Laboratoř oboru Výroba léčiv (N111049) Asymetrická transfer hydrogenace při syntéze prekurzorů farmaceutických substancí O Vedoucí práce: Ing. Jiří Vavřík Ing. Jakub Januščák Studijní program: Studijní obor: Syntéza a výroba léčiv Výroba léčiv Umístění práce: A77b
OBSAH 1. ÚVOD...1 2. ÚKOLY...3 2.1. Výpočet navážek...3 2.2. Pracovní postup...4 2.3. Analýza vzorků...4 2.4. Zpracování výsledků...5
1. ÚVOD Chirální látky přírodního původu (cukry, aminokyseliny, apod.) se v živých organismech zpravidla nacházejí pouze ve formě jednoho enantiomeru, přestože fyzikální a chemické vlastnosti obou antipodů jsou identické. Důvodem může být to, že optické isomery takových biologicky aktivních látek mívají odlišný účinek na biologický systém. To je velice důležité u léčiv, kde aktivní léčivou látkou je právě jeden z enantiomerů, zatímco druhý je neaktivní, nebo dokonce pro organismus škodlivý. Optická čistota aktivních farmaceutických ingrediencí je tedy v dnešní době respektovaným parametrem. Dělení racemických směsí, které vznikají při klasických syntetických postupech je nákladné a neefektivní, protože velká část produktu (nepotřebné isomery) často nenacházejí využití. Z tohoto důvodu jsou stále populárnější metody asymetrické syntézy, při kterých vzniká nadbytek žádaného enantiomeru. Jednou z významných metod je asymetrická hydrogenace. Asymetrickou hydrogenaci je možné provádět dvěma způsoby. Klasický způsob využívá plynný vodík, při tzv. transfer hydrogenaci slouží jako zdroj vodíku jednoduchá organická molekula (isopropanol, kyselina mravenčí atd.). Transfer hydrogenace je výbornou alternativou v případech, kdy není možné, anebo praktické použít klasickou hydrogenaci (vyšší investiční náklady na zařízení, bezpečnostní rizika, atd.). Asymetrická transfer hydrogenace (ATH) je velice intenzivně zkoumanou oblastí homogenní katalýzy. Jelikož se tato reakce vyznačuje vysokou enantioselektivitou, může být s výhodou použita k výrobě léčivých a vonných látek i dalších speciálních chemikálií. Největším průlomem ve vývoji ATH byl objev katalytického komplexu s chirálním difenylethylendiaminovým ligandem [Ru(II)Cl(η 6 -aren)(n-tosyl-1,2-difenylethylen-1,2- diamin)], krátce [Ru(II)Cl(η 6 -aren)ts-dpen] v roce 1995. S využitím tohoto katalytického systému je možné hydrogenovat C=N a C=O dvojné vazby v různých typech substrátů, jsou alkyl-, arylketony, cyklické ketony a iminy i další látky s enantioselektivitami vyššími než 90%. 1
Asymetrickou transfer hydrogenací dihydroisochinolinů vznikají tetrahydroisochinoliny, které jsou stavebními bloky mnoha v přírodě se vyskytujících alkaloidů a různých aktivních farmaceutických substancí (především svalová myorelaxancia: Mivakurium, Atrakurium, Doxakurium, Cisatrakurium). Mivakurim chlorid 2
