Khóa luận Nghiên cứu tổng hợp DECAN-2,3-DIONE từ ACROLEIN

Qua quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy có mấy điểm cần phải tiếp tục phát triển như sau: 1. Trên cơ sở của phản ứng tạo epoxy, cần khảo sát tỉ lệ phản ứng tốt nhất, giảm thiểu quá trình lọc cột, tốn kém và mất nhiều thời gian 2. Từ 2,3-dencandione thu được, tiến hành tổng hợp thành phần pheromon giới tính tiếp theo là (2S)-2-hydroxydecan-3-one bằng phương pháp sử dụng nấm men bánh mì sau đó tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học của phermon giới tính sâu đục thân cây cà phê mình trắng, tiến tới triển khai ứng dụng sản phẩm này trong công tác bảo vệ thực vật, kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường.

pdf81 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 22/07/2016 | Lượt xem: 1049 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Nghiên cứu tổng hợp DECAN-2,3-DIONE từ ACROLEIN, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
đạt trên dưới 700 ngàn tấn. Hạt cà phê được lấy từ hạt của các loài cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae). Ba dòng cây cà phê chính là Coffea arabica (Cà phê Arabica) – cà phê chè – và Coffea canephora (Robusta) – cà phê vối, cà phê mít - Coffea excelsa – với nhiều loại khác nhau. Chất lượng hay đẳng cấp của cà phê khác nhau tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau. Cà phê Robusta được đánh giá thấp hơn so với cà phê Arabica do có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn. Loại cà phê đắt nhất và hiếm nhất thế giới tên là Kopi Luwak (hay "cà phê chồn") của Indonesia và Việt Nam. Đây không phải là một giống cà phê mà một cách chế biến cà phê bằng cách dùng bộ tiêu hóa của loài cầy. Giá mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND (1300 USD) và hàng năm chỉ có trên 200 kg được bán trên thị trường thế giới. Cà phê là mặt hàng xuất khẩu quan trọng. Năm 2004, cà phê được xuất khẩu nông nghiệp tại 12 nước, và vào năm 2005, nó xuất khẩu nông nghiệp hợp pháp thứ 7 trên thế giới tính theo giá trị. Hình 1: Thành trùng sâu đục thân mình trắng (Xylotrechus quadripes) Cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu, nhu cầu đòi hỏi của người tiêu dùng không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận để thay thế cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước. Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy đủ là: sản phẩm cà phê đem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng. Trong cơ chế thị trường: Tiền nào - của nấy, lại càng đúng với mặt hàng cà phê. Sản lượng cũng như chất lượng cà phê lại phụ thuộc rất nhiều vào sâu bệnh hiện nay đối với cây. 1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê Hạn chế lớn nhất đối với việc trồng cà phê đặc biệt là cà phê chè ở nước ta là tác hại của sâu bệnh. Sâu đục thân (Xylotrechus quadripes) và bệnh gỉ sắt cà phê (Hemileia vastatrix), là hai đối tượng sâu bệnh gây hại chính và nguy hiểm nhất hiện nay đối với cây cà phê. Theo Chi cục bảo vệ thực vật tỉnh Lâm Đồng, sâu đục thân cà phê có tên Xylotrechus quadripes Chevrovat. Khi trưởng thành là con xén tóc. Sâu lớn đẻ trứng vào vết nứt của vỏ thân, sau khi nở, sâu non đục vào vỏ thành đường vòng xung quanh thân, tiện ngang các mạch gỗ, sâu đục tới đâu, đùn phân và mùn cây ra phía sau trám kín lỗ lại. Khi sắp chuyển thành nhộng, sâu đục ra phía gần vỏ, khi vỏ sắp thủng thì dừng lại và ở đó chuyển thành nhộng. Do đường đục quanh thân cây nên cây rất dễ bị gãy. Do đặc điểm gây hại như trên nên việc phòng trừ sâu đục thân bằng biện pháp hóa học ít hiệu quả. Theo Phòng Nông nghiệp Đà Lạt, nếu không diệt trừ ngay bằng cách khoanh vùng và chặt đốt thì đến tháng 10, 11 (thời điểm trứng phát triển), mức độ nguy hại sẽ cao hơn rất nhiều. (Theo vietbao.vn).