›

Khóa luận Tổng hợp 2,3- Bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)

pdf 63 trang thiennha21 15/04/2022 4510
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tổng hợp 2,3- Bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_tong_hop_23_bisphenylethynylquinoxaline_tu_23_dich.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tổng hợp 2,3- Bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)

  1. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỮU CƠ Nguyễn Thị Hồng Nhung TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE TỪ 2,3-DICHLOROQUINOXALINE BẰNG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA SỬ DỤNG XÚC TÁC NANO Pd (0) TP. HỒ CHÍ MINH 05-2012 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang i
  2. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỮU CƠ TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE TỪ 2,3-DICHLOROQUINOXALINE BẰNG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA SỬ DỤNG XÚC TÁC NANO Pd (0) Người hướng dẫn khoa học : TS. Đặng Chí Hiền Người thực hiện : Nguyễn Thị Hồng Nhung Niên khóa : 2008-2012 TP. HỒ CHÍ MINH 05-2012 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang i
  3. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI CẢM ƠN  Tôi xin chân thành cảm ơn: TS. Đặng Chí Hiền - Thầy đã tận tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu đồng thời luôn động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Th.S Nguyễn Thành Danh và Th.S Trần Thị Hồng Ngân - Phòng Công nghệ Hóa Dược, Viện Công nghệ Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã dành nhiều thời gian, công sức, tạo mọi điều kiện và hướng dẫn tôi nhiệt tình về kỹ thuật thực hành cũng như đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Các quý thầy cô khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm TP HCM đã truyền đạt những kiến thức hữu ích cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Các chị học viên cao học K16, K17- Đại học Cần Thơ luôn động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cám ơn những người thân trong gia đình đã luôn bên cạnh hỗ trợ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Bạn bè thân thiết đã luôn bên cạnh động viên, quan tâm giúp đỡ và cho tôi những lời khuyên quý nhất trong suốt những năm học ở trường. Xin chân thành cảm ơn Nguyễn Thị Hồng Nhung NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang i
  4. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN 3 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 4 1.1.1 Sơ lược về phản ứng Sonogashira 4 1.1.2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira 5 1.1.3 Điều kiện phản ứng 5 1.2 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC PALLADIUM TRONG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 6 1.2.1 Xúc tác Pd không ligand, không chất mang 6 1.2.2 Xúc tác nano Pd 7 1.3 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ 2,3-DICHLOROQUINOXALINE (DCQ) 9 1.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHENYL ACETYLENE 9 1.5 GIỚI THIỆU VỀ SIÊU ÂM 10 1.5.1 Định nghĩa siêu âm 10 1.5.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp 12 1.5.3 Thiết bị siêu âm 12 1.5.4 Ưu nhược điểm của siêu âm 13 1.6 NHỮNG NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY 13 1.6.1 Ngoài nước 13 1.6.2 Trong nước 16 Chương 2 NGHIÊN CỨU 18 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1.1 Nội dung nghiên cứu 19 2.1.2 Các phương pháp nghiên cứu 21 2.2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL) QUNIXALINE 21 2.2.1 Qui trình tổng hợp 21 2.2.2 Giải thích quy trình 22 2.2.3 Thực hiện khảo sát các điều kiện tiến hành phản ứng 23 2.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang ii
  5. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.3.1 Tổng hợp xúc tác Pd(0) trên chất mang PEG 24 2.3.2 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG 24 2.4 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC 32 2,3-BIS(PHENYNYL)QUINOXALINE(DAPQ) 32 2.5 XÁC ĐỊNH CẦU TRÚC 2-CHLORO-3-(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE (m- DAPQ) 33 Chương 3 THỰC NGHIỆM 34 3.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ, DỤNG CỤ XỬ LÝ DUNG MÔI 35 3.1.1 Hóa chất 35 3.1.2 Dụng cụ 36 3.1.3 Thiết bị 36 3.2 XỬ LÝ DUNG MÔI 37 3.3 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC NANO Pd(0) TRÊN CHẤT MANG PEG 37 3.4 TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE VỚI XÚC TÁC Pd(0)/PEG 38 KẾT LUẬN 40 KIẾN NGHỊ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang iii
  6. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  DAPQ 2,3-Bis(phenylethynyl)quinoxaline m-DAPQ 2-chloro-3-(phenylethynyl)quinoxaline DMF Dimethylformamide DCQ 2,3 dichloroquinoxaline PEG Poly(ethylene glycol) PVP Poly(vinylpyrrolidone) PE Petroleum ether R.T Room temperature GC Gas chromatography cm-1 Wave number TLC Thin layer chromatography Rf Retention factor MHz Megahertz NMR Nuclear Magnetic Resonance J Scalar coupling constant Quint Quint 1 H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance XRD X-Ray Diffraction TEM Transmission Electron Microscopy SEM Scanning Electron Microscope MS Mass Spectroscopy NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang iv
  7. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ppm Parts per million Hz Hertz NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang v
  8. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ  Sơ đồ 1 Phản ứng Sonogashira tổng quát 4 Sơ đồ 2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira 5 Sơ đồ 3 Tổng hợp aryl alkyne bằng xúc tác Pd không ligand, không chất mang 6 Sơ đồ 4 Chu trình xúc tác nano Pd - cluster trong phản ứng Sonogashira .8 Sơ đồ 5 Tổng hợp phenylacetylene 10 Sơ đồ 6 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP 14 Sơ đồ 7 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) dưới điều kiện siêu âm .15 Sơ đồ 8 Tổng hợp 1-cyano-4-phenylethynylbenzene bằng xúc tác nano Pd(0) 16 Sơ đồ 9 Tổng hợp aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim loại chuyển tiếp Pd 16 Sơ đồ 10 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác là phức Pd(0) 17 Sơ đồ 11 Phản ứng ghép cặp Glaser tạo diphenyldiacetylene 20 Sơ đồ 12 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline 20 Sơ đồ 13 Tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG 24 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang vi
  9. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC CÁC HÌNH  Hình 1 Tần số sóng âm .11 Hình 2 Quá trình phát triển của bọt khí 12 Hình 3 Thanh siêu âm 12 Hình 4 Tổng hợp DAPQ với tỉ lệ mol chất nền và tác chất là (1) 1:2, (2) 1:3, (3) 1:4 25 Hình 5 Tổng hợp DAPQ với môi trường base (1) K2CO3, (2) K3PO4, (3) CH3COONa 27 Hình 6 Tổng hợp DAPQ với biên độ siêu âm. (1) 30%, (2) 50%, (3) 70% 29 Hình 7 TLC của DAPQ 32 Hình 8 Hợp chất DAPQ 32 Hình 9 TLC của m-DAPQ 33 Hình 10 Hợp chất m-DAPQ 33 Hình 11 Hệ thống chưng cất DMF 37 Hình 12 Điều chế nano Pd(0)/PEG trên máy khuấy từ 38 Hình 13 Tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG thanh siêu âm 39 Hình 14 Cột sắc ký tách sản phẩm DAPQ 39 Hình 15 Sản phẩm DAPQ sau lọc cột sắc kí 39 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang vii
  10. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH SÁCH PHỤ LỤC  PHỤ LỤC 1 PHỔ MS CỦA 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE (DAPQ) PHỤ LỤC 2 PHỔ MS CỦA m-DAPQ PHỤ LỤC 3 PHỔ SEM CỦA NANO Pd(0) PHỤ LỤC 4 PHỔ XRD CỦA NANO Pd(0) PHỤ LỤC 5 PHỔ TEM CỦA NANO Pd(0) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang viii
