Tổng hợp 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2- methylisothiazol-3(2H)-on

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chất bảo quản dùng trong mỹ phẩm 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2- methylisothiazol-3(2H)-on (MCT) có thể gây phản ứng có hại trên da nếu vượt quá nồng độ cho phép nhưng hiện nay trong nước chưa tự sản xuất được các chất đối chiếu này để phục vụ công tác kiểm tra chất lượng mỹ phẩm. Mục tiêu: Tổng hợp MIT và MCT ở quy mô phòng thí nghiệm đạt độ tinh khiết phù hợp để thiết lập chất đối chiếu dùng trong kiểm nghiệm mỹ phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tổng hợp 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2- methylisothiazol-3(2H)-on

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020 Nghiên cứu TỔNG HỢP 2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ON VÀ 5-CLORO-2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ON Trương Ngọc Tuyền*, Nguyễn Ngọc Vinh**, Lê Nguyễn Bảo Khánh*, Phạm Ngọc Tuấn Anh*, Nguyễn Thị Hương Giang*, Nguyễn Ngọc Anh Đào*** TÓM TẮT Đặt vấn đề: Chất bảo quản dùng trong mỹ phẩm 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2- methylisothiazol-3(2H)-on (MCT) có thể gây phản ứng có hại trên da nếu vượt quá nồng độ cho phép nhưng hiện nay trong nước chưa tự sản xuất được các chất đối chiếu này để phục vụ công tác kiểm tra chất lượng mỹ phẩm. Mục tiêu: Tổng hợp MIT và MCT ở quy mô phòng thí nghiệm đạt độ tinh khiết phù hợp để thiết lập chất đối chiếu dùng trong kiểm nghiệm mỹ phẩm. Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu: Hợp chất dị vòng MIT và MCT được tổng hợp từ nguyên liệu đầu acid 3-mercaptopropionic thông qua các phản ứng oxy hóa, amid hóa, đóng vòng và clor hóa. Sản phẩm tổng hợp được tinh chế bằng sắc ký cột, xác định cấu trúc bằng các phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR, xác định độ tinh khiết bằng HPLC-PDA. Kết quả: Sản phẩm tổng hợp được chứng minh cấu trúc, độ tinh khiết đạt 100%. Kết luận: Đã tổng hợp thành công MIT, MCT có độ tinh khiết cao, đạt tiêu chuẩn thiết lập chất đối chiếu. Từ khóa: 2-methylisothiazol-3(2H)-on, 5-cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on, methylisothiazolon, cloro methylisothiazolon, chất bảo quản, mỹ phẩm ABSTRACT SYNTHESIS OF 2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ONE AND 5-CHLORO-2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ONE Truong Ngoc Tuyen, Nguyen Ngoc Vinh, Le Nguyen Bao Khanh, Pham Ngoc Tuan Anh, Nguyen Thi Huong Giang, Nguyen Ngoc Anh Dao * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Vol. 24 - No. 3 - 2020: 41 - 45 Background: Cosmetic preservatives 2-methylisothiazol-3(2H)-one (MIT) and 5-chloro-2-methylisothiazol- 3(2H)-one (MCT) can cause harmful skin reactions if their concentrations are beyond the permissible limit. However, at present, reference standards that used for cosmetic quality control have not been domestically produced yet. Objectives: Synthesis of MIT and MCT at a laboratory scale to obtain substances with suitable purity to establish references used in cosmetic testing. Method: Heterocyclic