[42] Sâu đục thân thường gọi là Bore (Xylotrechus quadripes Chevrolat) chỉ tác hại trên giống cà phê chè ở tuổi cây thường từ cuối năm thứ 3 trở đi. Sâu đẻ trứng vào kẻ nút của vỏ sau đó sâu non nỏ vào phá hoại phần gỗ bên trong thân cây là cho cây héo rồi chết. Loại sâu này khả năng xuất hiện quanh năm nhưng tập trung đẻ trứng rộ vào hai thời kỳ xuân, hè (tháng 3,4,5) và thu đông (tháng 10,11). Trồng cây bóng mát cho cà phê để hận chế sự tác hại của sâu. Dùng Boremun 4% phun phủ kín lên thân cây từ ngọn đến gốc 1 năm 2 lần để diệt trừ trứng, sâu non và sâu trưởng thành vào tháng 3-4 (xuân – hè) và tháng 10-11 (vụ thu đông). Những cây bị sâu nặng phải kịp thời cưa cắt kịp thời để kịp thời diệt nguồn sâu trưởng thành. (Theo nongnghiep.dailyinfo.vn). [42] 1.6.3 Đặc điểm sinh thái học côn trùng (Xylotrechus quadripes; tk. sâu đục thân mình trắng), loài sâu họ Xén tóc (Cerambycidae), bộ Cánh cứng (Coleoptera). Sâu trưởng thành có kích thước 9 - 19 mm, con đực nhỏ hơn con cái, trên cánh cứng có hai vệt ngang đen nằm phía cuối cánh và nhiều vệt vàng. Trứng hình bầu dục dài, một đầu tròn to, một đầu dài hẹp, dài 1,2 mm. Sâu non màu trắng ngà, không có chân ngực và chân bụng, miệng có hàm trên rất cứng màu nâu đen. Nhộng màu vàng sẫm. Sâu trưởng thành đẻ trứng vào kẽ nẻ vỏ cây. Sâu non mới nở đục vào trong vỏ thành đường vòng, sau đó chui vào gỗ giữa cây. Khi sắp chui ra khỏi nhộng, sâu đục một buồng sát vỏ cây, khi trưởng thành cắn vỏ chui ra ngoài. Vòng đời Sâu đục thân (xén tóc) cà phê (SĐTCP) khoảng 125 - 215 ngày, mỗi năm 2 - 3 lứa. Phá hại nghiêm trọng cà phê chè, cây bị hại nặng từ 3 tuổi và cây càng già càng bị hại nặng hơn. Cây bị sâu tiện ngang thân, gặp gió to, cây cành gãy ngang vết đục. Sâu có ở tất cả các nước trồng cà phê. Biện pháp phòng trừ: chăm sóc, làm cỏ, bón phân đầy đủ để cây phát triển tốt; hằng năm, dùng thuốc trừ sâu quét thân hai lần. Ngoài SĐTCP, còn gặp sâu đục thân mình đỏ (Zeuzera coffeae) thuộc họ Ngài đục thân gỗ (Cossidae) cũng gây hại cà phê.[43] 1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Đục Thân Cà Phê Mình Trắng (Xylotrechus quadripes Chevrolat) 1.7.1 Pheromone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes Chevrolat) - Công trình về pheromone của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes Chevrolat) đầu tiên do Jayarama, et al. (1998) công bố trong tạp chí Indian Coffee [21] xác định hợp chất 2-hydroxy-decan-3-one (2-hydroxy-10-3Kt) là pheromone của loại sâu này. - Năm 2001, Marc Rhainds et al. trong tạp chí Appl. Entomol. Zool. [32] đã công bố tổ hợp pheromone của sâu đục thân cà phê là 2 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one (2S-hydroxy-10-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) với tỷ lệ 100 : 2/mồi nhử. (2S)-2-hydroxydecan-3-one O OH decane-2,3-dione OO - Năm 2006, Hall D.R. et al. trong tạp chí J. Chem. Ecol. [20] lại công bố