  11. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỞ ĐẦU  Cùng với sự phát triển của xã hội, tốc độ phát triển của ngành hóa hữu cơ gần đây hết sức nhanh chóng. Hàng triệu các hợp chất đã được tổng hợp ra với nhiều ứng dụng. Trong đó, các hợp chất có cấu trúc dạng enediyne đã thu hút được sự chú ý bởi hoạt tính kháng sinh và những hoạt động sinh hóa[2]. Các hợp chất enediyne thường được tổng hợp bằng phản ứng Sonogashira. Trong phản ứng Sonogashira, với xúc tác palladium truyền thống phản ứng xảy ra trong điều kiện êm dịu, nhiều phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, xúc tác palladium trong sự hiện diện của muối CuI thường tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn là dialkynylarene (ghép cặp Glaser)[3] làm giảm hiệu suất của phản ứng chính và rất khó để loại bỏ được chúng. Triethylamine hay piperidine là các base được dùng trong phản ứng Sonogashira thường có mùi khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe. Thêm vào đó, ligand triphenylphosphine là một hóa chất mang tính độc hại lại vừa đắt tiền. Chính vì thế mà việc sử dụng xúc tác palladium không ligand, không muối CuX trong phản ứng Sonogashira được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Thời gian gần đây, xúc tác nano Pd(0) được nghiên cứu và ứng dụng nhiều vào phản ứng Sonogashira góp phần giải quyết tất cả các vấn đề trên. Xúc tác nano Pd(0) đã [4] [5] [6] được tổng hợp trên các chất mang khác nhau như PVP , Fe3O4 , PEG và được sử dụng làm xúc tác cho các phản ứng ghép cặp Suzuki[5], Heck [6]và Sonogashira[7]. Dựa trên những cơ sở khoa học đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Tổng hợp 2,3- bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)” đồng thời ứng dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ - kỹ thuật siêu âm để thực hiện phản ứng Sonogashira nhằm rút ngắn thời gian phản ứng và cải tiến hiệu suất của quá trình. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 1
  12. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Mục tiêu của đề tài - Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) từ 2,3-dichloroquinoxaline và phenyl acetylene bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG, đồng thời khảo sát tìm ra điều kiện phản ứng tối ưu. Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp xúc tác Pd(0) - Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) từ 2,3-dichloroquinoxaline và phenyl acetylene sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 2
  13. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 1 TỔNG QUAN NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 3
  14. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 1.1.1 Sơ lược về phản ứng Sonogashira Phản ứng Sonogashira là một phản ứng ghép cặp của alkyne đầu mạch với vinyl hay aryl halide do Kenkichi Sonogashira và Nobue Hagihara đề xuất vào năm 1975[8]. Phản ứng được xúc tác bởi phức Pd(0) và muối copper(I) halide trong môi trường base. Phản ứng Sonogashira là một trong những phản ứng ghép cặp quan trọng và hiệu quả nhất để hình thành liên kết carbon - carbon (sp2 - sp) trong tổng hợp hữu cơ[3]. Pd cat, Cu cat + CH C R R1 X 2 R1 C C R2 + HX base, rt R1= aryl, vinyl hay pyridyl X= halo en g Sơ đồ 1 Phản ứng Sonogashira tổng quát NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 4
  15. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.1.2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira Ph3P II Cl Pd Ph3P Cl - Pd(0) = (PPh3)2Pd(II)= [(PPh3)2Pd(II)]X CuC CR2 .am ne chu ki B' HX i c n ox a ô g i hó 1 CuX R 1 HC CR2 R X Pd(II) X CuC C R2 2 HX.amine Ph3P II C CR Pd Pd 0 R2 ( ) chu ki A chu ki B Ph3P C C HC C R2 R2C C C CR2 CuX chuyÓn kim lo¹i R1 1 2 R C C R Pd(II) khö t¸ch C CR2 Sơ đồ 2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira  Cơ chế của phản ứng Sonogashira gồm có ba bước chính[8]: 1) Cộng hợp oxi hoá xúc tác Pd(0) vào dẫn xuất halogen tạo thành hợp chất trung gian R1−Pd(II)−X 2) Tạo hợp chất trung gian R1−Pd−C≡CR2(+ CuX) bằng phản ứng chuyển kim loại, ngoài vai trò xúc tác của Pd, trong quá trình xảy ra phản ứng Sonogashira còn có thể có sự hình thành hợp chất copper(I) acetylide cùng tham gia trong giai đoạn chuyển kim loại (chu kỳ B) 3) Khử tách loại R1C≡CR2 và xúc tác Pd(0)từ hợp chất cơ kim R1−Pd−C≡CR2, amine đóng vai trò chất khử, khử Pd (II) về Pd (0) 1.1.3 Điều kiện phản ứng Phản ứng dễ xảy ra trong điều kiện có mặt của các nhóm thế khác nhau ở cả hai tác chất, phản ứng Sonogashira đã thật sự tạo điều kiện để tổng hợp nhiều dẫn xuất acetylene của arene và heteroarene[9,10]. Tiếp theo sau đó là nhiều nghiên cứu ứng dụng xúc tác Pd NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 5
  16. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC trong tổng hợp hữu cơ cũng không kém phần hiệu quả như phản ứng Stille với sự tham gia của các dẫn xuất cơ kim Sn của acetylene[11,12] hay phản ứng Suzuki[13,14]. Trong phản ứng Sonogashira, xúc tác thường được sử dụng là phức Pd(0) và muối copper(I) halide. Phức Pd(0) hoạt hóa các hợp chất halide bằng cách cộng oxi hóa vào liên [38] kết giữa carbon và halogen . Phức Pd(II) như (PPh3)2PdCl2 (bis(triphenylphosphine)palladium(II) chloride) được dùng làm nguồn nguyên liệu cung cấp Pd(0) do bị khử bởi alkyne đầu mạch trong phản ứng trung gian. Trong khi đó sự hiện diện của copper(I) halide đóng vai trò chuyển kim loại, phản ứng với alkyne đầu mạch tạo thành copper(I) acetylide - hoạt động như một chất hoạt hóa của phản ứng ghép cặp. Sản phẩm trung gian của phản ứng là các hydrogen halide, vì vậy các hợp chất alkylamine như triethylamine và diethylamine hay piperidine được sử dụng làm môi trường base cho phản ứng, bên cạnh đó còn có sự tham gia của dung môi DMF, các base K2CO3 hay CsCO3 còn có thể được dùng để thay thế cho các alkylamine. Ngoài ra, điều kiện quan trọng cần thiết cho phản ứng Sonogashira là phản ứng xảy ra trong hệ thống kín hạn chế không khí lọt vào vì phức Pd(0) không ổn định trong không khí và oxygen thúc đẩy sự hình thành của sản phẩm phụ dialkynylarene[38]. 1.2 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC PALLADIUM TRONG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA Bên cạnh những xúc tác Pd thông dụng được trình bày ở trên, ngày nay xúc tác Pd ngày càng được đa dạng hóa dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm vào mục tiêu là xúc tác không ligand, không muối CuX và không alkylamine trong phản ứng Sonogashira. 1.2.1 Xúc tác Pd không ligand, không chất mang Phản ứng ghép cặp Sonogashira không có sự hiện diện của CuI, sử dụng xúc tác là muối Pd không ligand trong dung môi DMF xảy ra ở nhiệt độ phòng, TBAA (tetrabutylammonium acetate) được dùng như một base. Muối tetrabutylammonium carboxylate được sử dụng để khử Pd(OAc)2 thành những hạt nano Pd(0). Pd OAc Ph H + Br CN ( )2 Ph CN o Bu4NOAc, 50 C NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 6
