›

Khóa luận Áp dụng montmorillonite trao đổi cation xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline

pdf 43 trang thiennha21 15/04/2022 6430
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Áp dụng montmorillonite trao đổi cation xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_ap_dung_montmorillonite_trao_doi_cation_xuc_tac_ph.pdf

Nội dung text: Khóa luận Áp dụng montmorillonite trao đổi cation xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC  KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ÁP DỤNG MONTMORILLONITE TRAO ĐỔI CATION XÚC TÁC PHẢN ỨNG TỔNG HỢP DẪN XUẤT PYRANOQUINOLINE GVHD: ThS. Phạm Đức Dũng SVTH: Điệp Thị Tiến MSSV: K39.106.108 Tp. Hồ Chí Minh 5-2017
  2. LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian 4 năm học tập tại giảng đường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh, cùng với lịng yêu nghề, tâm huyết và hết mực truyền đạt của các thầy cơ đã giúp em tích lũy được rất nhiều kiến thức và một số kỹ năng cần thiết cho cuộc sống. Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Phạm Đức Dũng. Cảm ơn thầy đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài để em cĩ thể hồn thành khĩa luận tốt nghiệp một cách tốt nhất. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cơ trong Khoa Hĩa Học - Trường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh đã luơn chỉ bảo, khuyến khích và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt 4 năm học qua, giúp em tiếp thu được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm cũng như những kỹ năng cần thiết cho tương lai. Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, các bạn trong tổ bộ mơn “Tổng hợp hữu cơ” K39 nĩi riêng và các bạn là sinh viên ngành Hĩa Học Hữu Cơ nĩi chung, đã khuyến khích, hỗ trợ và giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian qua. Tuy nhiên, vì thời gian và khả năng cĩ hạn, bài khĩa luận này sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, em rất mong nhận được ý kiến, sự gĩp ý của các Thầy Cơ và bạn bè để bài khĩa luận trở nên hồn chỉnh hơn. Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy Cơ sức khỏe, thành cơng và hạnh phúc. Em xin chân thành cảm ơn! 1
  3. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 8 1. Lý do chọn đề tài 8 2. Mục tiêu nghiên cứu 8 3. Phương pháp nghiên cứu 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1. Phản ứng đa thành phần 10 1.2. Phản ứng Povarov 10 1.2.1. Phản ứng Diels-Alder 10 1.2.2. Phản ứng Aza-Diels-Alder 11 1.2.3. Phản ứng Povarov 11 1.3. Một số phương pháp tổng hợp theo Povarov đã được thực hiện trên thế giới 12 1.3.1. Tổng hợp các dẫn xuất của pyranoquinoline sử dung xúc tác thiếc (II) Clorua. 12 1.3.2. Tổng hợp dẫn xuất 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3-f]quinoline sử dụng xúc tác iod 14 1.3.3. Phản ứng Povarov tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể acid rắn (Fe3+-K-10 montmorillonite) 15 1.4. Về xúc tác Montmorillonite. 16 1.4.1. Khái niệm 16 1.4.2. Cấu trúc 17 1.4.3. Tính chất vật lý 17 1.5. Tổng quan về siêu âm 19 1.5.1. Giới thiệu 19 1.5.2. Nguyên lý hoạt động 19 1.5.3. Nguồn siêu âm 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1. Hĩa chất và thiết bị 22 2.2. Điều chế xúc tác 22 2.2.1. Điều chế montmorillonite tinh chế 22 2.2.2. Hoạt hĩa acid montmorillonite Lâm Đồng 22 2.2.3. Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hĩa acid 22 2.3. Điều chế 22 2.4. Quá trình tối ưu hĩa 23 2.5. Xác định cơ cấu các sản phẩm 23 2.6. Xác định cơ cấu xúc tác 23 2
  4. 3.1. Tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline 24 3.1.1. Sơ đồ tổng hợp 24 3.1.2. Khảo sát xúc tác sử dụng 24 3.1.3. Tối ưu hĩa nhiệt độ 25 3.1.4. Tối ưu hĩa thời gian phản ứng 26 3.1.5. Tối ưu hĩa tỉ lệ phản ứng 26 3.1.6. Tối ưu hĩa khối lượng xúc tác 27 CHƯƠNG 4: ĐỊNH DANH SẢN PHẨM 28 4.1. Hợp chất 4: cis-9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline 28 4.2. Hợp chất 5: trans-9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H- pyrano[3,2-c]quinoline 32 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 40 3
  5. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả phản ứng Povarov sử dụng xúc tác SnCl2 14 Bảng 1.2. Kết quả phản ứng Povarov sử dụng xúc tác SnCl2 với tác chất và thời gian khác nhau 14 Bảng 1.3. Kết quả phản ứng tổng hợp 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3- f]quinoline . 15 Bảng 1.4. Kết quả phản ứng tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể 15 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát xúc tác . . . 25 Bảng 3.2. Kết quả tối ưu hĩa theo nhiệt độ 25 Bảng 3.3. Kết quả tối ưu hĩa theo thời gian 26 Bảng 3.4. Kết quả tối ưu hĩa tỉ lệ phản ứng .26 Bảng 3.5. Kết quả tối ưu hĩa khối lượng xúc tác . . 27 Bảng 4.1. Kết quả quy kết các mũi trong phổ 1H-NMR của chất 4 30 Bảng 4.2. Kết quả quy kết các mũi trong phổ 13C-NMR của chất 4 . 32 Bảng 4.3. Kết quả quy kết ác mũi trong phổ 1H-NMR của chất 5 .34 Bảng 4.4. Kết quả quy kết các nũi trong phổ 13C-NMR của chất 5 36 4
  6. DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phản ứng Povarov . . 11 Sơ đồ 1.2. Sơ đồ phản ứng đa thành phần . 12 Sơ đồ 1.3. Cơ chế phản ứng Povarov 12 Sơ đồ 1.4. Sơ đồ tổng hợp pyranoquinoline sử dụng xúc tác thiếc (II) clorua 13 Sơ đồ 1.5. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3-f]quinoline sử dụng xúc tác iod 14 Sơ đồ 1.6. Sơ đồ tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể acid rắn 17 Sơ đồ 3.1. Sơ đồ tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H- pyrano[3,2-c]quinoline . . 24 5
  7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cơ chế của phản ứng Diels-Alder . 10 Hình 1.2. Mơ hình cấu trúc khơng gian của montmorillonite . . 17 Hình 1.3. Quá trình tạo và bể bọt khí 20 Hình 1.4. Mơ tả phản ứng sử dụng chiếu xạ siêu âm 20 Hình 4.1. Phổ 1H-NMR của chất 4 . . . 29 Hình 4.2. Phổ 13C-NMR của chất 4 . . 31 Hình 4.3. Phổ 1H-NMR của chất 5 . 33 Hình 4.4. Phổ 13C-NMR của chất 5 . 35 6
