợp chất 23 lần lượt tác dụng với 1,3,5-trioxan,
hexamethylentetramin, acid acetic thu được piperonal 26. Ngưng tụ 26 với
ClCH2CO2CH3 trong môi trường kiềm tạo thành hợp chất 27. Thủy phân 27 bằng
NaOH rồi xử lí tiếp với CH3COOH thu được 29. Ngưng tụ 29 với NH3 cho hợp
chất imin 30. Khử hóa 30 tạo thành homopiperonylamin 6. Tiếp theo, 6 ngưng tụ
với 2,3-dimethoxybenzaldehyd, rồi khử hóa bằng H2, xúc tác Ni cho 31. Muối của
31 với HCl tham gia phản ứng đóng vòng với glyoxal được 33. Trong điều kiện
thích hợp, xử lý 33 thu được berberin clorid.


Năm 2007, nghiên cứu cải tiến quy trình sản xuất berberin của Chen và cộng sự
đưa ra bắt đầu từ nguyên liệu dimethoxylphenylmethanol 35 (Hình 1.10). Quy trình
13


gồm 6 giai đoạn, hiệu suất mỗi giai đoạn đều trên 90%, toàn bộ quy trình là 67%.
Quy trình này được đưa vào sản xuất cùng năm đó trong công nghiệp bởi công ty
dược phẩm Changzhou Yabang, Trung Quốc [23].

Hin
̀ h 1.10. Tổng hợp berberin của Chen
 Quy trình:
Methyl hóa 2,3-dimethoxybenzyl methanol 35 bằng dimethylsulfat trong dung
dịch NaOH 30% ở 80°C thu được 1-(methoxymethyl)-2,3-dimethoxybenzen 36, hiệu
suất 98%. Tiếp theo, cho 36 phản ứng với paraformaldehyd và HCl trong toluen ở
30°C thu được 2-(methoxymethyl)-3,4-dimethoxybenzyl clorid 37, hiệu suất 91%.
Thế Cl- của 37 bằng CN- trong với tác nhân là NaCN trong toluen, xúc tác
tetrabutylamoni bromid được 38, hiệu suất 95%. 38 tạo 39 với methanol rồi ngưng tụ
với homopiperonylamin 6 thu được hợp chất 40. Thực hiện phản ứng đóng vòng giữa
40 và phosphopentaclorid, dichloromethan ở 40°C cho berberin thô. Hòa tan sản

14


phẩm thô trong một lượng nhỏ acid acetic, toluen và acid clorohydric đặc ở 50°C,
khuấy trong 30 phút thu được berberin hydroclorid, hiệu suất 89%.
1.2.6. Phương pháp của Peng Yang (2008) [52], Yan Xiang Wang (2009) [48, 49]
Năm 2008, Peng Yang và Yan Xiang Wang đã đưa ra quy trình tổng hợp berberin
(Hình 1.11) đi từ chất ban đầu là homopiperonylamin 6. Tương tự như phương pháp
của Lin (1981) nhưng thay đổi tác nhân khử và các thông số quy trình.

16