  17. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Sơ đồ 3 Tổng hợp aryl alkyne bằng xúc tác Pd không ligand, không chất mang Ngoài ra, phản ứng ghép cặp Sonogashira mà không có sự hiện diện của CuI còn có thể xảy ra trong môi trường nước trong sự hiện diện của polyethylene glycol - 400 (PEG - 400) như là xúc tác chuyển pha, nhưng hiệu suất của phản ứng thấp[15]. 1.2.2 Xúc tác nano Pd Hạt nano kim loại chuyển tiếp là chất xúc tác có hiệu quả cho quá trình chuyển kim loại[15].Nhiều nghiên cứu cho rằng hạt nano kim loại chuyển tiếp có diện tích bề mặt lớn[16,17,18,19], tính chất này đã tạo ra những ứng dụng thú vị trong nhiều phản ứng khác nhau như phản ứng hydrogene hóa[20,21], phản ứng ghép cặp tạo nối C−C[22,23], phản ứng Fisher – Tropch, phản ứng oxi hóa. Sự phát triển của xúc tác nano cho hiệu quả và độ chọn lọc của phản ứng cũng như việc thu hồi và tái sử dụng xúc tác. Hạt nano kim loại chuyển tiếp được quan tâm trong hệ thống xúc tác đồng thể và dị thể phụ thuộc vào kích thước hạt[24] . Kích thước hạt nano liên quan đến khả năng phản ứng của nó, những hạt nano có kích thước nhỏ cho phép sự cộng oxi hóa của kim loại vào liên kết carbon - halogen dễ dàng hơn. Tuy nhiên hạt nano thường không bền và bị keo tụ hóa trong một vài trường hợp làm mất hoạt tính xúc tác và việc tái sử dụng xúc tác thường khó khăn. Chính vì thế mà một số chất như polymer, chất hoạt động bề mặt, và ligand đã được ứng dụng để điều chế hạt nano nhằm ngăn cản sự keo tụ hóa này. Trong một vài trường hợp, một số chất làm bền này cũng hấp phụ mạnh những hạt nano trên bề mặt làm mất hoạt tính của chúng[15] . Gần đây, xúc tác nano Pd được ứng dụng để nghiên cứu phản ứng Heck[22] , phản ứng Suzuki và phản ứng Sonogashira[25] . Hạt nano Pd trong dung dịch colloid cũng như trên các chất mang khác nhau như PVP, Fe3O4, PEG được dùng làm xúc tác trên phản ứng Sonogashira. Nano Pd colloid được bền vững hóa trên chất mang PVP (poly(vinylpyrrolidone)) bằng cách đun nóng Pd(OAc)2 trong sự hiện diện của PVP với tác [26] nhân khử là MeOH hay khử H2PdCl2 trong sự hiện diện của PVP với tác nhân khử là EtOH. Kích thước của nano Pd/PVP bị ảnh hưởng nhiều bởi loại tác nhân khử và nồng độ tác nhân khử. Do đó, sự lựa chọn alcohol với nồng độ thích hợp là quan trọng trong việc điều khiển kích thước hạt nano Pd. PVP làm bền vững hóa hạt nano Pd ngăn cản sự keo tụ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 7
  18. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC hóa. Năm 1986, H. Hirai và cộng sự[27] cho rằng nhóm carbonyl trên PVP tạo liên kết phối trí trên bề mặt nguyên tố Pd của hạt nano Pd. Đồng thời chuỗi mạch chính của PVP cũng được cho là hấp phụ nguyên tố Pd trên bề mặt bởi tương tác kỵ nước. Nano Pd cluster trên chất mang PEG được điều chế bằng cách đun nóng PdCl2 trong PEG[6] . Khả năng phản ứng của nano Pd/PEG tương tự như hầu hết các nano Pd colloid khác. Trong trường hợp này PEG đóng vai trò là chất khử, khử Pd(II) thành Pd(0), đồng thời cũng là chất mang làm bền hạt nano Pd(0). Hệ xúc tác nano Pd/PEG đã được sử dụng cho phản ứng Heck hiệu quả . Phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd có thể được thực hiện trong nhiều loại dung môi khác nhau như dung môi hữu cơ (DMF, EtOH, acetone, ), nước, hay chất lỏng ion. Chu trình xúc tác nano Pd(0) trong phản ứng Sonogashira[7] được trình bày theo sơ đồ sau: Pd - cluster A RCl Pd(0) leaching R recluster céng oxi hãa sau ph¶n øng l Pd(0) nguyªn tö C B céng oxi hãa Pd(II) leaching R Ph X + RCl X Cl Pd X X + dung m«i R Ph H khö t¸ch + base + base -H + Cl R chuyÓn kim lo¹i Ph Pd X X: Cl, NO3, OAc dung m«i Sơ đồ 4 Chu trình xúc tác nano Pd - cluster trong phản ứng Sonogashira NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 8
  19. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC − Con đường A liên quan đến việc gạn lọc Pd(0) (Pd(0) leaching) từ các vị trí khiếm khuyết trên các cluster rồi sau đó được ổn định bởi các anion phối hợp và các dung môi để tạo thành một phức đồng thể của Pd(0). Tiếp theo là sự cộng oxi hóa của alkyl chloride (RCl) vào phức Pd(0) cho phức Pd(II), tham gia vào chu trình xúc tác. − Con đường B, đầu tiên alkyl chloride (RCl) tấn công vào một vị trí khiếm khuyết trên các cluster của Pd, giải phóng phức Pd(II) vào trong dung dịch, tham gia vào chu trình xúc tác. Sự tấn công ái nhân của phenylacetylene trên phức alkyl-Pd(II)-Cl(dung môi)X diễn ra đồng thời với quá trình deproton hóa của phenylacetylene. Cuối cùng, dung dịch của Pd có thể tạo cluster mới trở lại (re-cluster) nhưng các hạt nhỏ hơn sau khi qua bước khử tách. Cơ chế này là phù hợp với kết quả thu được từ phân tích TEM và nghiên cứu động học[7] . 1.3 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ 2,3-DICHLOROQUINOXALINE (DCQ) o Công thức cấu tạo N Cll N Cll 2,3-dichloroquinoxaline o Khối lượng phân tử 199,04 g/mol o 2,3-dichloroquinoxaline là một dihalide của quinoxaline, chất này ở dạng bột mịn màu vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy là 1520C (ghi trên nhãn lọ hóa chất). 1.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHENYL ACETYLENE o Công thức cấu tạo NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 9
  20. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Phenyl acetylene o Khối lượng phân tử: 102,133 g/mol o Khối lượng riêng : 0,93 g/ml o Phenyl acetylene là một hydrocarbon thuộc hợp chất alkyne có chứa nhóm phenyl. Phenyl acetylene tồn tại ở thể lỏng không màu và nhớt. Trong nghiên cứu đôi khi người ta sử dụng phenyl acetylene như acetylene. Qui trình tổng hợp phenyl acetylene:Trong phòng thí nghiệm phenyl acetylene có thể được điều chế bằng cách tách hydrobromide từ dibromide styrene với xúc tác là NaNH2 (amide natri) trong amoniac. Ngoài ra cũng có thể điều chế phenyl acetylene bằng cách tách hydro bromide từ bromostyrene với xúc tác là KOH nóng chảy. a NaNH2 Br NH3 B r Sơ đồ 5 tổng hợp phenyl acetylene 1.5 GIỚI THIỆU VỀ SIÊU ÂM 1.5.1 Định nghĩa siêu âm Siêu âm là âm thanh có tần số nằm ngoài ngưỡng nghe của con người (16 Hz - 18 kHz). Sóng siêu âm ứng dụng trong lĩnh vực hóa học cũng như trong công nghệ tẩy rửa hóa chất, thường là vùng có tần số khoảng (20-100 KHz)[28] . Công dụng của siêu âm trong dãy tần số cao được chia làm hai vùng[28] : - Vùng thứ nhất (2-10 MHz): sóng siêu âm có năng lượng thấp, tần số cao. Nó được sử dụng trong y khoa, phân tích hóa học và nghiên cứu hiện tượng thư giãn. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 10
  21. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - Vùng thứ hai (20-100 KHz): sóng siêu âm có năng lượng cao, tần số thấp. Nó được sử dụng trong việc rửa, hàn plastic và ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học. Hình 1 Tần số sóng âm Nếu trong môi trường có nước, dưới tác dụng của siêu âm nước sẽ bị phân giải thành các gốc tự do. • • H2O → H + OH • • OH + OH → H2O2 • • • OH + OH → H2O + O • • OH + OH → H2 + O2 • • H + O2 → HO2 • • OH + H2O → H2O2 + H Các gốc tự do này sẽ oxide hóa hoặc hoàn nguyên các chất có trong môi trường và kết quả là phát quang với độ dài sóng thuộc vùng khả kiến. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 11
  22. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.5.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp Nó cung cấp một hình thức năng lượng để thúc đẩy phản ứng hóa học khác với các hình thức trước đây như nhiệt, ánh sáng và áp suất. Siêu âm ảnh hưởng lên các phản ứng thông qua sự tạo bọt. Bọt khí được hình thành trong suốt chu kỳ sóng khi chất lỏng bị tách ra thành từng phần để hình thành những bọt nhỏ và bị vỡ trong chu kỳ nén kế tiếp. Sự vỡ bọt khí sẽ tạo ra áp suất khoảng hàng trăm atm và nhiệt độ khoảng hàng ngàn độ. Hình 2 Quá trình phát triển của bọt khí 1.5.3 Thiết bị siêu âm Thiết bị siêu âm chủ yếu được sử dụng là thanh siêu âm (20 kHz) Hình 3 Thanh siêu âm NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 12
  23. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu âm được làm bằng hợp kim titanium. Năng lượng siêu âm được phát ra từ thanh và được tạo ra bởi sự tạo rung của chóp thanh. Thông thường, thanh siêu âm chỉ có một tần số 20 kHz nhưng trong một vài thiết bị hiện đại đã cho phép việc lựa chọn tần số. Loại thanh này có sự tập trung năng lượng cao, gọn, có thể điều chỉnh những tần số khác nhau nhưng có thể làm nhiễm bẩn chất lỏng vì chóp thanh bị gỉ sau một thời gian sử dụng[28] . 1.5.4 Ưu nhược điểm của siêu âm 1.5.4.1 Ưu điểm của siêu âm − Phản ứng được gia tốc mà không cần tác chất khác đưa vào. − Sản phẩm thu được không lẫn tạp chất. − Sử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn phản ứng vẫn xảy ra. − Có thể giảm bớt các bước phản ứng trung gian. Trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, siêu âm có những đóng góp đáng chú ý: xáo trộn rất tốt hỗn hợp phản ứng, làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử các chất đạt đến mức tối đa giữa các pha khí - khí, khí - lỏng (phản ứng ozone hóa), lỏng - lỏng (phản ứng ester hóa), lỏng - rắn (phản ứng Grignard) mà các phương tiện khác như khuấy cơ, khuấy từ, không tốt hơn được. Từ đó, siêu âm giúp làm gia tăng tốc độ của hầu hết các phản ứng hữu cơ[28] . 1.5.4.2 Nhược điểm của siêu âm Bồn siêu âm chỉ có một tần số cố định, đôi khi không kiểm soát được nhiệt độ (khi siêu âm trong thời gian dài), không thực hiện được ở nhiệt độ thấp. 1.6 NHỮNG NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY 1.6.1 Ngoài nước Trong thời gian gần đây xúc tác nano Pd(0) trên các chất mang khác nhau được nghiên cứu và ứng dụng nhiều vào phản ứng Sonogashira. Tuy nhiên, chúng tôi chỉ trình bày một số công trình được xem là đáng chú ý liên quan đến đề tài. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 13