  8. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT + 1H-NMR: phổ cộng hưởng từ proton + 13C-NMR: phổ cộng hưởng từ carbon + BET: phương pháp đo diện tích bề mặt riêng bằng hấp phụ N2 theo Brunauer- Emmett-Teller + CEC: khả năng trao đổi cation + LD30: Montmorillonite tinh chế hoạt hĩa acid H2SO4 cĩ nồng độ 30% + LDTC: Montmorillonite tinh chế chưa hoạt hĩa acid + Mn+-Mont: Montmorillonite tinh chế đã hoạt hĩa acid và trao đổi cation với Mn+ + MMT: Montmorilonite + MCR: phản ứng đa thành phần 7
  9. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong Hĩa học hữu cơ nĩi chung và tổng hợp hữu cơ nĩi riêng, việc tìm ra phương pháp tổng hợp đơn giản, nhanh chĩng luơn là một trong những thách thức mà các nhà hĩa học mong muốn đạt được. Một trong những phương pháp tổng hợp lý tưởng mang lại hiệu quả cao là quy trình tổng hợp của phản ứng imino Diels-Alder hay cịn gọi là phản ứng Povarov, bởi đây là một phản ứng tổng hợp trọn gĩi với ưu điểm nổi bật là tạo ra sản phẩm cĩ độ tinh khiết cao chỉ trong một bước duy nhất, đơn giản, nhanh gọn mà khơng cần trải qua các bước trung gian phức tạp khác. Hơn thế nữa, sản phẩm của phản ứng này đã và đang cĩ rất nhiều ứng dụng trong đời sống nhờ vào dược tính và hoạt tính sinh học đa dạng của chúng. Các dẫn xuất pyranoquinoline đã được tìm thấy cĩ phạm vi rất lớn và được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực dược lý như chống viêm, chống dị ứng, chống rối loạn nhịp tim, kháng ung thư Thêm vào đĩ, trong những năm gần đây, ứng dụng của các xúc tác acid rắn như đất sét hay zeolit đã thu hút sự chú ý trong các lĩnh vực hữu cơ khác nhau vì tính thân thiện với mơi trường , khả năng tái sử dụng, tính chọn lọc cao, khơng ăn mịn, chi phí thấp và đơn giản. Đặc biệt, xúc tác đất sét làm cho phản ứng trở nên thuận lợi, kinh tế hơn, thân thiện với mơi trường và hoạt động như một acid Lewis trong các dạng tự nhiên cũng như trao đổi ion của chúng, cho phép chúng hoạt động như một xúc tác hiệu quả trong các phản ứng hữu cơ khác nhau. Như vậy, với những ưu điểm của phản ứng Povarov cũng như là của xúc tác đất sét thân thiện, hiệu quả mà chúng tơi quyết định thực hiện đề tài: Áp dụng montmorillonite trao đổi cation xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline 2. Mục tiêu nghiên cứu + Điều chế xúc tác montmorillonite trao đổi cation với một số muối vơ cơ và tiến hành áp dụng xúc tác đã điều chế trên phản ứng Povarov để chọn ra xúc tác tốt nhất. + Tối ưu hĩa phản ứng giữa ba tác chất là 4-chloroaniline, benzaldehyde và 3,4- dihydro-2H-pyran dựa trên nền xúc tác đã chọn. 3. Phương pháp nghiên cứu + Tổng hợp các tài liệu khoa học liên quan. 8
  10. + Tiến hành điều chế montmorillonite hoạt hĩa acid trao đổi cation tại phịng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ, khoa Hĩa học, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh. + Tiến hành tối ưu hĩa phản ứng Povarov giữa ba tác chất là 4-chloroaniline, benzaldehyde và 3,4-dihydro-2H-pyran, khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác tại phịng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ, khoa Hĩa học, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh. + Định danh sản phẩm thu được thơng qua phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) và phổ cộng hưởng từ carbon (13C-NMR). 9
  11. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Phản ứng đa thành phần Phản ứng đa thành phần (multi-component reaction, MCR) là một phản ứng hĩa học cĩ sự tham gia của ba hay nhiều hơn ba thành phần, những thành phần chính phản ứng với nhau trong một quá trình để tạo ra một sản phẩm bao gồm hầu hết các nguyên tử của các nguyên liệu đầu vào [1]. Phản ứng đa thành phần cĩ khả năng tạo thành các phân tử phức tạp với sự đơn giản, nhanh gọn và đặc biệt là dễ dàng thu được sản phẩm tinh khiết, vì hầu hết tác chất ban đầu đều được kết hợp tạo thành sản phẩm cuối [2]. 1.2. Phản ứng Povarov 1.2.1. Phản ứng Diels-Alder Phản ứng Diels-Alder là phản ứng cộng vịng [4+2] giữa 1 diene và 1 dienophile tạo ra vịng 6 khơng no, được phát hiện bởi hai nhà bác học người Đức Otto Diels và Kurt Alder [3]. Với việc tìm ra phản ứng này, hai nhà bác học trên đã nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1950. Đây là một phản ứng rất hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ. Phản ứng thuận lợi về nhiệt động lực học do chuyển đổi hai liên kết Π thành hai liên kết σ. Sơ đồ tổng hợp + Cơ chế Hình 1.1. Cơ chế của phản ứng Diels-Alder 10
  12. 1.2.2. Phản ứng Aza-Diels-Alder Phản ứng Aza-Diels-Alder là một dạng biến đổi của phản ứng Diels-Alder sử dụng diene hay dienophile cĩ chứa dị tố để tạo ra dị vịng 6 cạnh chứa dị tố tương ứng. + Từ phản ứng Aza-Diels-Alder này, Povarov đã nghiên cứu, phát triển nên một phản ứng mới gọi là phản ứng Povarov hay cịn gọi là phản ứng imino Diels-Alder. 1.2.3. Phản ứng Povarov 1.2.3.1. Tiến hành Hỗn hợp gồm ethyl vinyl ether hoặc ethyl vinyl sunfide và N-aryl aldimine sử dụng xúc tác BF3-OEt2. Khuấy phản ứng trong 1-2 giờ để tạo ra tetrahydroquinoline với các nhĩm thế ở vị trí 2, 4. Sau đĩ đem chưng cất chân khơng để thu được quinoline [5]. Sơ đồ phản ứng Et2O 1-2 h 63% BF3 -OEt2 ~ 50% C6H6 1-2 h 37% Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phản ứng Povarov N-aryl aldimine cĩ thể được tổng hợp từ một aniline và một benzaldehyde. Do đĩ, phản ứng này cĩ thể xem như là một phản ứng đa thành phần với các chất phản ứng ban đầu là: aniline, benzaldehyde và một dienophile. Sơ đồ phản ứng đa thành phần [4] 11