MIT, MCT compounds are synthesized from 3-mercaptopropionic acid through oxidation, amidation, ring closure and chlorination reactions. The synthesized products are purified by column chromatography, identified structure by IR, MS, 1H-NMR and 13C-NMR spectra, determined purity by HPLC-PDA. Results: The products are proved that they have desired structure and purity of 100%. Conclusion: Successfully synthesized MIT, MCT with high purity that meet requirements for establishment Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh * Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh ** ***Khoa Y Dược, Trường Đại học Trà Vinh Tác giả liên lạc: PGS.TS. Trương Ngọc Tuyền ĐT: 0903330604 Email: truongtuyen@ump.edu.vn B - Khoa học Dược 41
Nghiên cứu Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020 of reference standards. Keywords: 2-methylisothiazol-3(2H)-one, 5-chloro-2-methylisothiazol-3(2H)-one, methylisothiazolone, chloro methylisothiazolone, preservatives, cosmetics ĐẶT VẤNĐỀ Máy đo nhiệt độ nóng chảy Gallenkamp- Sanyo, máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR Hợp chất 2-Methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) Bruker Avance III 500 MHz, máy đo khối phổ và 5-cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on (MCT) là LC-MS Shimadzu, máy đo phổ IR Affinity-1S chất bảo quản thường được dùng trong nhiều Shimadzu, máy sắc ký lỏng hiệu năng cao LC loại mỹ phẩm như dầu gội, sữa tắm, kem chống solution Shimadzu. nắng… do phổ kháng khuẩn, kháng nấm rộng, ít tương kỵ. Tuy nhiên hai chất này có thể gây ra Phương pháp nghiên cứu nhiều phản ứng có hại như viêm da, dị ứng(1). Hội Phương pháp tổng hợp đồng mỹ phẩm ASEAN và Cục Quản lý Dược MIT và MCT được tổng hợp qua 3 giai đoạn Việt Nam quy định hỗn hợp MIT, MCT tỉ lệ 1 : 3 theo sơ đồ 1(3, 4). Các sản phẩm được đo nhiệt độ chỉ được sử dụng trong các sản phẩm rửa sạch nóng chảy và chứng minh cấu trúc bằng phổ: IR, với nồng độ tối đa 15 ppm, MIT riêng lẻ tối đa 100 MS, 1H-NMR và 13C-NMR (Hình 1). ppm, hỗn hợp MIT, MCT tỉ lệ 1 : 3 phối hợp thêm với MIT thì không được phép sử dụng(2). Để thực Giai đoạn 1 hiện công tác kiểm tra chất lượng mỹ phẩm, việc Oxy hóa acid 3-mercaptopropionic tạo acid sử dụng các chất đối chiếu là rất cần thiết. Tuy 3,3’-dithiodipropionic. nhiên, hiện nay cả hai chất này đều chưa có mặt Giai đoạn 2 trong danh mục chất đối chiếu được cung cấp bởi Amid hóa tạo dẫn chất N,N’-dimethyl-3,3’- các Viện Kiểm nghiệm thuốc tại Việt Nam. Do đó, dithiodipropionamid. nghiên cứu được tiến hành với mục tiêu tổng hợp Giai đoạn 3 MIT, MCT quy mô phòng thí nghiệm đạt độ tinh Đóng vòng và clor hóa tạo sản phẩm MIT khiết phù hợp để thiết lập chất đối chiếu dùng và MCT trong kiểm nghiệm mỹ phẩm. Phương pháp xác định độ tinh khiết và hàm lượng ĐỐI TƯỢNG- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU Độ tinh khiết và hàm lượng của MIT và Nguyên liệu và thiết bị MCT được sơ bộ xác định bằng phương pháp Acid 3-mercaptopropionic, thionyl clorid, HPLC. Điều kiện tiến hành: cột pha đảo sulfuryl clorid từ Mỹ; methylamin từ Ấn Độ; Phenomenex C8 4,6 × 250 mm, pha tĩnh 5 µm, methanol dùng cho