2. ÚKOLY 2.1. Výpočet navážek Reakční směs se skládá z: rozpouštědla acetonitril (ACN), prekurzoru katalyzátoru [RuCl(p-cymen)(1S,2S)-TsDPEN], donoru vodíku kyselina mravenčí (FA), triethylaminu (TEA) aktivuje prekurzor absorpcí uvolněného HCl, z prekurzoru vzniká katalyticky aktivní hydrid. Také udržuje vhodné ph, protože kyselé prostředí by vedlo k rozpadu katalyzátoru, substrátu 6,7-dimethoxy-1-methyl-3,4-dihydroisochinolin. 6,7-Dimethoxy-1-methyl-3,4- dihydroisochinolin [RuCl(p-cymen)TsDPEN] Zadané hodnoty: Hmotnost substrátu m(substrát) = 30 mg, molární poměr substrát/katalyzátor (S/C) = 100, molární poměr kyselina mravenčí/substrát (FA/S) = 6,3, molární poměr kyselina mravenčí/triethylamin (FA/TEA) = 2,5, Cl Ru H 2 N koncentrace substrátu v reakční směsi: c(substrát) = 0,146 mmol/ml. Ph N O O S Ph K dopočítání: Hmotnost katalyzátoru, objem kyseliny mravenčí, objem triethylaminu, objem rozpouštědla. pozn.: je potřeba vyhledat hodnoty hustot a molárních hmotností výchozích látek (výrobci chemikálií, MSDS). 3
2.2. Pracovní postup Nasazení reakce, odběr a příprava vzorků: Do baňky o objemu 10 ml umístěné ve vodní lázni vyhřáté na teplotu 30 C se napipetují vypočtená množství látek v následujícím pořadí: rozpouštědlo, roztok katalyzátoru, triethylamin a kyselina mravenčí. Po 5 minutách potřebných pro aktivaci katalyzátoru je přidáním substrátu zahájena reakce. Jsou připraveny a označeny viálky o objemu 7 ml s cca 1,5 ml nasyceného roztoku sody k ukončení reakce. Do takto připravených viálek jsou odebírány vzorky (0,1 ml) v čase 5, 10, 20 a 35. Po 55 minutách je odebráno dvojnásobné množství vzorku (0,2 ml). Vzniklé směsi jsou přímo ve viálkách extrahovány diethyletherem (2x2 ml). Pomocí Pasteurových pipet je organická fáze odebrána do nových označených viálek a je vysušena pomocí síranu sodného (30 min). Po dekantaci etherické fáze je rozpouštědlo vystripováno proudem vzduchu. Odpařené vzorky se rozpustí v acetonitrilu (0,8 ml) a převedou se do připravených viálek pro GC (2 ml). K poslednímu vzorku se přidá 1,6 ml ACN a rozdělí se do dvou GC viálek. 2.3. Analýza vzorků Stanovení konverze: Vzorky připravené v označených viálkách se umístí do autosampleru, otevřou se plyny H 2 a N 2 a zapne se GC. Zvolí se metoda vyhřátí a vytvoří se automatizační list vzorků (samplelist). Po vyhřátí chromatografu se navolí metoda pro stanovení konverze a spustí se samplelist, vzorky jsou pak automaticky analyzovány. Stanovení enantiomerního přebytku (ee): Pro stanovení ee byly v naší laboratoři vyvinuty dvě metody: chirální solvatace Pirklovým alkoholem ((R)-( )-2,2,2-trifluoro-1-(9-anthryl)ethanol) derivatizace (1R)-( )-mentylchloroformiátem. V této práci bude použita druhá uvedená metoda. Do jedné z viálek s posledním odebraným vzorkem se přidá 20 µl TEA a 10 µl (1R)-( )-mentylchloroformiátu, tím se vzorek derivatizuje pro stanovení zastoupení jednotlivých enantiomerů produktu. K analýze derivatizovaného vzorku se použije GC, avšak je potřebné zvolit jiný teplotní program kolony. Analytické metody budou upřesněny při samotné práci. 4
2.4. Zpracování výsledků Výsledky budou zpracovány do poskytnuté šablony protokolu. V protokolu bude po krátkém úvodu stručně shrnut cíl práce, budou popsány použité chemikálie, výpočet navážek, stručný postup a dále popis použitých analytických metod na GC (použitá kolona, teplotní program...) Výsledky budou zobrazeny v grafu závislosti konverze (x) na čase (t), bude určen enantiomerní přebytek (ee) a vypočtena počáteční reakční rychlost (lineární regrese prvních dvou bodů křivky) v mmol.min -1. Hlavní dosažené výsledky budou následně shrnuty a diskutovány v závěru protokolu. 5