  13. [4+2] + + Acid lewis Sơ đồ 1.2. Sơ đồ phản ứng đa thành phần 1.2.3.2. Cơ chế Cơ chế của phản ứng Povarov [6]. BF3-OEt2 + Sơ đồ 1.3. Cơ chế của phản ứng Povarov 1.3. Một số phương pháp tổng hợp theo Povarov đã được thực hiện trên thế giới 1.3.1. Tổng hợp các dẫn xuất của pyranoquinoline sử dung xúc tác thiếc (II) Clorua. Cách tiến hành: Cho SnCl2.2H2O (46 mg, 0.2 mmol), acetonitrile (2.5 ml) và NaSO4 khan (150 mg) vào trong dung dịch chứa benzaldehyde (212 mg, 2.0 mmol) trong acetonitrile (2.5 ml) và aniline (205 mg, 2.2 mmol) trong acetonitrile (2.5 ml). Khuấy hỗn hợp này trong 5 phút ở nhiệt độ phịng. Sau đĩ cho 3,4-dihydro-2H-pyran (218 mg, 2.6 mmol) rồi khuấy hỗn hợp phản ứng trong 1.8 giờ. Phản ứng được kiểm sốt bằng sắt ký bản mỏng (với hệ dung mơi ethyl acetate:hexan, 2:8), phản ứng khơng được lẫn nước, được chiết với dichlomethane và làm khơ. Làm bay hơi dung mơi, sản phẩm thơ được làm sạch bằng sắc ký cột (bằng silica gel với hệ dung mơi ethyl acetate:hexan, 10:90) để thu được tetrahydropyranoquinoline tinh khiết [7]. 12
  14. Sơ đồ phản ứng + + Sơ đồ 1.4. Sơ đồ phản ứng tổng hợp pyranoquinoline sử dụng xúc tác thiếc (II) Clorua. Kết quả + Kết quả khi thực hện phản ứng với dung mơi và thời gian khác nhau thu được trong Bảng 1.1. +Kết quả khi thực hiện phản ứng với thời gian và các tác chất khác nhau thu được trong Bảng 1.2. 13
  15. Bảng 1.1. Kết quả phản ứng Povarov dùng xúc tác SnCl2 STT Dung mơi Thời gian (phút) Hiệu suất (%) 1 Neat 300 27 2 MeOH 240 36 3 EtOH 240 42 4 THF 180 45 5 Ether 120 44 6 DME 180 52 7 CH2Cl2 60 63 8 CH3Cl 60 64 9 CH3CN 40 92 Bảng 1.2. Kết quả phản ứng Povarov với tác chất và thời gian khác nhau STT R1 R2 Thời gian (giờ) Hiệu suất ( % ) 1 H H 1.8 95 2 4-F H 2.0 92 3 4-OMe H 2.0 94 4 4-NO2 H 2.0 82 5 2,4-Cl2 H 1.8 93 6 3-OMe H 2.0 87 7 4-Cl H 2.0 81 8 4-Me H 1.8 86 9 H (CH3)2-CH 2.0 80 10 H F 2.0 71 11 H 4-Cl 1.5 85 12 H 4-Br 1.5 82 13 H H 1.5 79 14 4-F F 1.5 76 1.3.2. Tổng hợp dẫn xuất 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3-f]quinoline sử dụng xúc tác iod Cách tiến hành Hỗn hợp gồm: 2-chlorobenzaldehyde (0.281g, 2.0 mmol), 1H-indazol-5-amine (0.266g, 2.0 mmol), tetrahdropyran-4-one (0.200g, 2.0 mmol) trong 10 ml THF với sự cĩ mặt của 5% mol iod trong điều kiện hồi lưu [8]. 14
  16. Sơ đồ phản ứng I , THF Ar-CHO + 2 + 65◦C Sơ đồ 1.5. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3-f]quinoline sử dụng xúc tác iod Kết quả +Kết quả phản ứng tổng hợp dẫn xuất 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3- f]quinoline dưới những điều kiện khác nhau thu được trong Bảng 1.3. Bảng 1.3. Kết quả phản ứng tổng hợp 7-aryl-pyrano[3,4-c]pyrazolo[4,3-f]quinoline STT Nhiệt độ Dung mơi Xúc tác Thời gian Hiệu suất (°C) ( % mmol) ( giờ ) ( % ) 1 Phịng THF - 24 0 2 Hồi lưu THF - 24 0 3 Phịng THF I2 (5) 24 Vệt 4 50 THF I2 (5) 24 84 5 Hồi lưu THF I2 (5) 12 93 6 Hồi lưu THF I2 (10) 12 92 7 Hồi lưu THF I2 (20) 12 93 8 Hồi lưu CH3CN I2 (5) 12 82 9 Hồi lưu Benzene I2 (5) 10 78 10 80 DMF I2 (5) 10 85 11 Hồi lưu CH3Cl I2 (5) 12 77 12 Hồi lưu THF TsOH (5) 10 78 1.3.3. Phản ứng Povarov tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể acid rắn (Fe3+-K-10 montmorillonite) Cách tiến hành Hỗn hợp chứa: 1 mmol aniline,1 mmol benzaldehyde và 0.1 ml 3,4-dihydro-2H- pyran hay 2,3-dihydrofuran trong MeCN hoặc CH2Cl2 (10 ml) dưới sự cĩ mặt của 0.1g Fe3+-K-10. Khuấy hỗn hợp ở điều kiện thường. Phản ứng được kiểm sốt bằng sắc ký bản mỏng. Sau khi phản ứng kết thúc tiến hành lọc hỗn hợp, thu sản phẩm bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung mơi Hexan-EtOAc với tỉ lệ 20:1. Xúc tác sau khi sử dụng được thu hồi, rửa, lọc bằng MeCN và H2Cl2, kích hoạt và tái sử dụng [9]. Sơ đồ tổng hợp 15
  17. Sơ đồ tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể acid rắn được trình bày trong Sơ đồ 1.6. Kết quả +Kết quả phản ứng khi sử dụng với các chất nền và thời gian khác nhau thu được trong Bảng 1.4 Sơ đồ tổng hợp 3+ Fe -K -10 CH3CN rt, 3-4 h + + Sơ đồ 1.6. Sơ đồ tổng hợp pyrano và furoquinoline sử dụng xúc tác dị thể acid rắn Bảng 1.4. Kết quả phản ứng khi sử dụng với chất nền và thời gian khác nhau. STT R2 R4 Thời gian ( giờ ) Hiệu suất ( % ) 1 H H 3.5 86 2 H OMe 4.0 90 3 H Cl 3.0 91 4 Cl H 3.5 86 5 Me H 3.5 89 6 Me Cl 4.0 88 7 OMe H 4.0 85 1.4. Về xúc tác Montmorillonite. 1.4.1. Khái niệm Montmorillonite (MMT) là một khống vật phyllosilicate rất mềm thuộc họ smectite. MMT được phát hiện năm 1847 tại Montmorillon trong tỉnh Vienne của Pháp, nhưng nĩ cũng được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên thế giới và được biết đến với các tên 16
  18. gọi khác nhau. MMT là thành phần chính của bentonite (chiếm khoảng 80-90% theo khối lượng của bentonite) [10][11]. 1.4.2. Cấu trúc Gồm 2 tấm tứ diện kẹp 1 tấm bát diện (khống sét 2:1). Mỗi lớp cĩ độ dày khoảng 1 nm [12]. Cấu trúc được minh họa trong Hình 1.2. Hình 1.2. Mơ hình cấu trúc khơng gian của montmorillonite 1.4.3. Tính chất vật lý 1.4.3.1. Trạng thái tự nhiên MMT tồn tại ở dạng đơn khống, gần giống sáp nến, thường cĩ màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu, nâu đỏ, cĩ thể màu xám xanh hoặc xanh lục khi sờ cảm thấy nhờn và trơn [13]. Tỷ trọng MMT trong khoảng 2.2-2.6. Độ cứng Mohs tương đối khoảng 1.5. Tốc độ lắng đọng thấp, thường cĩ hiện tượng kết bơng khi gặp mơi trường kiềm, cĩ độ pH cao hoặc khi thay đổi mơi trường nhanh chĩng. MMT cĩ diện tích bề mặt lớn, diện tích lớp cao, kích thước hạt rất mịn, độ dẻo cao và cĩ tính thấm ướt thấp [14]. 1.4.3.2. Tính trao đổi ion - Si4+ 5- [Si4O10] [AlSi3O10] 3+ 3+ + Al (Fe ) Nguyên nhân tạo ra khả năng này là do sự thay thế đồng hình cation Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện hay Al3+ bởi Mg2+ (Fe2+) trong mạng bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong cơ cấu. Điện tích âm đĩ được trung hịa bởi các cation trao đổi giữa các lớp, thơng thường là các cation kiềm: K+, Na+ và kiềm thổ: Ca2+, Ba2+ chính các điện tính 17