tổ hợp pheromone của sâu đục thân cà phê là 7 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one (2S-hydroxy-10-3Kt) : 3-hydroxydecan-2-one (3-hydroxy-10-2Kt) : (2S,3S)-octanediol (2S3S-octanediol) : 2-hydroxyoctan-3-one (2-hydroxy-8-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) : 2-phenylethanol : caprylic acid với tỷ lệ 100 : 7 : 7 : 0.5 : 2 : 3 : 4/mồi nhử. 1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây Racemate Đáng chú ý có công trình của Marc Rhainds et al. (2001) tổng hợp decane- 2,3-dione từ 2-octene, 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde và 3-hydroxydecan-2-one từ octanal.[32] Sơ đồ 3 Tổng hợp decane-2,3-dione từ 2-octene Sơ đồ 4 Tổng hợp 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde Sơ đồ 5 Tổng hợp 3-hydroxydecan-2-one từ octanal Quang hoạt - Công trình của Marc Rhainds et al. (2001) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol.[32] Sơ đồ 6: Tổng hợp (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol - Công trình của Hall D.R. et al., (2006) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl ester của S-lactic acid.[20] Sơ đồ 7: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl ester của S-lactic acid - Công trình của Lacey et al., (2007) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động học của racemate bằng Amamo AK lipase.[28] Sơ đồ 8: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động học của racemate bằng Amamo AK lipase - Công trình của Hanks et al., (2007) công bố Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng periodic acid với xúc tác oxy hóa ruthenium.[19] Sơ đồ 9 Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng periodic acid với xúc tác oxy hóa ruthenium - Công trình của Lacey et al., (2008) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3- alkanediol bằng phản ứng khử và tách đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh.[29] Sơ đồ 10: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3-alkanediol bằng phản ứng khử và tách đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh - Công trình của Ryutaro Kiyota et al., (2009) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol từ hexanoic acid.[27] Sơ đồ 11: Tổng hợp (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol của Kiyota R. Chương 2 NGHIÊN CỨU 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là tổng hợp 2,3-decanedione, một thành phần pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình trắng Xylotrechus quadripes Chevrolat, bằng một số kỹ thuật và phương pháp mới trong tổng hợp hữu cơ. 2,3-decanedione là một diketone 10C, ketone ở vị trí 2 và 3, không có chọn lọc lập thể. Diketone được oxi hóa từ alcohol.. alcohol có thể được tạo thành từ phản ứng ghép Grignard (giữa tác chất Grignard với một andehit như acrolein) có thể dễ dàng thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt. Sự tạo nối carbon - carbon là một nhóm phản ứng rất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Trước đây, chúng ta đã biết phản ứng của RX với Na, Zn, Ag; vinyl halide dưới tác dụng CuCl, Zn-NiCl2 hay Cu; phản ứng của các allyl với propagyl halide. Ngoài ra, các phản ứng hình thành liên kết carbon - carbon tiêu biểu đã và đang được quan tâm nghiên cứu thực hiện như: phản ứng ghép đôi Heck, phản ứng Suzuki, phản ứng Tsuji-Trost (hay còn gọi là phản ứng