  24. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.6.1.2 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP Năm 2005, Lei Wang và cộng sự[25] đã tiến hành ghép các aryl halide với các alkyne đầu mạch bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP cho hiệu quả tốt (96%) và 90% khi sử dụng xúc tác Pd(OAc)2/n-Bu4NBr (xúc tác Jeffery). Phản ứng Sonogashira được thực hiện mà không có sự hiện diện của CuX, amine và PPh3 trong phản ứng. Tác giả đã chỉ ra rằng các hạt nano Pd(0) trên chất mang PVP (kích thước hạt 7 nm) được tìm thấy trong vùng từ 0,5-5,0 %mol khi sử dụng 1 %mol xúc tác nano Pd(0)/PVP thì phản ứng cho hiệu suất cao nhất 95%. R1 R1 Pd(0)/PVP-K2CO3-EtOH X + R H R X: F, Br R: CH3, C6H5 : R1 CH3, CF3, NO2, CN Sơ đồ 6 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP Tác giả đã khảo sát hàng loạt các yếu tố khác như dung môi và base để tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng. Vì tính chất phân cực của PVP, phản ứng được thực hiện trong dung môi MeOH và EtOH đem lại hiệu quả cao nhất. DMSO và DMF cũng được sử dụng nhưng phản ứng xảy ra chậm hơn, và không có sản phẩm ghép cặp mong muốn khi sử dụng toluene, dichloromethane, THF và acetonitrile. Phản ứng được tiến hành với nhiều loại base khác nhau, K2CO3 là base tốt nhất trong trường hợp này. Những base khác như KOAc, KF và K3PO4 về căn bản là kém hiệu quả hơn. Khi dùng KOH thì sản phẩm chỉ thu được ở dạng vết. Với triethylamine, piperidine và dibenzylamine phản ứng có xảy ra nhưng hiệu suất thấp. Ngoài tính hiệu quả, đơn giản và dễ thực hiện của phản ứng, xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PVP có thể thu hồi và tái dụng sau 8 lần phản ứng mà không bị mất hoạt tính. 1.6.1.2 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) dưới điều kiện siêu âm NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 14
  25. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CH3COCH3 hay [bbim]BF4 R1 X + R2 H R1 R2 O TEA, PdCl2, 30 C, siêu âm R1 = H, CH3, NO2, CHO R2 = aryl, cyclohexyl X = I, Br Sơ đồ 7 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) dưới điều kiện siêu âm Khác với L. Wang, K. V. Srinivasan và cộng sự [37] đã tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) trong dung môi acetone và chất lỏng ion ([bbim]BF4, 1,3-di-n-butylimidazolium tetrafluoroborate) cho hiệu quả cao (65-93%). Phản ứng dưới sự hỗ trợ của siêu âm đã diễn ra êm dịu ở nhiệt độ phòng. Thậm chí có sự hiện diện xúc tác của muối CuX và PPh3. Khi thực hiện phản ứng trong dung môi acetone kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 3-8 nm và phản ứng chuyển hóa tốt từ 15-90 phút. Còn khi thực hiện phản ứng trong chất lỏng ion kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 10-20 nm và phản ứng chuyển hóa từ 2-3 giờ. Trong dung môi acetone, việc thu hồi và tái sử dụng lại các hạt nano palladium là rất khó khăn. Tuy nhiên, trong môi trường chất lỏng ion [bbim]BF4, xúc tác nano Pd(0) có thể tái sử dụng 5 lần mà không bị giảm hoạt tính. Sản phẩm ghép cặp Glaser chỉ thu được ở dạng vết đối với iodobenzene, và từ 6-7% đối với bromobenzene. Đồng thời tác giả cũng chỉ ra rằng dưới sự hỗ trợ của siêu âm, phản ứng diễn ra nhanh hơn. Siêu âm không chỉ tạo ra những hạt nano Pd(0) là xúc tác hoạt tính cho phản ứng mà còn làm tăng hoạt tính của những xúc tác này trong chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira. Đây là cơ sở để chúng tôi ứng dụng kỹ thuật siêu âm vào sơ đồ tổng hợp. 1.6.1.3 Tổng hợp dẫn xuất 1-cyano-4-phenylethynylbenzene bằng xúc tác nano Pd(0) Trong công trình nghiên cứu của B. Thathagar và cộng sự[7], hạt nano Pd(0) - cluster được tổng hợp từ Pd(NO3)2 với tetraoctylammonium glycolate trong DMF. Sau đó, chúng được dùng làm xúc tác cho phản ứng giữa phenylacetylene và 4-bromobenzonitrile NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 15
  26. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC trong dung môi DMF, base được sử dụng là tetrabutylammonium acetate (TBBA). Hạt nano Pd(0) được tạo ra ở dạng đám (cluster) có hoạt tính tương tự như phức Pd(dba)2 đồng thể. hay xt Pd Ph H + Br CN Ph CN o Bu4NOAc, 50 C Sơ đồ 8 Tổng hợp 1-cyano-4-phenylethynylbenzene bằng xúc tác nano Pd(0) 1.6.1.4 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim loại chuyển tiếp Pd Năm 2003, Leadbeater và cộng sự[29] đã tổng hợp dẫn xuất aryl alkyne bằng phản ứng Sonogashira mà không có sự hiện diện của xúc tác kim loại chuyển tiếp Pd. Phản ứng được thực hiện trong môi trường nước dưới điều kiện vi sóng. NaOH đóng vai trò base, và PVP được sử dụng như là một chất xúc tác chuyển pha. Tuy nhiên phản ứng bị giới hạn chỉ dùng cho aryl iodide và alkyne đầu mạch có chứa vòng thơm. R1 R1 PEG, NaOH X + R H R H2O, vi sãng X: Br, I R: Ph, C4H9 : e R1 H, CH3, COM , NO2 Sơ đồ 9 Tổng hợp aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim loại chuyển tiếp Pd 1.6.2 Trong nước Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác là phức Pd(0) Năm 2011, trong công trình nghiên cứu của Nguyễn Thanh Quyên[33], sinh viên trường ĐH Sư Phạm TP HCM, tác giả đã tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline từ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 16
  27. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ là siêu âm, với xúc tác phức Pd(0) có sự hiện diện của muối CuI trong dung môi DMF xảy ra ở nhiệt độ phòng, trong điều kiện không có không khí, (C2H5)3N (triethylamine) được sử dụng như một base. Độ chuyển hóa đạt 65,71%. C Pd2(dba)3 N Cl CuI N C PPh + 2 HC C 3 + 2HCl N Cl (C2H5)3N, phenyl acetylene N2,DMF N C 2,3-dichloquinoxaline C DAPQ Sơ đồ 10 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác là phức Pd(0) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 17
  28. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 2 NGHIÊN CỨU 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 18