  19. sinh ra này làm thay đổi lực hút tĩnh điện giữa các lớp và ảnh hưởng nhiều đến khả năng xúc tác của MMT. Bằng cách thay thế các cation giữa các lớp bằng cation khác, cĩ thể tạo ra nhiều loại MMT cĩ tính chất khác nhau, phù hợp với yêu cầu của người sử dụng [13]. Khả năng trao đổi cation (Cation Exchange Capacity-CEC) của MMT thay đổi trong một khoảng rộng từ 80-140 meq/100 g. Khả năng trao đổi ion cịn phụ thuộc vào hĩa trị và bán kính của các cation trao đổi, các cation cĩ hĩa trị nhỏ dễ trao đổi hơn các cation cĩ hĩa trị lớn theo thứ tự M+>M2+>M3+. Với các cation cĩ cùng hĩa trị, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi cation càng lớn theo thứ tự Li+>Na+>K+>Mg2+>Ca2+>Fe2+>Al3+ [13]. 1.4.3.3. Khả năng hấp phụ Tính chất hấp phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cơ cấu lớp của chúng. Do MMT cĩ cấu trúc tinh thể với độ phân tán cao nên cĩ cơ cấu xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngồi và diện tích bề mặt trong. Diện tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng khơng gian giữa các lớp trong cơ cấu tinh thể. Bề mặt ngồi phụ thuộc vào kích thước hạt [15]. Sự hấp phụ bề mặt trong của MMT cĩ thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vơ cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực. Các chất hữu cơ phân cực cĩ kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm ở lớp xen giữa (interlayer) hoặc liên kết với các cation đĩ qua liên kết với nước [15]. Sự hấp phụ các chất hữu cơ khơng phân cực, các polymer và đặc biệt là vi khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt ngồi của MMT. 1.4.4. Tính chất hĩa học MMT cĩ cơng thức hĩa học (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2.nH2O. Tính chất đặc biệt của MMT là cĩ thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ nhờ vào độ acid cao. Nĩ cĩ thể được xem là acid Lewis do sự thay thế đồng hình các ion Si4+ bằng ion Al3+ ở tâm tứ diện và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở bát diện làm bề mặt của MMT mang điện tích âm. Do vậy tâm acid Lewis được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+. Trên bề mặt MMT tồn tại các nhĩm hidroxyl (-OH) cĩ khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt MMT những tâm acid Brưnsted [16]. 18
  20. 1.5. Tổng quan về siêu âm 1.5.1. Giới thiệu Siêu âm là tên gọi cho sĩng âm cĩ tần số cao hơn so với tần số mà tai con người cĩ thể nhận thấy được (tức là lớn hơn 16 kHz, bước sĩng nằm giữa 7.0 và 0.05 cm). Sĩng siêu âm cĩ thể truyền qua bất kỳ các chất rắn, lỏng hoặc khí mà cĩ tính đàn hồi [17]. Ứng dụng của siêu âm lần đầu xuất hiện vào năm 1917 với kỹ thuật của Lengervin để ước lượng độ sâu của nước. Một số ứng dụng của siêu âm trong các lĩnh vực khác nhau là: đồng nhất và gián đoạn tế bào trong sinh học và hĩa sinh, làm sạch và khoan răng trong nha khoa, lọc âm và sấy siêu âm trong cơng nghiệp, chụp ảnh siêu âm trong sản khoa, Siêu âm cũng được sử dụng cho các ứng dụng trong hĩa học. Những ảnh hưởng của siêu âm trong hĩa học lần đầu tiên được báo cáo bởi A.L. Loomis vào năm 1927. Nhận thấy rằng phản ứng thủy phân dimethyl sulfate sẽ xảy ra nhanh hơn dưới tác dụng của sĩng siêu âm [17]. )))) + Mg R = C H , n-C H , 2 5 4 9 C H 6 5 X = Cl, Br )))) MeI + Li 10 phút, 100% Ban đầu, việc sử dụng sĩng siêu âm cịn bị hạn chế. Tuy nhiên, nĩ đã được sử dụng nhiều hơn trong nhiều hản ứng hĩa học khác nhau. Kết quả được gọi là “Sonochemistry”. 1.5.2. Nguyên lý hoạt động Như đã đề cập, sĩng siêu âm cĩ thể truyền qua bất kỳ vật liệu nào cĩ tính đàn hồi. Sự chuyển động của nguồn âm thanh được chuyển đến các hạt của mơi trường, dao động theo hướng sĩng và tạo ra các sĩng dọc cũng như sĩng ngang [17]. 19
  21. Khi các phân tử của mơi trường rung (chuyển động), khoảng cách trung bình giữa các phân tử giảm dần trong chu kỳ nén và tăng lên trong chân khơng. Khi khoảng cách trung bình giữa các phân tử vượt quá khoảng cách phân tử cần thiết để giữ cho chất lỏng cịn nguyên vẹn, hạt chất lỏng sẽ vỡ ra. Từ đĩ những lỗ hổng và bọt khí được hình thành. Hình 1.3. Quá trình tạo và bể bọt khí Quá trình này được gọi là “cativation”, để chỉ sự hình thành và sự sống động của các bọt khí trong chất lỏng. Quá trình này cứ thế tiếp diễn và do cĩ sự chuyển động liên tục của các hạt chất lỏng, sự hình thành và vỡ ra của các bọt khí nên dần dần chất lỏng sẽ nĩng lên, làm cho nhiệt độ tăng [17][18][19]. Hình 1.4. Mơ tả phản ứng sử dụng chiếu xạ siêu âm 20
  22. 1.5.3. Nguồn siêu âm Một loạt các thiết bị đã được sử dụng cho chiếu xạ siêu âm. Nguồn là một vật liệu áp điện (tụ điện chì-zirconat-titanat PZI hoặc thạch anh) chịu dịng điện xoay chiều cao với tần số siêu âm từ 15 kHz đến 10 MHz [17][18]. Các vật liệu áp điện được gắn vào thành của bồn và chuyển năng lượng điện thành năng lượng âm thanh. Trong hầu hết các ứng dụng, máy chiếu xạ siêu âm hoạt động ở tần số khoảng 20- 35 kHz. Trong bồn phải cĩ chất lỏng (nước) để chuyển sĩng siêu âm từ nguồn đến bình phản ứng. Bình phản ứng được ngâm trong nước sao cho hỗn hợn phản ứng nằm dưới bề mặt chất lỏng trong máy chiếu xạ siêu âm [17][18]. Một số ưu điểm:  Làm tăng hiệu suất phản ứng.  Phản ứng xảy ra nhanh hơn, do đĩ cĩ thể làm phản ứng ở nhiệt độ thấp.  Cĩ thể gia nhiệt cho phản ứng. Nhược điểm:  Chỉ sử dụng được với những phản ứng cĩ dung mơi mà khơng sử dụng với những phản ứng chỉ cĩ chất rắn. 21
  23. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Hĩa chất và thiết bị Hĩa chất: 4-chloroaniline, benzaldehyde, 3,4-dihydro-2H-pyran, n-Hexan, ethyl acetate, dichlomethane, muối Na2SO4. Dụng cụ: ống nghiệm sạch, cốc thủy tinh 500 ml, cốc thủy tinh 250 ml, ống đong 100 ml, ống đong 10 ml, cột sắc ký, sắc ký bản mỏng, hủ bi, đèn UV, cân điện tử, dụng cụ khuấy từ, cá từ, bộ phễu lọc, rây, máy chiếu xạ siêu âm BANDELIN, nhiệt kế, máy sấy, tủ sấy. 2.2. Điều chế xúc tác 2.2.1. Điều chế montmorillonite tinh chế Đất sét thơ được nghiền sơ hịa tan vào nước với nồng độ 4 %, sau đĩ thêm vào Na(PO3)6 5 % với tỷ lệ 5 ml dung dịch Na(PO3)6 cho 20 g đất sét khơ. Hỗn hợp được khuấy liên tục trong 24 giờ, sau đĩ tiến hành sa lắng. Thời gian và khoảng cách thu lớp huyền phù được tính theo định luật sa lắng Stock. Lớp huyền phù hút ra được sấy, nghiền mịn qua rây 80 mesh [20]. Kí hiệu LDTC. 2.2.2. Hoạt hĩa acid montmorillonite Lâm Đồng Cân 10 g montmorillonite tinh chế Lâm Đồng, khuấy với 200 ml dung dịch acid o H2SO4 cĩ nồng độ 30% trong 4 giờ tại nhiệt độ 70 C. Sản phẩm được lọc, rửa trên phễu 2- Büchner tới khi hết ion SO4 (thử bằng dung dịch BaCl2 1 M), sấy khơ tại nhiệt độ 110°C. Sản phẩm được nghiền mịn qua rây 80 mesh [20]. 