alkyl hóa allylic). So với nhiều phương pháp để tạo nối carbon - carbon thì phản ứng ghép Grignard là một trong những phản ứng quan trọng, đồng thời cũng được xem là một hướng đi thuận tiện trong tổng hợp pheromone do có thể dễ dàng nghiên cứu thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt. Hơn nữa, nguồn nguyên liệu đầu luôn giữ vai trò quyết định cho việc lựa chọn hướng đi của sơ đồ tổng hợp. Do đó, lựa chọn nguồn nguyên liệu ban đầu thích hợp không kém phần quan trọng, đôi khi giữ vai trò quyết định thành công cho cả sơ đồ tổng hợp pheromone. 2.1.1 Nội dung nghiên cứu  Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein Phản ứng Grignard được sử dụng để nối mạch cacbon giữa acrolein với n-heptan bromua và n-pentan bromua Phản ứng CHO RMgBr R OH Acrolein R = C7H15, C5H11  Nghiên cứu tổng hợp epoxy Cho allyl ancol tác dụng với Diisopropyl tactrate (DIPT) với xúc tá Titan (IV) isopropxide và tert–butyl hydroperoxit (TBHP). (-)-Diisopropyl (D) tartrateR OH Titanium(IV) isopropoxide tert-butyl hydroperoxide R OH O CH2Cl2, -20oC Sơ đồ tổng hợp O OH Br a b OH O OH OH c d O O Sơ đồ 12. Sơ đồ tổng hợp dencan-2,3-dione từ acrolein Tác chất a) Mg, THF, 0 – 5oC, siêu âm; b) Titanium (IV)isopropoxide, TBHP, DIPT, CH2Cl2 khan; c) LiAlH4, Et2O khan, 0 – 5oC, khuấy từ; d) PCC, CH2Cl2 khan, khuấy từ. Sơ đồ chúng tôi lựa chọn có những đặc điểm sau: Thứ nhất: nguyên liệu đầu, các tác chất cũng như xúc tác được lựa chọn là những hóa chất cơ bản, có thể dễ tìm kiếm hoặc tổng hợp được trong điều kiện Việt Nam, đồng thời có ý định thông qua các kết quả nghiên cứu đạt được trên các dẫn xuất của allyl ancol sẽ tiếp tục mở rộng ứng dụng và phát triển để tổng hợp hoàn chỉnh pheremone của sâu đục thân cây cà phê. Thứ 2: Phản ứng có đặc tính lập thể có tính chọn lọc cao. Thứ 3: Đưa ra một quy trình tổng hợp decane-2,3-dione với con đường hoàn toàn khác so với những nghiên cứu trước đây. 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu Việc xác đinh cấu trúc sản phẩm được thực hiên bằng các phương pháp phân tích hiện đại: phổ cộng hưởng từ 1H-NMR và phổ 13C-NMR, IR, GC. 2.1.2.1 Qui ước và tính toán Độ sạch: % theo GC, (đã lọc qua cột sắc ký). Hiệu suất cô lập của các chất tổng hợp được tính theo công thức: GCx m mH lt tt %% = Trong đó: H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được (%) mtt: khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (g) mlt: khối lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (g) 2.1.2.2 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng Chúng tôi chọn những điều kiện khảo sát để tìm ra những điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp các ancol nhị có nối đôi, phản ứng epoxy hóa, khử hóa như: - Thời gian phản ứng. - Tỉ lệ mol của phản ứng. - Nhiệt độ phản ứng. Tổng hợp n-heptyl bromua Phản ứng được tiến hành giữa n-heptanol, HBr và H2SO4 đậm đặc, H2SO4 được nhỏ giọt chậm vào bình phản ứng đồng thời kết hợp với đun hồi lưu. Khi kết thúc nhỏ giọt thì tiếp tục đun hồi lưu 30-40 phút. Hỗn hợp sau phản ứng được rửa với HCl đậm đặc, nước, dung dịch NaHCO3 bão hòa, nước rồi làm khan bằng CaCl2. Sản phẩm thu được bằng phương pháp chưng cất với điểm sôi 156ºC. Tổng hợp 1-decen-3-ol Sử dụng các kết quả nghiên cứu trước đây [5,6] về ứng dụng siêu âm trong phản ứng Grignard, tác chất Grignard được tạo thành bằng bồn siêu âm trong 1 giờ. Phản ứng Grignard được thực hiện bằng thanh siêu âm giữa halogenua ankylmagnesium và Acrolein ở 00C biên độ siêu âm 50% và khảo sát theo thời gian. Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol Quá trình tổng hợp dựa trên tài liệu tham khảo [25]: Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm. Phản ứng được thực hiện trên hệ thống khuấy từ. Phản ứng giữa 1-decen-3-ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide được thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản ứng xảy ra lâu và xử lí phức tạp. Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột để loại bỏ một phần ancohol còn dư, DIPT chưa bị xử lí hết rồi tiến hành phản ứng kế tiếp. Tổng hợp decan-2,3-diol Ete được làm khô trong Natri vụn, rồi chưng cất để thu được ete khô. Tiếp theo, cho LiAlH4 vào bình 3 cổ được làm khô kĩ, thổi khí Nitơ để không lọt ẩm, thêm tiếp một lượng ete, rồi hỗn hợp được làm lạnh trong 5 phút. Nhỏ giọt 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol trong ete vào hỗn hợp phản ứng trong 30 phút. Tỉ lệ LiAlH4 và epoxy được khảo sát cho tỉ lệ thích hợp là 1:1.5. Sau đó tiếp tục khuấy hỗn hợp qua đêm ở nhiệt độ phòng. Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được đem lọc nhanh qua cột silicagel bằng THF để loại bỏ chất khử dư. Rửa lại với dung dịch NaCl bão hòa rồi làm khô bằng MgSO4 khan. Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, lọc cột silicagel để để thu được sản phẩm sạch. Tổng hợp decan-2,3-dione Phản ứng oxi hóa ancol thành keton chúng tôi sử dụng tác chất là pyridin clorocromat trong dung môi điclometan khan. Tỉ lệ giữa PCC và ancol là 1:1.5 Sản phẩm thô thu được lọc nhanh qua cột Silicagel, sau đó xử lí để thu được sản phẩm thô. Kiểm tra bằng TLC, lọc qua cột silicagel để thu được sản phẩm sạch. 1.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein Các tài liệu trước đây, đã chỉ rõ hiệu quả của việc siêu âm kết hợp với khuấy cơ trong phản ứng Grignard, nên trong đề tài này, chúng tôi chỉ tiến hành khảo sát thời gian phản ứng tối ưu cho hiệu suất cao nhất. Phản ứng được thực hiện ở 0 – 5oC (đá muối) C7H15MgBr, CHO THF 00C C7H15 OH Tác chất acrolein ban đầu đã được tổng hợp với độ sạch 99%. Theo các tài liệu trước đây, thì tỉ lệ mol thích hợp nhất cho acrolein : C7H15Br là 1 : 2.0. Và phương pháp thực hiện khuấy cơ kết hợp với siêu âm cho thời gian phản ứng rút ngắn hơn nhiều. Qua đó cho thấy hiệu quả của sóng siêu âm thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các bán chu kì tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra. Với sự hỗ trợ của siêu âm phản ứng Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa. Tóm lại, phản ứng Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn thời gian phản ứng, ít tốn dung môi hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng cũng được nâng cao đáng kể. Dung môi cũng là một vấn đề cần nói tới, vì phản ứng Grignard cần tránh ẩm tốt nên dung môi sử dụng cũng cần được xử lí để loại toàn bộ nước. Như vậy THF mua về, cần được ngâm trong KOH trong môi trường khí Nito. Khi thực hiện phản ứng thì cho lọc qua Nhôm oxit để loại toàn bộ các epoxit có thể tồn tại trong quá trình bảo quản, sau đó được ngâm trong kim loại Natri vụn để loại toàn bộ nước sau đó chưng cất để thu được THF khan. Để tìm yếu tố thích hợp