  29. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.1.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1.1 Tổng hợp xúc tác Pd(0) trên chất mang PEG Hạt nano Pd(0) có thể được điều chế bằng cách khử muối Pd(II) trong dung dịch nước hay trong dung môi hữu cơ với các tác nhân khử khác nhau như hydrazine[36], hydrogene[30,31] và sodium borohydride[32]. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành điều chế hạt nano Pd(0) trên chất mang PEG mà không dùng bất kỳ tác nhân khử nào khác. PEG đóng vai trò là chất khử đồng thời bảo vệ những hạt nano Pd(0) tránh sự keo tụ hóa. PEG có phân tử lượng càng lớn thì tính khử càng cao[6]. Năm 2005, C. Luo và cộng sự[12] đã chỉ ra rằng hạt nano Pd(0)/PEG có độ bền cao (có thể bảo quản hàng tháng mà không bị mất hoạt tính) và có thể tái sử dụng 6 lần trong phản ứng Heck. 2.1.1.2 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG Hợp chất 2,3-dichloquinoxaline là dẫn xuất dihalide của quinoxaline, một hợp chất dị vòng có nhiều ứng dụng trong hóa học hữu cơ. Để tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline chỉ cần thực hiện qua một giai đoạn là ghép cặp 2,3-dichloquinoxaline với phenylacetylene. Năm 2010, A. V. Gulevskaya và cộng sự[35] đã tiến hành tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline trên thiết bị khuấy từ, với xúc tác Pd(PPh3)2Cl2/CuI/Et3N trong thời gian 4 giờ, cho hiệu suất 69%. Tuy nhiên xúc tác phức palladium với ligand PPh3 thường nhạy cảm với không khí và độ ẩm nên phản ứng phải được thực hiện trong môi trường khí N2. Nếu kiểm soát môi trường khí trơ không tốt, sự có mặt của O2 không khí trong sự hiện diện của CuI thúc đẩy sự tạo thành sản phẩm phụ diphenyldiacetylene (ghép cặp Glaser)[3] đi kèm với sản phẩm chính, đồng thời ligand triphenylphosphine là một hóa chất mang tính độc hại lại vừa đắt tiền. Để cải tiến những hạn chế trên, chúng tôi chọn lựa giải pháp sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG dưới điều kiện siêu âm để tiến hành phản ứng. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 19
  30. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CH C CuI 2 Et3N, O2 Diphenyldiacetylene Sơ đồ 11 Phản ứng ghép cặp Glaser tạo diphenyldiacetylene Như vậy, dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đây chúng tôi chọn Sơ đồ 12 để tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) từ nguồn nguyên liệu đầu 2,3-dichloroquinoxaline , xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG, phản ứng được mô tả qua sơ đồ sau: N Cl N + Phenylacetylene nano Pd 0 /DMF N Cl ( ) , N base, siêu âm 2,3-Dichloroquinoxaline DAPQ Sơ đồ 12 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline  Đặc điểm của sơ đồ - Ứng dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG vào qui trình tổng hợp để thay thế cho xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3/Et3N góp phần giải quyết vấn đề về môi trường. Phản ứng xảy ra không có sự hiện diện của CuI nên tránh được sự ghép cặp Glaser tạo sản phẩm phụ dialkynylarene. - Ứng dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ cụ thể là kỹ thuật siêu âm để thực hiện các phản ứng trong Sơ đồ 12 nhằm nâng cao hiệu suất. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 20
  31. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.1.2 Các phương pháp nghiên cứu Xác định cấu trúc sản phẩm được thực hiện bằng các phương pháp phân tích hiện đại: − Phổ khối MS − Kích cỡ và hình dạng hạt nano được xác định bởi SEM (JEOL-JSM-7401F) và TEM (JEM-1400-Nhật) − Xác định Pd(0) và PEG bằng phổ XRD trên máy D8ADVANCE - Brucker Đức. − Sản phẩm được kiểm tra các hằng số vật lý như điểm nóng chảy. 2.1.2.1 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng − Khảo sát trên thanh siêu âm, tỷ lệ mol giữa chất nền 2,3-dichloquinoxaline và tác chất phenyl acetylene, biên độ của thanh siêu âm, môi trường base để xác định điều kiện mà phản ứng cho độ chuyển hóa tốt nhất (TLC monitoring). − So sánh các kết quả với phương pháp truyền thống. 2.1.2.2 Qui ước và tính toán - Hiệu suất cô lập của các chất tổng hợp, được tính theo công thức m H (%)= tt .100 mlt Trong đó: o mtt: khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (gam) o mlt: khối lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (gam) o H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được (%) 2.2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL) QUNIXALINE 2.2.1 Qui trình tổng hợp NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 21
  32. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2,3-dichloroquinoxaline Phenyl acetylene Nano Pd(0), DMF, Base Siêu âm Hỗn hợp sản phẩm Bốc hơi chân không Hỗn hợp chất rắn Hòa tan bằng CH2Cl2, nước, chiết với diethyl ether Dung dịch chiết 1.Rửa nước, nước muối 2.Làm khan bằng MgSO4 3.Cô quay loại bỏ dung môi Sản phẩm thô Lọc cột silicagel Sản phẩm sạch Hiệu suất 2.2.2 Giải thích quy trình Phản ứng Sonogashira được thực hiện trên chất nền là 2,3-dichloquinoxaline và tác chất là phenylacetylene ,cả hai đều là những phổ biến, được bán sẵn trên thị trường. Phản ứng được thực hiện trong môi trường base, xúc tác là nano Pd(0) và dung môi DMF đã được xử lý. Hỗn hợp phản ứng sau khi thực hiện xong được cô trong chân không để đuổi dung môi DMF. Sau khi đã sấy khô, hòa tan chất rắn bằng dichloromethane và nước cất,lớp nước được chiết tiếp với diethyl ether (2x30ml). Dung dịch chiết được làm khan trong MgSO4, lọc qua giấy lọc rồi cô quay dung dịch chiết để đuổi hết dung môi. Thu sản phẩm nhờ sắc kí cột. Thu sản phẩm sạch và tính hiệu suất. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 22
  33. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.2.3 Thực hiện khảo sát các điều kiện tiến hành phản ứng 2.2.3.1 Khảo sát tỉ lệ số mol giữa tác chất và chất nền Để tiến hành khảo sát tỉ lệ mol tác chất và chất nền, cố định số mol chất nền 2,3-dichloroquinoxaline, môi trường base, biên độ siêu âm, thời gian phản ứng. Lần lượt thay đổi số mol của tác chất để tìm ra điều kiện tối ưu về số mol. Các thông số về số mol chất nền, thời gian phản ứng và điều kiện phản ứng được chọn như sau: - Cố định số mol chất nền là 0,502 mmol (0,1g) - Thời gian phản ứng là 4 giờ - Biền độ siêu âm là 50% (công suất 40w) - Môi trường base được tạo bởi K2CO3 - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi số mol phenyl acetylene 2.2.3.2 Khảo sát môi trường base Sau khi tìm ra được số mol tối ưu của phenyl acetylene, tiếp tục khảo sát để tìm ra môi trường base tốt nhất của phản ứng. Các thông số về chất nền, tác chất và điều kiện phản ứng được chọn như sau: - Số mol chất nền là 0,502 mmol. - Số mol tác chất là 1,506 mmol (theo tỉ lệ 1:3). - Cố định biên độ siêu âm là 50% (công suất 40w) - Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi các chất tạo môi trường base cho phản ứng 2.2.3.3 Khảo sát biên độ siêu âm Sau khi tìm được chất tạo môi trường base tốt nhất, tiếp tục khảo sát để tìm ra biên độ siêu âm tối ưu của phản ứng. Các thông số cho phản ứng được cụ thể như sau: - Số mol chất nền là 0,502 mmol. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 23
  34. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - Số mol tác chất là 1,506 mmol (theo tỉ lệ 1:3). - Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ - Cố định môi trường base là K2CO3 - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi biên độ siêu âm 2.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.3.1 Tổng hợp xúc tác Pd(0) trên chất mang PEG Xúc tác nano Pd(0)/PEG được điều chế rất đơn giản trên máy khuấy từ. Khuấy hỗn o hợp của PdCl2 và PEG theo tỉ lệ mol 1:10 ở 80 C, hỗn hợp phản ứng chuyển dần sang màu đen sau 2 giờ. Cơ chế tạo nano Pd(0) trên chất mang PEG mà không dùng bất kỳ tác nhân khử nào khác được cho là do có phản ứng oxi hóa - khử giữa nhóm −OH của PEG và Pd(II) để hình thành Pd(0) và nhóm −CHO. Trên phổ 1H-NMR của PEG sau phản ứng xuất hiện [40] proton ở độ dịch chuyển hóa học δH = 9,75 ppm của nhóm aldehyde . Trên phổ XRD (phụ lục 4) xuất hiện 2 peak của PEG có cường độ mạnh tại 2θ = 19,2 và 23,3°, cho thấy có sự hiện diện của polymer. Peak đặc trưng của Pd(0) tại 2θ = 39,7°. Trên ảnh SEM (phụ lục 3) có sự hiện diện của Pd(0) ở kích thước nano (nhỏ hơn 50 nm), các hạt nano tập trung ở dạng đám (cluster) trên PEG. Kích thước trung bình của hạt nano Pd(0) đạt khoảng 5 nm trên ảnh TEM (phụ lục 4). 2.3.2 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG CH C N Cl N N Cl ano ase + N Pd(0)/PEG, b + DMF, siêu âm N Cl N N 2 3-Dichloro uinoxaline , q DAPQ m-DAPQ Sơ đồ 13 Tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 24