2.2.3. Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hĩa acid Thêm từ từ 3 g montmorillonite hoạt hĩa acid vào 100 ml dung dịch muối CuSO4 1 M, khuấy từ trong 5 giờ ở nhiệt độ phịng. Chất rắn sau đĩ được lọc, rửa sạch dung dịch CuSO4, sấy khơ và nghiền mịn thu được xúc tác montmorillonite hoạt hĩa acid trao đổi ion Cu2+, ký hiệu Cu2+-Mont. Phương pháp này được áp dụng cho một số muối vơ cơ khác để trao đổi những cation khác. Ký hiệu chung là Mn+-Mont [20]. 2.3. Điều chế Cho vào bình phản ứng 0.1410 g 4-chloroaniline (1.10 mmol), 0.20 g benzaldehyde (1.89 mmol), khuấy hỗn hợp trên đến khi 4-chloroaniline tan hết. Sau đĩ cho thêm vào hỗn hợp 100 mg Mn+-Mont. Hỗn hợp được khuấy ở nhiệt độ phịng trong 1 giờ. Sau đĩ, thêm tiếp vào hỗn hợp 0.1410 g 3,4-dihydro-2H-pyran. Hỗn hợp được 22
  24. chiếu xạ siêu âm ở nhiệt độ phịng trong 1.5 giờ. Sau khi phản ứng kết thúc, lọc xúc tác thu được dung dịch sau phản ứng. Các chất được tách bằng sắc ký cột với hệ dung mơi hexan:ethyl acetate (100:2.6). 2.4. Quá trình tối ưu hĩa Điều kiện phản ứng ban đầu: 0.1410 g 4-chloroaniline (1.10 mmol), 0.20 g benzaldehyde (1.89 mmol), khuấy hỗn hợp trên đến khi 4-chloroaniline tan hết. Sau đĩ cho thêm vào hỗn hợp 100 mg Mn+-Mont. Hỗn hợp được khuấy ở nhiệt độ phịng trong 1 giờ. Thêm tiếp vào hỗn hợp 0.1410 g 3,4-dihydro-2H-pyran. Hỗn hợp được chiếu xạ siêu âm ở nhiệt độ phịng trong 1.5 giờ. Các yếu tố được tiến hành tối ưu:  Khảo sát xúc tác sử dụng Giữ cố định điều kiện phản ứng ban đầu, thay đổi lần lượt các xúc tác Mn+-Mont.  Tối ưu hĩa nhiệt độ Tiến hành phản ứng với xúc tác tối ưu. Thay đổi nhiệt độ từ 30-50⁰C, các điều kiện phản ứng khác khơng thay đổi.  Tối ưu hĩa thời gian Sử dụng xúc tác và nhiệt độ đã tối ưu, tiến hành thay đổi thời gian phản ứng từ 60 phút đến 120 phút. Các điều kiện phản ứng khác khơng thay đổi.  Tối ưu hĩa tỉ lệ tham gia phản ứng Giữ cố định xúc tác, nhiệt độ và thời gian đã tối ưu, tiến hành thay đổi tỉ lệ các chất tham gia phản ứng: 1:1.7:1; 1:2:1; 1:1.7:1.7. Khối lượng xúc tác 100 mg.  Tối ưu hĩa khối lượng xúc tác Cố định các điều kiện đã tối ưu: xúc tác, nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ chất tham gia phản ứng. Tiến hành thay đổi khối lượng xúc tác từ 50-125 mg. 2.5. Xác định cơ cấu các sản phẩm Các dẫn xuất được định danh bằng phương pháp đo nhiệt độ nĩng chảy, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR). 2.6. Xác định cơ cấu xúc tác Xúc tác điều chế được xác định bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X, phương pháp của Brunauer-Emmett-Teller (BET). 23
  25. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline 3.1.1. Sơ đồ tổng hợp Mn+-Mont + + 4 1 2 3 5 Sơ đồ 3.1. Sơ đồ tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H- pyrano[3,2-c]quinoline 3.1.2. Khảo sát xúc tác sử dụng Điều kiện áp dụng khi tiến hành khảo sát xúc tác sử dụng là 1:2:3=1:1.7:1 (mmol), khuấy trong 1 giờ, sau đĩ chiếu xạ siêu âm trong 1.5 giờ ở nhiệt độ phịng với lượng xúc tác là 100 mg với các xúc tác montmorillonite hoạt hĩa acid trao đổi ion của 10 cation kim loại khác nhau lần lượt là: Cu2+-Mont, Zn2+-Mont, Cd2+-Mont, Ni2+-Mont, Co2+- Mont, Pb2+-Mont, Fe3+-Mont, Cr3+-Mont, Al3+-Mont. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.1. Kết quả Bảng 3.1 cho thấy xúc tác trao đổi cation H+ bằng những cation kim loại (hĩa trị III) cho hiệu suất tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H- pyrano[3,2-c]quinoline trung bình (thí nghiệm 8, 9, 10 ). Khi trao đổi với cation kim loại (hĩa trị II) thì hiệu suất tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H- pyrano[3,2-c]quinoline khơng tốt như Co2+ tại cùng điều kiện (thí nghiệm 7) những xúc tác M2+-mont khác cho kết quả tương đương nhau trừ xúc tác Cu2+ (thí nghệm 5). Vì 24
  26. vậy chọn xúc tác Co2+ để tiến hành tối ưu hĩa phản ứng tổng hợp 9-chloro-5-phenyl- 3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline. Bảng 3.1. Kết quả khảo sát xúc tác STT Xúc tác Hiệu suất ( Mn+-mont ) (%) 1 Na+ 38 2 Cd2+ 30 3 Ni2+ 41 4 Mg2+ 34 5 Cu2+ 25 6 Pb2+ 35 7 Co2+ 52 8 Al3+ 48 9 Cr3+ 36 10 Fe3+ 33 3.1.3. Tối ưu hĩa nhiệt độ Cố định điều kiện phản ứng ban đầu với tỉ lệ 1:2:3=1:1.7:1 (mmol), khuấy 60 phút, thời gian chiếu xạ siêu âm là 90 phút lượng xúc tác là 100 mg, nhiệt độ phản ứng được thay đổi từ 30-50°C. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.2. Bảng 3.2. Kết quả tối ưu hĩa theo nhiệt độ STT Nhiệt độ Hiệu suất (°C) (%) 1 Phịng 52 2 40 45 3 50 41 Kết quả Bảng 3.2 cho thấy nhiệt độ tốt nhất cho phản ứng là nhiệt độ phịng , nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất sẽ giảm, cĩ lẽ do một phần sản phẩm bị phân hủy đi. Do đĩ, chọn nhiệt độ phịng để khảo sát những yếu tố tiếp theo. 25
  27. 3.1.4. Tối ưu hĩa thời gian phản ứng Cố định tỉ lệ 1:2:3=1:1.7:1 (mmol), lượng xúc tác là 100 mg và nhiệt độ đã tối ưu, thời gian khuấy là 60 phút, thay đổi thời gian chiếu xạ siêu âm từ 60-120 phút. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.3. Bảng 3.3. Kết quả tối ưu hĩa theo thời gian STT Thời gian Hiệu suất (phút) (%) 1 60 30 2 90 52 3 105 44 4 120 38 Kết quả Bảng 3.3 cho thấy thời gian chiếu xạ siêu âm phản ứng cho hiệu suất cao nhất là 90 phút. Tăng hay giảm thời gian chiếu xạ siêu âm thì hiệu suất phản ứng sẽ giảm mạnh. 3.1.5. Tối ưu hĩa tỉ lệ phản ứng Tiến hành phản ứng theo điều kiện nhiệt độ, thời gian đã tối ưu, lượng xúc tác là 100 mg, thay đổi tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.4. Bảng 3.4. Kết quả tối ưu hĩa tỉ lệ phản ứng STT 1:2:3 Hiệu suất (mmol) (%) 1 1:1.7:1 52 2 1:2:1 42 3 1:1.7:1.7 36 Kết quả Bảng 3.4 cho thấy tỉ lệ các chất đã chọn ban đầu tương ứng 1:2:3=1:1.7:1 là tỉ lệ cho hiệu suất phản ứng cao nhất, tỉ lệ này đã sử dụng một lượng benzaldehyde dư so với 4-chloroaniline là một chất rắn giúp dễ tạo imin và làm cho phản ứng xảy ra thuận lợi hơn. Khi tiếp tục tăng lượng benzaldehyde lên thì hiệu suất phản ứng giảm đi (thí nghiệm 2). Khi tăng 3,4-dihydro-2H-pyran thì hiệu suất phản ứng giảm mạnh 26