cho phản ứng, chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian tiến hành phản ứng Các yếu tố cố định: • Tỉ lệ mol acrolein : n-heptyl bromua 1:2 • Phương pháp thực hiện: khuấy cơ kết hợp siêu âm • Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ 0 – 5oC. Yếu tố thay đổi: Thời gian của phản ứng Bảng 1: So sánh hiệu quả phản ứng giữa acrolein và C7H15Br theo thời gian: TT Phương pháp Thời gian (giờ) GC (%) Hiệu suất (%) Phụ lục 1 Khuấy cơ + Siêu âm 0,5 95.81 83.97 1 2 1,0 98.36 84.66 2 3 2,0 96.01 83.34 3 Ở bảng trên chúng tôi nhận thấy phương pháp kết hợp vừa khuấy cơ vừa siêu âm rút ngắn thời gian rất nhiều (1 giờ). Qua đó cho thấy hiệu quả của sóng siêu âm trong hoạt hóa và thúc đẩy phản ứng thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các bán chu kỳ tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra. Với sự hỗ trợ của siêu âm phản ứng Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa. Tóm lại, phản ứng Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn được thời gian phản ứng, ít tốn dung môi hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng cũng được nâng cao đáng kể (> 84%). Trong quá trình tạo tác chất, có xảy ra phản ứng cạnh tranh giữa tác chất Grignard vừa hình thành với halogenua alkyl thêm vào. Tetradecan Br MgBr+ Phản ứng thế giữa tác chất Grignard với RX Để phản ứng xảy ra tốt và đạt kết quả cao cần lưu ý: Phản ứng phải tiến hành trong điều kiện khan nước, phải sấy kỹ dụng cụ thí nghiệm, dung môi và tác chất phải được xử lý thật khan (THF phải được xử lý lại, làm khan, chưng cất trong Na có sục N2 để tránh hút ẩm trước khi tiến hành làm phản ứng). Tác chất Grignard là base mạnh nên dễ phản ứng với các hợp chất hydroxylic như alcohol và nước. Hydroxide kim loại được tạo thành khi tác chất Grignard tiếp xúc với không khí ẩm đó là một chất rắn màu trắng. Khi đó, lớp magnesium oxide tạo thành bao phủ ngoài kim loại làm cho phản ứng khó xảy ra. Khi tiến hành điều chế tác chất Grignard, có một lượng magnesium bị lắng xuống đáy bình mà không phản ứng hoàn toàn nên khi nhỏ giọt alkyl halide vào sẽ dễ tạo điều kiện sinh ra sản phẩm tự ghép của alkyl halide mà không tác dụng hết với tác chất Grignard, sản phẩm đó sẽ chiếm ưu thế so với sản phẩm chính. Để hạn chế quá trình tự ghép xảy ra cần đặc biệt chú ý một số điểm như tốc độ nhỏ giọt vừa phải, không để phản ứng xảy ra quá mãnh liệt và không gia nhiệt bồn siêu âm trong lúc chưa nhỏ giọt hết alkyl halide. Hình 2: Phản ứng tổng hợp 1-decen-3-ol từ acrolein kết hợp khuấy cơ và siêu âm A: giai đoạn tạo tác chất Grignard B: giai đoạn phản ứng Về cơ chế phản ứng, thực chất đây là phản ứng cộng hợp giữa tác chất Grignard với nối đôi C=O cho ra ancol bậc 2. Cơ chế phản ứng trình bày như sau: O H + C7H15MgBr O H MgBr C7H15 O C7H15 MgBr H3O+ OH C7H15 + MgBrOH Nhận danh sản phẩm: • 1-decen-3-ol là chất lỏng không màu, có nhiệt độ sôi ở 211,4oC/760 mmHg. • Phổ IR (phụ lục 4) Mũi hấp thu đặc trưng của 1-decen-3-ol là dao động hóa trị của liên kết O – H ở ν = 3351,69 cm-1. Ngoài ra còn có dao động hóa trị của H trên C sp2 ở ν = 2927,2 cm-1. dao động hóa trị của C=C ở ν = 1644 cm-1. Như vậy dựa trên phổ IR ta có thể kết luận có nhóm OH, có liên kết đôi. • Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (Phụ lục 5,6,7) 0.9 (3H, t, J=7, H-10), 1,2–1,35 (10H, m, H-5->H-9), 