  35. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Sản phẩm (DAPQ) được tổng hợp từ 2,3-dichloroquinoxaline và phenylacetylene (tỉ lệ mol 1:3) trên xúc tác nano Pd(0), base, DMF mà không cần tới sự có mặt của ligand và CuI (Sơ đồ 13). Xúc tác Pd(0) được sử dụng với hàm lượng 2% theo đương lượng mol so với tác chất. Khi cho xúc tác nano Pd(0)/PEG vào hỗn hợp, dung dịch phản ứng có màu nâu sau đó đen dần trên thanh siêu âm sau 2 phút. Sản phẩm phản ứng được theo dõi trên TLC. Tương tự như trường hợp dùng xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3, phản ứng điều chế DAPQ luôn chứa sản phẩm phụ một nhóm thế monophenylethynyl (m-DAPQ)( 2-chloro- 3-(phenylethynyl)quinoxaline). Tỷ lệ tạo thành giữa m-DAPQ và DAPQ được khảo sát với sự thay đổi các điều kiện phản ứng. 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa chất nền và tác chất đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ Điều kiện phản ứng được lựa chọn như sau: − Cố định số mol chất nền 2,3-dichloroquinoxaline là 0,502 mmol (0,1g) − Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2 %mol − Cố định biên độ siêu âm 50% (công suất 40w) − Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ − Môi trường base được tạo bởi K2CO3 − Thay đổi số mol phenylacetylene  Kết quả quan sát trên TLC (1) (2) (3) Hình 4 Tổng hợp DAPQ với tỉ lệ mol chất nền và tác chất là (1) 1:2, (2) 1:3, (3) 1:4 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 25
  36. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC  Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng sau Bảng 1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol chất nền và tác chất đến hiệu suất (H%) của phản ứng tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) Sự Phenyl Thời Sự chuyển chuyển Khối Hiệu suất STT DCQ acetylene gian hóa hóa lượng cô cô lập (mmol) (mmol) (giờ) m-DAPQ DAPQ lập DAPQ DAPQ (theo TLC) (theo (g) (%) TLC) 1 1 2 4 Còn vết đậm Vết đậm 0,0613 36,52 2 1 3 4 Không còn vết Vết đậm 0,1171 70,54 3 1 4 4 Còn vết mờ Vết đậm 0,1082 65,21 Đồ thị 1 Biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất theo tỷ lệ mol 80 70 70.54 67.21 60 50 40 36.52 30 hiệu suất (%) 20 10 ti le mol 0 Phenylacetylene: DCQ 2 3 4 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 26
  37. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Nhận xét và biện luận Dựa theo kết quả bảng 1 cho thấy với số mol phenyl acetylene là 3 mmol và 4 mmol lượng chất thu được chênh lệch nhau không đáng kể, nếu so sánh hiệu suất và lượng tác chất phải sử dụng thì tỷ lệ mol phenyl acetylene là 3 mmol được chọn để thực hiện phản ứng nhằm mục đích tiết kiệm hóa chất mà vẫn cho hiệu suất tốt. 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất tạo môi trường base đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ Điều kiện phản ứng được lựa chọn như sau: − Cố định tỉ lệ mol giữa 2,3-dichloroquinoxaline và phenyl acetylene là 1:3 − Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2 %mol − Cố định biên độ siêu âm là 50% (công suất 40w) − Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ − Thay đổi chất tạo môi trường base  Kết quả quan sát trên TLC (1) (2) (3) Hình 5 Tổng hợp DAPQ với (1) K2CO3, (2) K3PO4, (3) CH3COONa NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 27
  38. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC  Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng sau Bảng 2 Khảo sát ảnh hưởng của môi trường base đến hiệu suất (H%) của phản ứng tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) Sự chuyển Khối Hiệu Sự chuyển hóa hóa Tỉ lệ mol Thời Môi lượng suất cô m-DAPQ DAPQ cô lập lập STT DCQ: phenyl gian trường DAPQ DAPQ acetylene (giờ) base (theo TLC) (theo TLC) (g) (%) 1 1:3 4 K3PO4 Còn vết mờ Vết đậm 0,0867 52,25 2 1:3 4 K2CO3 Không còn vết Vết đậm 0,1171 70,54 3 1:3 4 CH3COONa Còn vết mờ Vết đậm 0,0919 55,39 Nhận xét và biện luận Dựa theo kết quả bảng 2 nhận thấy khi thay đổi chất tạo môi trường base cho phản ứng là K3PO4, K2CO3 và CH3COONa hiệu suất chênh lệch nhau đáng kể, lượng chất thu được cao nhất trong trường hợp sử dụng K2CO3, do đó K2CO3 được chọn là chất tạo môi trường base tốt cho phản ứng. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 28
  39. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của biên độ siêu âm đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ Điều kiện phản ứng được lựa chọn như sau: − Cố định tỉ lệ mol giữa 2,3-dichloroquinoxaline và phenylacetylene là 1:3 − Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2 %mol − Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ − Chất tạo môi trường base là K2CO3 − Thay đổi biên độ siêu âm  Kết quả quan sát trên TLC (1) (2) (3) Hình 6 Tổng hợp DAPQ với công suất 40w, biên độ siêu âm. (1) 30%, (2) 50%, (3) 70%  Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng sau: Bảng 3 Khảo sát ảnh hưởng của biên độ siêu âm đến hiệu suất (H%) của phản ứng tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 29
  40. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tỉ lệ mol Thời Biên Sự Khối Hiệu Sự chuyển hóa chuyển DCQ: phenyl gian độ lượng suất cô (giờ) siêu m-DAPQ hóa cô lập lập STT acetylene âm (tính theo TLC) DAPQ DAPQ DAPPQ (%) (tính theo (g) (%) TLC) 1 1:3 4 30 Còn vết mờ Vết đậm 0,1005 60,57 2 1:3 4 50 Không còn vết Vết đậm 0,1171 70,54 3 1:3 4 70 Còn vết mờ Vết đậm 0,0789 47,52 Đồ thị 3 Biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất theo biên độ siêu âm 80 70 70.54 60 60.57 50 47.52 40 30 hiệu suất (%) 20 10 0 bien do sieu am(%) 30 50 70 Nhận xét và biện luận Dựa theo kết quả bảng 3 nhận thấy khi tiến hành siêu âm ở biên độ 50% trong 4 giờ thì đạt được hiệu suất chuyển hóa tương đối cao hơn, ở biên độ 70% nhiệt độ tăng có thể ảnh hưởng đến tác chất và sản phẩm sinh ra NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 30
  41. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Như vậy: Thông qua kết quả khảo sát trên thiết bị siêu âm, điều kiện thích hợp của phản ứng tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG như sau: - Tỉ lệ mol phenylacetylene/2,3-dichloroquinoxaline là 3:1. - Thời gian thực hiện phản ứng trên thanh siêu âm là 4 giờ. - Biên độ siêu âm là 50% (công suất 40w) - Chất tạo môi trường base là K2CO3 - Sự chuyển hóa của sản phẩm DAPQ đạt gần 100%( theo TLC) - Hiệu suất cô lập đạt 70,54% Bảng 4 So sánh xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3 và xúc tác nano Pd(0)/PEG trong phản ứng tổng hợp DAPQ Xúc tác Base Thời gian (giờ) Hiệu suất cô lập DAPQ (%) (*) Pd2(dba)3/CuI/PPh3 Trietylamine 3 65,71% Nano Pd(0)/PEG K2CO3 4 70,54% (*) kết quả đã được nghiên cứu trong tài liệu [33] Nhận xét và biện luận Dựa theo bảng 4 khi sử dụng xúc tác nano Pd(0) để thay thế cho xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3 trong tổng hợp DAPQ, sự chuyển hóa DAPQ cao hơn và thời gian phản ứng có sự chênh lệch không đáng kể. Nhưng xúc tác nano Pd(0) cho nhiều ưu điểm vượt trội hơn. Như đã phân tích ở trên, khi dùng xúc tác nano Pd(0)/PEG, phản ứng xảy ra không có sự tham gia của CuI nên không có sự tạo thành của diphenyldiacetylene lẫn vào sản phẩm. Đồng thời, phản ứng xảy ra trong điều kiện êm dịu mà không cần phải tránh ẩm tốt hay tránh sự xâm nhập của không khí trong quá trình thực hiện phản ứng như trong trường hợp sử dụng ligand PPh3. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 31
  42. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Một ưu điểm nổi bật nữa là sử dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG có thể tiết kiệm được chi phí vì lượng Palladium sử dụng dưới dạng nano Pd(0) là thấp hơn 5 lần so với sử dụng dưới dạng Pd2(dba)3 và nguồn nguyên liệu tạo phức palladium thường rất đắt. Base sử dụng trong trường hợp này là K2CO3 để thay thế cho triethylamine, một dung môi độc hại với môi trường. 2.4 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC 2,3-BIS(PHENYNYL)QUINOXALINE(DAPQ) Hình 7 TLC của DAPQ Hình 8 Hợp chất DAPQ - Hợp chất DAPQ là một chất rắn, màu vàng nhạt không tan trong nước, tan trong petroleum ether (PE), diethyl ether, hexane, dichlometan - Sắc ký bản mỏng (TLC) hiện màu bằng dung dịch H2SO4 10% trong ethanol. Giải ly bằng hệ petroleum ether và ethyl acetate, cho vết tròn màu vàng có Rf = 0,3 (PE:EtOAc=2,5:0,15). - Điểm chảy 125-127°C - Phổ khối lượng MS (phụ lục 1): cho mũi m/z = 331,1 [M+H] tương ứng với công thức phân tử C24H14N2 (M=330). NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 32