  28. (nghiệm 3). Vì vậy chọn tỉ lệ tối ưu là 1:2:3=1:1.7:1 để tiến hành khảo sát yếu tố tiếp theo. 3.1.6. Tối ưu hĩa khối lượng xúc tác Tiến hành phản ứng ở các điều kiện đã tối ưu và thay đổi khối lượng xúc tác từ 75- 125 mg. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.5. Bảng 3.5. Kết quả tối ưu hĩa lượng xúc tác phửn ứng STT Lượng xúc tác Hiệu suất (mg) (%) 1 75 47 2 100 52 3 125 39 Kết quả Bảng 3.5 cho thấy khối lượng xúc tác cũng ảnh hưởng khá lớn đến hiệu suất phản ứng. Khối lượng xúc tác cần thiết để phản ứng xảy ra tốt nhất là 100 mg (thí nghiệm 2). Khi sử dụng một lượng xúc tác ít hơn thì phản ứng xảy ra khơng tốt (thí nghiệm 1). Sử dụng một lượng xúc tác nhiều hơn 100 mg phản ứng cũng xảy ra khơng tốt vì khi thêm một lượng xúc tác rắn vào sẽ làm cho việc khuấy phản ứng trở nên khĩ khăn hơn từ đĩ sự tiếp xúc giữa các tác chất là khơng nhiều làm cho khả năng xúc tác giảm đi từ đĩ làm cho phản ứng xảy ra khơng tốt (thí nghiệm 3). Kết luận điều kiện tối ưu  Xúc tác: Co2+-Mont  Nhiệt độ: nhiệt độ thường  Thời gian: khuấy 60 phút, chiếu xạ siêu âm 90 phút  Tỉ lệ chất tham gia phản ứng 1:2:3=1:1.7:1 (mmol)  Khối lượng xúc tác: 100 mg 27
  29. CHƯƠNG 4: ĐỊNH DANH SẢN PHẨM 4.1. Hợp chất 4: cis-9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline Phản ứng được tiến hành ở một điều kiện bất kỳ, sản phẩm được tách bằng sắc ký cột với hệ dung mơi hexan:ethyl acetate=100:2.6, dùng sắc ký bản mỏng để thu sản phẩm. Cho bay hơi dung mơi ta thu được sản phẩm rồi đo nhiệt độ nĩng chảy, phổ 1H- NMR, phổ 13C-NMR. Phổ 1H-NMR và phổ 13C-NMR được trình bày trong Phụ lục 4a, 4b.  Nhiệt độ nĩng chảy: 131°C 1  Phổ H-NMR (500 MHZ, CDCl3 ) Dựa vào hình ta thấy cĩ tổng cộng 18 proton được tách thành các tín hiệu cĩ cường độ tương đối là 5:1:1:1:1:1:1:1:1:1:3:1. Chùm tín hiệu cĩ cường tương đối 5, cĩ độ chuyển dịch hĩa học δ=7.37-7.41 ppm được qui kết cho các proton vịng thơm. Tín hiệu cĩ cường độ tương đối 1, cĩ độ chuyển dịch hĩa học δ=7.32 ppm được qui kết cho proton H10 do chịu ảnh hưởng rút điện tử của nhĩm chloro nên bị chuyển về trường thấp. Tín hiệu doublet-doublet-doublet cĩ cường độ tương đối 1 với độ chuyển dịch δ=7.04 ppm được qui kết cho H8 do H8 đứng cạnh carbon gắn nhĩm chloro cĩ hiệu ứng rút điện tử mạnh nên độ chuyển dịch hĩa học sẽ chuyển dịch về trường thấp hơn, do cĩ sự ghép spin-spin với 1 proton ở vị trí ortho và 1 proton ở vị trí meta so với nĩ và đồng thời chịu tương tác với nhĩm chloro nên bị tách thành doublet-doublet-doublet. 28
  30. Hình 4.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4 Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=6.53 ppm, độ chuyển dịch hĩa học J=8.5 Hz được quy kết cho H7 do cĩ tương tác spin-spin với proton ở vị trí ortho so với nĩ nên bị tách thành doublet. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, độ chuyển dịch hĩa học δ=5.26 ppm, J=5.6 Hz cho H5 do H5 nằm trên carbon gắn trực tiếp với N và nhĩm phenyl cĩ hiệu ứng rút điện tử mạnh nên δ dịch chuyển về trường thấp hơn so với bình thường, đồng thời do cĩ tương tác spin-spin với proton H4a bên cạnh với hằng số ghép J=5.6 Hz nên đây là đồng phân dạng cis và H5 bị tách thành doublet. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=4.66 ppm, J=2.5 Hz được quy kết cho H10b do H10b nằm trên carbon gắn trực tiếp với dị tố O cĩ hiệu ứng rút điện tử mạnh nên δ bị chuyển dịch về vùng trường thấp nhưng vẫn cao hơn H5. Tín hiệu singlet cĩ cường độ tương đối 1, δ=3.92 ppm được quy kết cho proton của NH. 29
  31. Tín hiệu cĩ cường độ tương đối 1, δ=3.60 ppm và tín hiệu cĩ cường độ 1, δ=3.42 ppm được qui kết cho 2 proton ở vị trí số 2 do 2 proton này chịu ảnh hưởng rút điện tử của oxy nên bị chuyển về trường thấp hơn so với bình thường. Tín hiệu cĩ cường độ tương đối 1 δ=2.16 ppm được quy kết cho H4a do proton này chịu ảnh hưởng rút điện tử của vịng benzene kế bên nên bị chuyển về trường thấp hơn. Các tín hiệu cịn lại trong vùng δ=1.32-3.54 ppm được quy kết cho các proton trên dị vịng no chứa oxy. Các tín hiệu này phù hợp với cơng thức dự kiến của chất 4 nên đã khẳng định chất 4 được tổng hợp thành cơng. Kết quả quy kết phổ hợp chất 4 được tĩm tắt trong Bảng 4.1. Bảng 4.1. Quy kết các mũi trong phổ 1H-NMR của chất 4 Proton δ (ppm) δ (ppm) (tham khảo) [21] H7 6.53 (d, J=8.5 Hz, 1H) 6.58 (d, J=7.8 Hz, 1H) H5 5.26 (d, J=5.6 Hz, 1H) 5.31 (d, J=5.6 Hz, 1H) H4a 2.16 (m, 1H) 2.15 (m, 1H) H10b 4.66 (d, J=2.5 Hz, 1H) 4.68 (d, J=2.5 Hz, 1H) Proton nhân thơm 7.30-7.41 (m, 6H) 7.25-7.43 (m, 6H) NH 3.92 (s, 1H) 3.92 (s, 1H)  Phổ 13C-NMR Từ phổ 13C-NMR thấy cĩ 16 tín hiệu. Vùng tín hiệu dưới 100 ppm là vùng của C no, vùng này cĩ 6 tín hiệu. Tín hiệu ở 60.85 ppm ứng với C2 trong nhĩm CH2 do nhĩm CH2 này gắn trực tiếp với dị tố O nên tín hiệu sẽ bị chuyển dịch về trường thấp. Tín hiệu ở 72.46 ppm ứng với C10b trong nhĩm CH do nhĩm CH gắn trực tiếp với dị tố O, đồng thời cịn chịu ảnh hưởng rút điện tử của vịng benzene chứa nhĩm Cl kế bên nên bị chuyển về vùng trường thấp hơn C2. Tín hiệu tại 59.33 ppm ứng với C5 trong nhĩm CH2 do nhĩm này gắn trực tiếp với dị tố N. Tín hiệu tại 38.60 ppm được quy kết cho C4a là một C bậc 3. Tín hiệu tại 25.54 ppm được quy kết cho C3 là một C bậc 2 và chịu ảnh hưởng rút điện tử của O nên bị chuyển dịch về trường thấp hơn so với tín hiệu tại 18.07 ppm ít chịu ảnh hưởng của nhĩm rút điện tử ứng với C4. 30