HPLC từ Đức; các hóa chất thể tích tiêm mẫu 10 µL, tốc độ dòng 1 mL/ phút, khác bao gồm iod, kali iodid, natri hydroxyd, chạy đẳng dòng trong 30 phút, hệ dung môi pha natri bicarbonat, dicloromethan, ethyl acetat, động cho MIT là methanol-nước (5:95), cho MCT methanol, ethanol có nguồn gốc từ Trung Quốc là methanol-nước (30:70), detector PDA, bước được dùng trực tiếp không qua tinh chế. sóng phát hiện 210 nm và 274 nm(5). Hình 1. Quy trình tổng hợp MIT và MCT 42 B - Khoa học Dược
Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020 Nghiên cứu KẾT QUẢ 9:1). Phổ IR (cm-1): 3314 (νNH), 1637 (νC=O), 1541 (δNH). Khối phổ MS C8H16N2O2S2; [M+Na]+ dự Tổng hợp acid 3,3’-dithiodipropionic (1) kiến: 259,0551; [M+Na]+ tìm thấy: 259,0504. Phổ Cho từ từ iod (2,55 g; 10 mmol) vào erlen 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ (ppm): 6,43 (1H, s, chứa sẵn hỗn hợp gồm acid 3-mercaptopropionic NH); 2,99 (2H, t, J = 7 Hz, S-CH2); 2,83 (3H, d, (2,12 g; 20 mmol), natri hydroxyd (0,8 g; 20 mmol) J = 5 Hz, CH3); 2,59 (2H, t, J = 7 Hz, CH2). Phổ 13C- và kali iodid (0,1 g; 0,6 mmol) trong 50 mL NMR (125 MHz, CDCl3) δ (ppm): 171,8 (C=O); methanol, khuấy đều ở nhiệt độ phòng. Sau 35,8 (CO-CH2); 34,4 (S-CH2); 26,4 (CH3). 15 phút, natri thiosulfat được thêm vào để làm Tổng hợp 2-methylisothiazol-3(2H)-on và 5- mất màu dung dịch. Cô cạn dưới áp suất thấp, cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on (3a, 3b) lọc, rửa với nước cất lạnh và kết tinh lại trong Phân tán sản phẩm (2) (2,36 g; 10 mmol) trong ethanol 50% thu được 1,83 g sản phẩm. Hiệu 10 mL dicloromethan, sau đó nhỏ từ từ vào bình suất 87%. cầu 2 cổ chứa sẵn dung dịch gồm sulfuryl clorid Acid 3,3’-dithiodipropionic (1) là tinh thể (2,43 mL; 30 mmol) và 10 mL dicloromethan được trắng dạng vẩy; tan trong nước; dễ tan trong làm lạnh ở 0 oC. Sau khi nhỏ xong, khuấy tiếp ở methanol, ethanol; khó tan trong cloroform, ethyl nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Theo dõi bằng sắc ký acetat. Nhiệt độ nóng chảy: 155 oC. Rf = 0,47 (n- lớp mỏng với pha động là ethyl acetat đến khi vết hexan-ethyl acetat, 1:1); 0,75 (ethyl acetat-ethanol, nguyên liệu biến mất thì dừng phản ứng. Tách 4:1); 0,83 (cloroform-ethanol, 9:1). Phổ IR (cm-1): lớp dầu bên dưới hòa tan trong nước và cho từ từ 2928 (νO-H), 1689 (νC=O), 1236 (νC-O). Phổ MS (m/z) dung dịch natri bicarbonat bão hòa vào đến pH C6H10O4S2 [M–H]– dự kiến: 208,9942; [M–H]– tìm khoảng 7 để chuyển sản phẩm từ dạng muối HCl thấy: 208,9899. Phổ 1H-NMR (500 MHz, CD3OD) thành dạng base. Chiết với ethyl acetat 3 lần, mỗi δ (ppm): 2,95 (2H, t, J = 7 Hz, S-CH2); 2,73 (2H, t, J lần 10 mL sau đó làm khan với natri sulfat. Cô = 7 Hz, CH2). Phổ 13C-NMR (125 MHz, CD3OD) δ quay dưới áp suất giảm thu được hỗn hợp (3a) và (ppm): 175,3 (C=O); 49,0 (CO-CH2); 34,7 (S-CH2). (3b) dạng dầu màu vàng nhạt. Tiến hành sắc ký Tổng hợp N,N’-dimethyl-3,3’- cột với silica gel 0,2-0,5 µm, pha động ethyl acetat- dithiodipropionamid (2) ethanol (15:1) để tách (3a) và (3b). Sau khi cô Cho sản phẩm (1) (2,1 g; 10 mmol) vào bình dung môi, (3b) xuất hiện ở dạng dầu nhầy nên cầu hai cổ có chứa SOCl2 (7 