  43. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - Phổ của DAPQ (IR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC, HMBC) đã được phân tích ở những báo cáo trước đây.[33] 2.5 XÁC ĐỊNH CẦU TRÚC 2-CHLORO-3- (PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE (m-DAPQ) Hình 9 TLC của m-DAPQ Hình 10 Hợp chất m-DAPQ - Hợp chất m-DAPQ là một chất rắn, màu vàng nhạt, tan trong diethylether, dichlometan, chloroform - Sắc kí bảng mỏng (TLC) hiện màu bằng dung dịch H2SO4 10% trong ethanol. Giải ly bằng hệ petroleum ether và ethyl acetate (2,5:0,15) cho vết tròn có Rf = 0,6 - Điểm nóng chảy 91-93oC - Phổ khối lượng MS (phụ lục 2): cho mũi m/z = 265,0632 [M+H] tương ứng với công thức phân tử C16H9N2Cl (M=264,5). NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 33
  44. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3 THỰC NGHIỆM NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 34
  45. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ, DỤNG CỤ XỬ LÝ DUNG MÔI 3.1.1 Hóa chất o Hóa chất công nghiệp − Acetone − Nước cất o Hóa chất của Trung Quốc − Dichloromethane (CH2Cl2) − Diethyl ether ((C2H5)2O)) − Dimethylformamide (DMF) − Ethanol (C2H5OH) − Ethyl acetate (CH3COOC2H5) − Magnesium sulfate (MgSO4) − Petroleum ether (60-90) − Polyethylene glycol (PEG) (Mv = 3500-4000) − Potassium carbonate (K2CO3) − Sodium acetate (CH3COONa) − Tripotassium phosphate (K3PO4) o Hóa chất của Merck − Palladium(II) chloride (PdCl2) − 2,3-Dichloroquinoxaline − Bản mỏng tráng sẵn silica gel dạng 60 F254 − Silica gel dạng 60 F254 o Hóa chất của Aldrich − Phenylacetylene NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 35
  46. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.1.2 Dụng cụ − Bình tam giác (erlen) loại 100 mL, 250 mL. − Bình cầu cổ nhám 500 mL. − Bình cô quay 100 mL. − Becher loại 50 mL, 100 mL, 250 mL, 1000 mL. − Ống hút, pipet, đũa thủy tinh, cá từ, đá bọt, lọ thủy tinh, chai đựng mẫu, ống đong 100 mL, giá đỡ ống nghiệm, kẹp, giá thí nghiệm, ống nghiệm lớn. 3.1.3 Thiết bị Các thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp gồm có: − Máy đo điểm tan chảy ELECTROTHERMAL Model 9100, 9200 của Anh, dùng mao quản không hiệu chỉnh. − Máy cô quay RE 300, Anh − Máy đo SEM (JEOL - JSM-7401F, Field Emission Scanning Electron Microscope). − Máy đo TEM (JEM-1400, kính hiển vi Hitachi H8100 có thế gia tốc 200 kV, nguồn phát electron LaB6, độ phân giải 0,14 nm). − Máy đo XRD hiệu D8ADVANCE – Brucker Đức − Thanh siêu âm (ultrasonic processor) VIBRA CELL VC130, SONIC, USA − Tủ hút − Máy bơm chân không − Tủ sấy − Cân kỹ thuật và cân phân tích NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 36
  47. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.2 XỬ LÝ DUNG MÔI Xử lý DMF: cho 20 ml nước và 30 ml benzene vào trong 100 ml DMF. Sau đó chưng cất ở áp suất thường đến nhiệt độ đạt 154-1560C thì ngưng lại. Tiếp theo 0 cho CaCl2 khan vào và chưng cất dưới áp suất kém ở 99 C và 180 mmHg để thu được DMF khan (hình 6) Sản phẩm DMF thu được ngâm trong CaCl2 khan Hình 11 Hệ thống chưng cất DMF 3.3 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC NANO Pd(0) TRÊN CHẤT MANG PEG Cho 0,04 g PdCl2 vào 4 g PEG (2 mmol) tại 80°C trên khuấy từ (Hình7). Hỗn hợp được khuấy đến khi dung dịch đồng nhất (2 giờ) tại nhiệt độ này. Trong quá trình phản ứng dung dịch sẽ chuyển từ màu xám sang màu đen, cho thấy có sự tạo thành của nano Pd(0). Sản phẩm được làm lạnh đến nhiệt độ phòng và pha loãng với 3 mL DMF. Dung dịch được sử dụng để xác định tính chất và hoạt tính xúc tác. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 37
  48. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 12 Điều chế nano Pd(0)/PEG trên máy khuấy từ 3.4 TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE VỚI XÚC TÁC Pd(0)/PEG Cho 2,3-dichloroquinoxaline (100 mg, 0,50 mmol) vào hỗn hợp của 0,54 mL dung dịch nano palladium/DMF (chứa 0,01 mmol Pd(0)), base và 2 mL DMF, hỗn hợp được thêm phenyl acetylene. Khối lượng, loại base và thể tích phenyl acetylene tùy vào quá trình khảo sát, tiếp tục đánh siêu âm (biên độ tùy vào quá trình khảo sát) trong 4giờ. Theo dõi độ chuyển hóa của phản ứng sau mỗi 30phút bằng cách lấy vài giọt dung dịch hỗn hợp sản phẩm chấm lên bảng mỏng silica gel sau đó kiểm tra vết sản phẩm và đối chiếu với chất nền. Hệ giải ly trên bản mỏng petroleum ether (phân đoạn 60-90):ethyl acetate (tỷ lệ 2,5:0,15). Vết sản phẩm thu được soi UV hiện rõ ở bước sóng 365 nm, có Rf = 0,3, có thể hiện hình bằng dung dịch 10% H2SO4 trong ethanol. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 38
  49. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 13 Tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG thanh siêu âm Xử lý sản phẩm sau phản ứng. Đuổi dung môi trong chân không, hòa tan chất rắn với Dichloromethane, nước, chiết lớp nước với Diethyl ether. Ngâm dung dịch chiết trong MgSO4, lọc qua giấy lọc, cô quay đuổi dung môi dung dịch rồi cho vào cột được nhồi 20g silica gel để lọc thu sản phẩm, dung môi chạy cột là hệ petroleum ether (60-90):ethyl acetate được tăng dần đến 2% ethyl acetate Hình 14 Cột sắc ký tách sản phẩm DAPQ Hình 15 Sản phẩm DAPQ sau lọc cột sắc kí NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 39
  50. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KẾT LUẬN  Nhìn lại mục tiêu đề tài “tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)” các kết quả khóa luận đạt được có thể tóm tắt như sau: − Đã tổng hợp thành công hệ xúc tác nano Pd(0)/PEG. Cấu trúc, hình dạng và kích thước hạt nano Pd(0) đã được xác định và chứng minh bằng phổ XRD, SEM, TEM. − Đã ứng dụng có hiệu quả hệ xúc tác nano Pd(0)/PEG vào phản ứng tổng hợp dẫn xuất 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline, độ chuyển hóa là gần 100%(theo TLC), hiệu suất cô lập sản phẩm 70,54% cao hơn so với khi thực hiện với xúc tác phức Pd thường (65,71%). Điều kiện thích hợp cho phản ứng là trên thanh siêu âm trong 4 giờ (thực hiện trên khuấy từ 8 giờ nhưng vẫn chưa chuyển hóa thành DAPQ[34]) , biên độ siêu âm sử dụng là 50% ( công suất 40 W) − Việc khảo sát phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG tiết kiệm xúc tác và môi trường base sử dụng không gây độc hại cho môi trường. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 40
  51. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KIẾN NGHỊ  Từ các kết quả đạt được trong quá trình thí nghiệm, chúng tôi có một số đề nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài như sau: − Nghiên cứu tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG dưới điều kiện vi sóng để rút ngắn thời gian phản ứng. − Nghiên cứu tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0) trên các chất mang khác. − Thu hồi và sử dụng lại xúc tác nano Pd(0)/PEG để tái lặp lại cho phản ứng. − Ứng dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG để khảo sát phản ứng Sonogashira trên các tác nhân aryl alkyne có chứa nhóm đẩy và nhóm rút điện tử và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 41
  52. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Thảo, Hóa học các hợp chất dị vòng, nhà XB Giáo Dục, 2001 [2] R. M. Batchelder, W. R. Wilson, M. P. Hay, W. A. Denny, Oxygen dependence of the cytotoxicity of the enediyne antitumour antibiotic esperamicin A1, British Journal of Cancer, 1996, 74 [3 ]M. B. Smith, J. March, March’s advanced organic chemistry reactions, mechanisms, and structure, inc. publication, 2007, 904-981 [4] L. F. de Souza, L. C. Silva, B. L. Oliveira, O. A. C. Antunes, Microwave- and ultrasound- assisted Suzuki- Miyaura cross - coupling reactions catalyzed by Pd/PVP, Tetrahedron Letters, 2008, 49, 3895-3898 [5] R. Zhang, J. Liu, F. Li, S. Wang, C. Xia, W. Sun, Magnetically Separable and Versatile Pd/Fe3O4 Catalyst for Efficient Suzuki Cross - Coupling Reaction and Selective Hydrogenation of Nitroarenes, Chin. J. Chem., 2011, 29, 525-530. [6] C. Luo, Y. Zhang, Y. Wang, Palladium nanoparticles in poly(ethyleneglycol): the efficient and recyclable catalyst for Heck reaction, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2005, 229, 7-12. [7] M. B. Thathagar, P. J. Kooyman, R. Boerleider, E. Jansen, C. J. Elsevier, G. Rothenberg, Palladium nanoclusters in Sonogashira cross - coupling: A true catalytic species?, Adv. Synth. Catal., 2005, 347, 1965-1968. [8] K. Sonogashira, Development of Pd - Cu catalyzed cross - coupling of terminal acetylenes with sp2 - carbon halides, Journal of Organometallic Chemistry, 2002, 653, 46-49. [9] B. Campbell, The Sonogashira Cu - Pd - catalyzes alkyne coupling reaction, Organocopper Reagenrs Oxford: Oxfort University Press, 1994, 217-235. [10] R. Rossi, A. Carpita, F. Belina, Palladium- and/or copper- mediated cross - coupling reactions between 1-alkyne và vinyl, aryl, 1-alkynyl, 1,2-propadienyl, propargyl and allylic halides or related compounds, Org. Prep. Proc. Int., 1995, 27, 129-160. [11] D. E. Rudisill, J. K. Stille, Palladium - catalysed synthesis of 2-substituted indoles, J. Org. Chem., 1989, 54, 5856-5866. NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 42
  53. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC [12] G. Martorell, A. G. Raso, J. M. Saa, Palladium catalyzed cross - coupling of phenol triflates with organostannanes. A versatile approach for the synthesis of substituted resorcinol dimethyl ethers, Tetrahedron Lett., 1990, 31, 2357-2360. [13] H. C. Brown, N. G. Bhat, M. Srebnik, A simple, general synthesis of 1-alkynyldiisopropoxyboranes, Tetrahedron Lett., 1988, 29, 2631-2634. [14] N. Miyaura, A. Suzuki, Palladium - Catalyzed Cross - Coupling Reactions of Organoboron Compounds, Chem. Rev., 1995, 95, 2457-2483. [15] C. Rafael, N. Carmen, The Sonogashira Reaction: A Booming Methodology in Synthetic Organic Chemistry, Chem. Rev., 2007, 107, 886-888. [16] C. N. R. Rao, G. U. Kulkarni, P. J. Thomas, P. P. Edwards, Metal nanoparticles and their assemblies, Chem. Soc. Rev., 2000, 29, 27-35. [17] D. Astruc, Nanoparticles and Catalysis, Wiley - VCH: Weinheim, 2008, 1, 1- 48. [18] J. D. Aiken, R. G. Finke, A review of modern transition - metal nanoclusters: their synthesis, characterization, and applications in catalysis, J. Mol. Catal. A: Chem., 1999, 145, 1-44. [19] Grunes, J. Zhu, G. A. Somorjai, A Catalysis and Nano - science, Chem. Commun., 2003, 2257-2260. [20] D. Mukjerjee, Potential application of palladium nanoparticles as selective recyclable hydrogenation catalysts, J. Nanopart. Res., 2008, 10, 429-436. [21] F. Alonso, P. Riente, J. A. Sirvent, M. Yus, Nickel nanoparticles in hydrogen -transfer reductions: Characterisation and nature of the catalyst, Appl. Catal. A: Gen., 2010, 378, 42-51. [22] Gniewek, A. M. Trzeciak, J. J. Ziolkowski, L. Kepinski, J. Wrzyszcz, W. Tylus, Pd - PVP colloid as catalyst for Heck and carbonylation reaction: TEM and XPS studies, J. Catal., 2005, 229, 332. [23] V. Calo, A. Nacci, A. Monopoli, F. Montigelli, Pd - nanoparticles as efficient catalyst for Suzuki and Stille coupling reactions of aryl halides in ionic liquids, J. Org. Chem., 2005, 70, 6040-6044 [24]D. Astruc, F. Lu, J. R. Aranzas, Angew. Chem., Int. Ed., 2005, 44, 7852-7872 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 43
  54. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC [25] P. Li, L. Wang, H. Li, Application of recoverable nanosized palladium(0) catalyst in Sonogashira reaction, Tetrahedron, 2005, 61, 8633-8640. [26] J. S. Bradley, J. M. Millar, E. W. Hill, Surface chemistry on colloidal metals: a high - resolution NMR study of carbon monoxide adsorbed on metallic palladium crystallites in colloidal suspension, J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 4016-4017. [27] H. Hirai, N. Tosima, Tailored Metal Catalysts, Y. Ed. Iwasawa, D. Reidel: Dordrecht, 1986, 87-140. [28] T. J. Manson, J. P. Lorimer, Sonochemistry: Theory, Applications and Uses of Ultrasound in Chemistry, Ellis Horwood, England, 1988, 1. [29] E. Leadbeater, M. Marco, J. Tominack, First examples of transition - Metal free Sonogashira - Type couplings, Org. Lett, 2003, 21, 3919-3922. [30] M. Dams, L. Drijkoningen, D. De Vos, P. Jacobs, Impact of Pd - mordenite pretreatment on the heterogeneity of Heck catalysis, Chem. Commun., 2002, 1062-1063. [31] L. Djakovitch, K. Koehler, Heck Reaction Catalyzed by Pd - Modified Zeolites, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 5990-5999. [32] M. Pittelkow, K. M. Poulsen, U. Boas and J. B. Christensen, Poly(amidoamine)-dendrimer-stabilized Pd(0) nanoparticles as a catalyst for the Suzuki reaction, Langmuir, 2003, 19, 7682 [33] Nguyễn Thanh Quyên, luận văn Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira, 2011 [34] Nguyễn Cẩm Lài, luận văn Nghiên cứu tổng hợp 1,5-diphenyl-[1,2,3]triazolo[1′,5′;1,2]pyrido[3,4-b]quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira, 2012 [35] A. V. Gulevskaya et al., A novel tandem cyclization of condensed 2,3-dialkynylpyrazines into [1,2,3]triazolo[1′,5′;1,2]pyrido[3,4-b]pyrazines promoted by sodium azide, Tetrahedron, 2010, 66, 146-151. [36] B. M. Choudary, S. Madhi, N. S. Chowdari, M. L. Kantam, B. Sreedhar, Layered double hydroxide supported nanopalladium catalyst for Heck-, Suzuki-, NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 44
  55. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Sonogashira-, and Stille- type coupling reactions of chloroarenes, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 1412. [37] K. V. Srinivasan et al., Copper- and Ligand- Free Sonogashira Reaction Catalyzed by Pd(0) Nanopartticles at Ambient Conditions under Ultrasound Irradiation, J. Org. Chem., 2005, 70, 4869-4872. [38] [39] [40] Chengcai Luo, Yuhong Zhang, Yanguang Wang, Palladium nanoparticles in poly(ethyleneglycol): the efficient and recyclable catalyst for Heck reaction C. Luo et al. / Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 229 (2005) 7–12 NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 45
  56. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỤ LỤC PHỔ MS CỦA 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL)QUINOXALINE (DAPQ) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 46
  57. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỔ MS CỦA m-DAPQ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 47
  58. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỔ MS CỦA m-DAPQ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 48
  59. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỔ SEM CỦA NANO Pd(0) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 49
  60. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỔ XRD CỦA NANO Pd(0) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 50
  61. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỔ TEM CỦA NANO Pd(0) NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 51
  62. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 52
  63. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 53