  32. Hình 4.2. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4 Tín hiệu tại 143.75 ppm được quy kết cho C6a vì C này gắn trực tiếp với dị tố N nên bị chuyển dịch về trường thấp. Tín hiệu tại 140.69 ppm được quy kết cho C5a do C này chịu ảnh hưởng rút điện tử của dị tố N, tuy nhiên vẫn ít hơn C6a gắn trực tiếp với N. Tín hiệu tại 126.78 ppm cĩ cường độ tương đối 2 được quy kết cho C5c và C5e do khơng chịu ảnh hưởng rút điện tử. Tín hiệu tại 128.69 ppm cĩ cường độ 2 được quy kết cho C5b và C5f. Tín hiệu tại 127.93 ppm được quy kết cho C8, tín hiệu tại 128.63 ppm được quy kết cho C10 và tín hiệu tại 123.10 ppm được quy kết cho C9 do chịu ảnh hưởng rút điện tử mạnh của Cl (cĩ thể xảy ra cộng hưởng) làm cho mật độ tiện tử tại vị trí ortho giảm mạnh nên tại vị trí đĩ δ sẽ bị chuyển dịch về trường thấp hơn so với δ của C9. Tín hiệu tại 115.72 ppm được quy kết cho C7. Tín hiệu tại 121.63 ppm được quy kết cho C10a. Kết quả quy kết các mũi được tĩm tắt trong Bảng 4.2. 31
  33. Bảng 4.2. Kết quả quy kết các mũi trng phổ 13C-NMR của chất 4 Carbon δ (ppm) C2 60.85 C5 59.33 C5c, C5e 126.78 C5b, C5f 128.69 C6a 143.75 C vùng thơm 115.65-143.75 C8 127.93 C9 123.10 C10b 72.46 4.2. Hợp chất 5: trans-9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline Phản ứng được tiến hành ở một điều kiện bất kỳ, sản phẩm được tách bằng sắc ký cột với hệ dung mơi hexan:ethyl acetate = 100:2.6, dùng sắc ký bản mỏng để thu sản phẩm. Cho bay hơi dung mơi ta thu được sản phẩm rồi đo nhiệt độ nĩng chảy, phổ 1H- NMR, phổ 13C-NMR. Phổ 1H-NMR và phổ 13C-NMR được trình bày trong Phụ lục 4c, 4d. 1  Phổ H-NMR (500MHz, CDCl3). Dựa vào phổ 1H-NMR thấy cĩ 17 tín hiệu tương ứng với 17 proton cĩ cường độ tương đối 5:1:1:1:1:1:1:1:1:3:1. Chùm tín hiệu cĩ cường độ tương đối 5, δ=7.37-7.39 ppm được quy kết cho các proton vùng thơm. 32
  34. Hình 4.3. Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 Tín hiệu singlet tại δ=7.26 ppm là tín hiệu của dung mơi. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=7.20 ppm, J=2.5 Hz được quy kết cho proton H10 do proton này chịu ảnh hưởng của nhĩm rút điện tử của Cl trên C kế cạnh nên bị chuyển về vùng trường thấp, đồng thời do cĩ tương tác spin-spin với một proton khác ở vị trí meta so với nĩ nên bị tách thành doublet với J=2.5 Hz. Tín hiệu doublet-doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=7,04 ppm được quy kết cho H8 do chịu ảnh hưởng của nhĩm rút điện tử nên bị chuyển về trường thấp, đồng thời cĩ tương tác spin-spin với một proton ở vị trí ortho và một proton ở vị trí meta so với nĩ nên bị tách thành doublet-doublet. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=6.46 ppm, J=8,5 Hz được quy kết cho proton H7 do cĩ tương tác spin-spin với một proton ở vị trí ortho so với nĩ nên bị tách thành doublet. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=4.67 ppm, J=10.5 Hz được quy kết cho H5 do chịu ảnh hưởng rút điện tử mạnh của dị tố N và nhĩm phenyl kế cạnh nên δ chuyển dịch về vùng trường thấp hơn so với bình thường, đồng thời cĩ tương tác với proton H4a ( J=10.5 Hz) nên đây là đồng phân dạng trans và H5 bị tách thành doublet. 33
  35. Tín hiệu doublet cĩ cường độ tương đối 1, δ=4.34 ppm, J=2.5 Hz được quy kết cho H10b do H10b nằm trên carbon gắn trực tiếp với dị tố O cĩ hiệu ứng rút điện tử mạnh, tuy nhiên hiệu ứng rút điện tử của dị tố O vẫn yếu hơn tổng hiệu ứng rút điện tử của dị tố N và nhĩm phenyl nên δ bị chuyển dịch về vùng trường thấp nhưng vẫn cao hơn H5. Do tại đây cĩ tương tác spin-spin với một proton khác (J=2,5 Hz) nên H10b bị tách thành doublet. Vì H5 nằm ở vị trí xích đạo nên nhĩm phenyl sẽ nằm ở vị trí trục do đĩ sẽ cĩ rất nhiều tương tác xảy ra giữa nhĩm phenyl và dị vịng 6 cạnh chứa oxy làm cho cấu trúc này khơng bền nên tỉ lệ sản phẩm này thu được rất ít so với sản phẩm dạng cis. Tín hiệu doublet-triplet cĩ cường độ tương đối 1 tại δ=4.08 ppm và tín hiệu triplet- doublet cĩ cường độ tương đối 1 tại δ=3.71 ppm được quy kết cho hai proton tại C2 do hai proton này chịu ảnh hưởng rút điện tử của dị tố O nên bị chuyển dịch về trường thấp. Tín hiệu multilet cĩ cường độ tương đối 1 tại δ=2.06 ppm được quy kết cho H4a do chịu ảnh hưởng rút điện tử yếu của vịng benzene nằm trên C kế bên nên bị chuyển về trường thấp hơn. Các tín hiệu cịn lại nằm trong vùng δ=0.87-1.26 ppm được quy kết cho các proton cịn lại nằm trên dị vịng no chứa O. Các tín hiệu này phù hợp với cơng thức dự kiến của hợp chất 5 nên đã khẳng định hợp chất đã được tổng hợp thành cơng. Kết quả quy kết các mũi được tĩm tắt trong Bảng 4.3. Bảng 4.3. Kết quả quy kết các mũi trong phổ 1H-NMR của chất 5 Proton δ (ppm) δ (ppm) [21] H7 6.46 (d, J=8.5 Hz, 1H) 6.51 (d, J=7.1, 1H) H10 7.20 (d, J=2.5 Hz, 1H) 7.25 (d, 1H) H5 4.67 (d, J=10.5 Hz, 1H) 4.72 (d, J=10.8, 1H) H10b 4.34 (d, J=2.5 Hz, 1H) 4.39 (d, J=2.7, 1H) H4a 2.06 (m, 1H) 2.11 (m, 1H) Proton vùng thơm 7,37-7,39 (m, 5H) 7.36-7.42 (m, 5H)  Phổ 13C-NMR Từ phổ 13C-NMR thấy cĩ 16 tín hiệu. Vùng tín hiệu dưới 100 ppm là vùng của C no, vùng này cĩ 6 tín hiệu. Tín hiệu ở 68.48 ppm ứng với C2 trong nhĩm CH2 do nhĩm CH2 này gắn trực tiếp với dị tố O nên tín hiệu sẽ bị chuyển dịch về trường thấp. Tín hiệu ở 73.96 ppm ứng với C10b trong nhĩm 34
  36. CH do nhĩm CH gắn trực tiếp với dị tố O, đồng thời cịn chịu ảnh hưởng rút điện tử của vịng benzene chứa nhĩm Cl kế bên nên bị chuyển về vùng trường thấp hơn C2. Hình 4.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 Tín hiệu tại 54.95 ppm ứng với C5 trong nhĩm CH2 do nhĩm này gắn trực tiếp với dị tố N nên bị chuyển về vùng trường thấp. Tín hiệu tại 38.66 ppm được quy kết cho C4a là một C bậc 3. Tín hiệu tại 24.00 ppm được quy kết cho C3 là một C bậc 2 và chịu ảnh hưởng rút điện tử của O nên bị chuyển dịch về trường thấp hơn so với tín hiệu tại 22.06 ppm ít chịu ảnh hưởng của nhĩm rút điện tử ứng với C4. Tín hiệu tại 143.34 ppm được quy kết cho C6a vì C này gắn trực tiếp với dị tố N nên bị chuyển dịch về trường thấp. Tín hiệu tại 141.96 ppm được quy kết cho C5a do C này chịu ảnh hưởng rút điện tử của dị tố N, tuy nhiên vẫn ít hơn C6a gắn trực tiếp với N. Tín hiệu tại 127.70 ppm cĩ cường độ tương đối 2 được quy kết cho C5c và C5e do khơng chịu ảnh hưởng rút điện tử. Tín hiệu tại 128.73 ppm cĩ cường độ 2 được quy kết cho C5b và C5f. Tín hiệu tại 129.24 ppm được quy kết cho C8, tín hiệu tại 130.59 ppm được quy kết cho C10 và tín hiệu tại 128.04 ppm được quy kết cho C9 do chịu ảnh hưởng rút điện 35