mL, 96 mmol), tiến hành kết tinh lại trong n-hexan được tinh thể khuấy đều ở 60 oC đến khi (1) tan hết tạo thành hình kim màu trắng. Tổng khối lượng sản phẩm chất lỏng màu vàng cam. Để nguội và hòa tan thu được là 0,64 g. Hiệu suất chung đạt 45,12%. trong 10 mL dicloromethan. Nhỏ từ từ dung Sản phẩm (3a) là chất lỏng vàng nhạt; dễ tan dịch này vào bình cầu chứa methylamin 40% (8 trong nước, methanol, ethanol; khó tan trong mL, 93 mmol) được làm lạnh trong nước đá cloroform, ethyl acetat, n-hexan. Rf = 0,28 (ethyl đồng thời khuấy mạnh. Sau 2 giờ khuấy ở nhiệt acetat); 0,42 (ethyl acetat-ethanol, 14 : 1); 0,60 độ phòng, lớp dicloromethan được tách ra, làm (cloroform-ethanol, 9 : 1). (3b) là tinh thể trắng khan với natri sulfat rồi cô cạn dưới áp suất giảm hình kim; dễ tan trong nước, methanol, ethanol; thu sản phẩm rắn, kết tinh lại trong ethyl acetat tan trong cloroform, ethyl acetat, khó tan trong được 1,38 g. Hiệu suất: 58,62%. n-hexan, nóng chảy ở 57 oC. Rf = 0,68 (ethyl N,N’-Dimethyl-3,3’-dithiodipropionamid là acetat); 0,75 (ethyl acetat-ethanol, 14 : 1); 0,72 tinh thể hình kim màu trắng; dễ tan trong (cloroform-ethanol, 9 : 1). Dữ liệu phổ của hai methanol, ethanol; khó tan ethyl acetat, n-hexan. chất này được thể hiện ở bảng 1, đối chiếu với Nhiệt độ nóng chảy: 105 oC. Rf = 0,23 (ethyl dữ liệu tham khảo cho phép khẳng định cấu trúc acetat-ethanol, 14:1); 0,50 (cloroform-ethanol, của sản phẩm tổng hợp. B - Khoa học Dược 43
Nghiên cứu Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020 Bảng 1. Thông tin cấu trúc sản phẩm MIT và MCT Sản phẩm tổng hợp Tài liệu tham khảo(6) Phổ IR (cm-1) 3110 (ν=C-H), 2984 (νC-H), 1646 (νC=O), 1590 (νC=C), 1648 (νC=O). MIT 1328 (νC-N). Khối phổ MS [M+H]+ dự kiến: 116,0170; [M+H]+ tìm thấy: 116,0180. [M]: 115,1. (C4H5NOS) Phổ 1H-NMR δ (ppm) 8,49 (1H, d, J = 6,5 Hz, S-CH=); 6,32 (1H, d, J = 6,5 Hz, 8,42 (1H, d, J = 6,1 Hz, S-CH=); 6,22 (1H, d, CH=); 3,41 (3H, s, CH3) (a) J = 6,1 Hz, CH=); 3,35 (3H, s, CH3) (a’) Phổ 13C-NMR δ (ppm) 168,5 (C=O); 141,9 (S-CH=); 113,5 (CH=); 29,6 (CH3) (b) 172,0 (C=O); 143,8 (S-CH=); 114,9 (CH=); 31,2 (CH3) (b’) Phổ IR (cm-1) MCT 3075 (ν=C-H), 1641 (νC=O), 1528 (νC=C), 1296 (νC-N). 1659 (νC=O) Khối phổ MS [M+H]+ dự kiến: 149,9780; [M+H]+ tìm thấy: 149,9744 [M]: 151,0 (37Cl); 149,0 (35Cl) (C4H4ClNOS) Phổ 1H-NMR δ (ppm) 6,44 (1 H, s, CH=); 3,35 (3H, s, CH3) (c) 6,20 (1H, s, CH=); 3,29 (3H, s, CH3) (c’) Phổ 13C-NMR δ (ppm) 168,8 (C=O); 147,6 (CCl); 113,9 (CH=); 30,5 (CH3) (d) 166,9 (C=O); 145,3 (CCl); 114,3 (CH=); 29,9 (CH3) (d’) 500 MHz, D2O; (a’) 200 MHz, CD3OD; (b) 125 MHz, DMSO-d6; (b’) 50 MHz, CD3OD; (c) 500 MHz, D2O; (c’) 200 (a) MHz, CDCl3; (d) 125 MHz, D2O ; (d’) 50 MHz, CDCl3 Xác định độ tinh khiết và hàm lượng Xác định độ tinh khiết và hàm lượng của 2-methylisothiazol-3(2H)-on, 5-cloro-2- mẫu thử methylisothiazol-3(2H)-on bằng phương Sắc ký đồ cho thấy hai sản phẩm có độ tinh pháp sắc ký lỏng khiết cao. Với MIT, kể cả khi quan sát ở bước Chuẩn bị mẫu thử Cân chính xác khoảng 10 mg MIT thêm vừa sóng thấp 210 nm cũng chỉ thấy một đỉnh tạp đủ 20 mL methanol, thực hiện tương tự với MCT. rất nhỏ, chiếm tỉ lệ không đáng kể (Hình 2). Điều kiện tiến hành Còn sản phẩm MCT chỉ có một pic duy nhất Như phần phương pháp nghiên cứu. trên sắc ký đồ khi quan sát ở cả hai bước sóng Khảo sát tính phù hợp hệ thống (Hình 3). Dựa theo phần trăm diện tích pic, có Tiêm 6 lần mẫu thử MIT và MCT. Hệ thống thể kết luận độ tinh khiết sắc ký của hai sản sắc ký đạt yêu cầu về độ thích hợp hệ thống để phẩm đạt 100%. phân tích mẫu MIT và MCT (Bảng 2). Bảng 2. Kết quả khảo sát tính phù hợp hệ thống quy trình phân tích HPLC Tên chất Thời gian lưu Hệ số bất đối Diện tích (µV × giây) Số đĩa lý thuyết (phút) 0,8 ≤ AS ≤ 1,5 RSD ≤ 2% N ≥ 2000 MIT 10,7 1,4 6798502 5264 (RSD = 0,2%) (RSD = 0,1%) MCT 9,6 1,5 10741092 11627 (RSD = 0,07%) (RSD = 0,2%) Hình 2. Sắc ký đồ của MIT (I) bước sóng 210 nm; (II) bước sóng 274 nm 44 B - Khoa học Dược
Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020 Nghiên cứu Hình 3. Sắc ký đồ của MCT (III) bước sóng 210 nm; (IV) bước sóng 274 nm 2. Cục Quản lý Dược (2018). Biên bản cuộc họp ACSB 27, ACC KẾT LUẬN 27 và phụ lục Hiệp định mỹ phẩm ASEAN thống nhất sau Từ nguyên liệu đầu là acid 3- cuộc họp ACC 27. URL: https://dav.gov.vn/bien-ban-cuoc- hop-acsb-27-acc-27-va-phu-luc-hiep-dinh-my-pham-asean- mercaptopropionic và các tác nhân phản ứng thong-nhat-sau-cuoc-hop-acc-27--n779.html (access on đơn giản, đã tổng hợp thành công 2- 24/05/2020). 3. Easton J (1985). Syntheses of β-Lactams by ring methylisothiazol-3(2H)-on và 5-cloro-2- contraction ofisothiazolidinones. Journal of the Chemical methylisothiazol-3(2H)-on quy mô phòng thí Society, I: 153 – 157. nghiệm qua các giai đoạn oxy hóa, amid hóa, 4. Kim JM, Kim JS (2002). Process for preparation of 3- isothiazolone mixture and composition comprising the đóng vòng và clor hóa. Hai sản phẩm đạt độ mixture. US Patents 6376680B1. tinh khiết sắc ký 100% khi kiểm tra bằng phương 5. Viện Le Hoa, Vo Hung, Do Trang, Thai Thu, Dinh Le (2019). pháp HPLC, cột pha đảo Phenomenex C8, đầu Development and validation of an HPLC method for simultaneous assay of MCI and MI in shampoos containing dò PDA, bước sóng phát hiện 210 và 274 nm. plant extracts. International Journal of Analytical Chemistry, Độ tinh khiết của sản phẩm thu được phù 2019(6):1-10.. 6. Sanchez R (2003). Studies of chemical selectivity of hapten, hợp với tiêu chuẩn thiết lập chất đối chiếu dùng reactivity, and skin sensitization potency. Synthesis and trong kiểm nghiệm mỹ phẩm. Với các kết quả studies on the reactivity toward model nucleophiles of the 13C-labeled skin sensitizers, 5-chloro-2-methylisothiazol- nghiên cứu bước đầu, có thể tiếp tục khảo sát để 3-one and 2-methylisothiazol-3-one. Chem Res Toxicol, tối ưu hóa các điều kiện phản ứng nhằm nâng 16(5):627-636. cao hiệu suất của quy trình tổng hợp và tiến hành thiết lập chất đối chiếu. Ngày nhận bài báo: 04/02/2020 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Taubert K, Kraus S, Schulze B (2002). Isothiazol-3(2H)-ones, Ngày phản biện nhận xét bài báo: 24/04/2020 part I: synthesis, reaction and biological activity. Journal of Ngày bài báo được đăng: 20/07/2020 Sulfur Reports, 23(1):79-121. B - Khoa học Dược 45