  37. tử mạnh của Cl (cĩ thể xảy ra cộng hưởng) làm cho mật độ tiện tử tại vị trí ortho giảm mạnh nên tại vị trí đĩ δ sẽ bị chuyển dịch về trường thấp hơn so với δ của C9. Tín hiệu tại 115.30 ppm được quy kết cho C7. Tín hiệu tại 125.60 ppm được quy kết cho C10a. Kết quả quy kết các mũi được tĩm tắt trong Bảng 4.4. Bảng 4.4. Kết quả quy kết các mũi trong phổ 13C-NMR của chất 5 Carbon δ (ppm) C2 68.48 C5 54.95 C5c, C5e 127.70 C5b, C5f 128.73 C6a 143.34 C vùng thơm 115.30-143.34 C8 129.24 C9 128.04 C10b 73.96 36
  38. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Qua đề tài “Áp dụng montmorillonite trao đổi cation xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline” chúng tơi đã tổng hợp thành cơng dẫn xuất pyranoquinoline cụ thể là hợp chất 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2- c]quinoline sử dụng xúc tác montmorillonite điều chế từ đất sét. Một số xúc tác montmorillonite hoạt hĩa acid trao đổi cation đã được điều chế và sử dụng trong quá trình tổng hợp dẫn xuất pyranoquinoline, trong đĩ xúc tác Co2+-Mont cho hiệu suất cao nhất. Điều kiện tối ưu của phản ứng tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b- hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline với xúc tác Co2+-Mont là: tỉ lệ tác chất 1:2:3=1:1.7:1, thời gian khuấy 60 phút, thời gian chiếu xạ siêu âm 90 phút tại nhiệt độ phịng với khối lượng xúc tác là 100 mg. Các sản phẩm thu được định danh thơng qua phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) và phổ cộng hưởng từ cacbon (13C-NMR). Kết quả cho thấy các chất đều cĩ cấu trúc phù hợp với cơng thức dự kiến. Tuy nhiên, cĩ lẽ vì phản ứng tổng hợp 9-chloro-5-phenyl-3,4,4a,5,6,10b- hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline là một phản ứng khá khĩ khăn, do chịu ảnh hưởng rút điện tử mạnh của nhĩm Chloro làm cho quá trình tạo imine ban đầu khơng tốt dẫn đến hiệu suất của phản ứng khơng được cao như mong đợi. Do đĩ chúng tơi sẽ tìm một hướng đi mới với một loại xúc tác mới để tiến hành tổng hợp các dẫn xuất pyranoquinoline một cách hiệu quả hơn. 37
  39. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dưmling, A.; Ugi, I., Multicomponent reactions with isocyanides, Angew. Chem. Int. Ed., 39, 3170-3172, (2000). [2] Abdelmadjid, D.; Louisa, C.; Raouf. B,; Bertrand, C., A one pot multi-component synthesis of dihydropyrimidinone/thione and dihydropyridine derivatives via Biginelli and Hantzsch condensations using t-BuOK as a catalyst under solvent-free Conditions, The Open Organic Chemistry Journal, 6, 12-20, (2012). [3] "The Nobel Prize in Chemistry 1950", Nobelprize.org. 8 Feb 2011 [4] S. Kobayashi, Tsuyoshi Busujima, Satoshi Nagayama, Ln(OTf)3 or Cu(OTf)2 Catalyzed Mannich-Type Reactions of Aldhehydes, Amines and Silyl Enolates in Micellar Systems, Synlett, 545-546, (1999). [5] Kouznetsov, Recent synthetic developments in a powerful imino Diels–Alder reaction (Povarov reaction): application to the synthesis of N-polyheterocycles and related alkaloids, Tetrahedron, 65, 2721, (2009). [6] L. S. Povarov, Αβ-unsaturated ethers and their analogues in reaction of diene synthesis, Russ. Chem. Rev., 36, 656-670, (1967). [7] Lingaiah Nagarapu, Rajashaker Bantu, Ravinder Goud Puligoudla, Tin(II)chloride catalyzed synthesis of pyranoquinolines, phenanthridinone and phenanthridine derivatives, European journal of Chemistry 2, 260-265, (2011). [8] Wei Wang, Yu-Ling Li and Xiang-Shan Wang, Highly efficient synthesis of 7-aryl- pyrano[3,4-c]pyrazolo [4,3-f]quinoline derivatives catalyzed by iodine, ARKIVOC, 214- 221, (2012). [9] K.V.N.S. Srinivas, Biswanath Das, An Efficient One-Pot Synthesis of Pyrano- and Furoquinolines Employing Two Reusable Solid Acids as Heterogeneous Catalysts, Synlett, No. 10, 1715–1718, (2004). [10] David, A.L., Influence of layer charge on swelling of smectite, Applied Clay Science, 34, 74-86, (2006). 38
  40. [11] Navjeet, K., Dharma, K., Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 4, 991-993, (2012). [12] Ola, K., Martin, B., Montmorillonite stability with special respect to KBS-3 conditions, Clay Technology, 7-10, (2006). [13] Murray, H.H, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, Elsevier’s Science & Technology, Oxford, 12-27, (2007). [14] Heda, L.C.C., Sharma, R., Pareek, C., Chaudhari, P.B., Synthesis and antimicrobial activity of some derivatives of 5-substituted indole dihydropyrimidines, E-Journal of Chemistry, 6(3), 770-774, (2009). [15] Çigdem, K., Invertigation of applicability of clay minerals in waste water treatment, Graduate of Natural and Applied Sciences, Dokul Eylül University, 9-26, (2007). [16] Navjeet, K., Dharma, K., Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 4, 991-993, (2012) [17] Vasundhara Singh, Kanwal Preet Kaur, Anupam Khurana and G.L.Kad, Ultrasound: A Boon in the Synthesis of Organic Compounds, resonance, (1998). [18] T.J. Mason and J.P. Lorimer, Sonochemistry: Theory, Applications and Uses of Ultrasound in Chemistry, Ellis Horwood Ltd., (1988). [19] K.S. Suslick. Ultrasound, Chemical, Physical and Biological Effects, VCH Publishers, Inc., (1988). [20] Võ Thị Mai Hồng, Lê Ngọc Thạch, Điều chế một số Montmorillonite Việt Nam, Khoa học và cơng nghệ, 13, 17-20, (2010). [21] Yun Ma, Changtao Qian, Meihua Xie and Jie Sun, Lanthanide Chloride Catalyzed Imino Diels-Alder Reaction, One-Pot Synthesis of Pyrano[3,2-c]- and Furo[3,2- c]quinolones. J. Org. Chem., 64, 6462-6467, (1999). 39
  41. PHỤ LỤC Phụ lục 4a. Phổ 1H-NMR của chất 4 Phụ lục 4b. Phổ 13C-NMR của chất 4 40
  42. Phụ lục 4c. Phổ 1H-NMR của chất 5 Phụ lục 4d. Phổ 13C-NMR của chất 5 41
  43. NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC Chữ ký của Ủy viên 42