1.46 - 1.56 (2H, m, H-4), 2.1 (1H, s, OH), 4.08 (1H, m, H-3), 5.09 (1H, d, J = 10, Ha), 5.2 (1H, d, J = 17, Hb), 5.8 – 5.9 (1H, m, H-2) • Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 8) Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C Xuất hiện peak của nhóm C-OH tại 73.16 và của C=C tại 114 và 141 ppm • Dựa trên phổ DEPT: (Phụ lục 9) DEPT 135: 7 nhóm CH2 và 3 nhóm gồm (CH và CH3) DEPT 90: 2 nhóm CH ở 75 và 140 ppm  δC < 20 ppm là của CH3. Bảng 2 : Dữ liệu phổ 1H–NMR của 1-decen-3-ol. (phụ lục 5,6, 7) TT Số H và liên kết δ ppm Mũi 1 3H, H-10 0.9 t, J = 7 2 10H, H-5, H-6, H-7, H-8, H9 1.3 M 3 2H, H-4 1.5 M 4 1H, OH 2.1 S 5 1H, H-3 4.1 M 6 1H, H-2 5.85 M 7 Ha 5.1 d, J = 10 8 Hb 5.2 d, J = 17 Bảng 3: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 1-decen-3-ol (phụ lục 8,9) Vị trí của C δppm Dept 90 Dept 135 C-1 114 Biến mất Mũi âm C-2 141 Mũi dương Mũi dương C-3 73.16 Mũi dương Mũi dương C-4 37 Biến mất Mũi âm C-5 31.76 Biến mất Mũi âm C-6 29.5 Biến mất Mũi âm C-7 29.2 Biến mất Mũi âm C-8 25.3 Biến mất Mũi âm C-9 22.5 Biến mất Mũi âm C-10 14 Biến mất Mũi dương Theo kết quả phổ nghiệm, có thể kết luận cấu trúc chất thu được là 1-decen-3-ol OH 2 3 4 5 6 7 8 9 H H H 1 10 a b 2.2.2 Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol Dựa trên tài liệu tham khảo số [25] chúng tôi tiến hành phản ứng tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol hay 1,2-epoxy-3-decanol. Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm. Phản ứng được thực hiện trên hệ thống khuấy từ. TBHP 70% được làm khan bằng cách đun hồi lưu với benzen để loại hoàn toàn nước, vì phản ứng này cần khô, tránh ẩm. Tuy cách này có thể giúp TBHP có thể khan hoàn toàn nhưng khi đun hồi lưu với benzen thì benzen là một hóa chất độc hại nên chúng tôi không tiến hành theo cách này mà TBHP được làm khô một phần bằng cách cho vào MgSO4 khan trong 30 phút, sau đó được chiết bằng điclometan khan (điclometan khan được thực hiện bằng cách chưng cất trong CaCl2) ta thu được TBHP khô tương đối. Bình 3 cổ được làm khô kĩ, gắn hệ thống máy khuấy từ có thổi khí Nitơ và gắn ống hút ẩm, cho vào bình 3 cổ một lượng DET, sau đó là xúc tác Titanium tetra (isopropoxide) rồi làm lạnh trong 5 phút. Sau 5 phút, tiến hành nhỏ giọt 1-decen-3-ol trong CH2Cl2 vào trong 30 phút, rồi tiếp tục thêm TBHP đã được làm khan vào. Tiếp tục khuấy trong 2h, sau đó cho vào ngăn đá của tủ lạnh trong 18h. Phản ứng giữa 1-decen-3ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide được thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản ứng xảy ra lâu và xử lí phức tạp. A B Hình 3. A. Phản ứng tổng hợp epoxy, B. dung dịch thu được sau phản ứng Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng epoxy hóa. Chúng tôi thực hiện khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng Với một giá trị cố định đó là: tỉ lệ số mol thêm vào, phương pháp thực hiện phản ứng là khuấy từ, thời gian phản ứng là như nhau, chỉ thay đổi giá trị nhiệt độ. Và tiến hành kiểm tra phản ứng tạo thành bằng TLC. Yếu tố cố định: • Tỉ lệ mol: 1-decen-3-ol: DIPT: Titanium(IV) isopropoxide: TBHP = 1: 1.2 : 1 : 2.0 • Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút • Thời gian phản ứng: khuấy trong điều kiện lạnh là 2h, không khuấy trong ngăn đá tủ lạnh là 18h. Yếu tố thay đổi: khảo sát ở 2 khoảng nhiệt độ đá muối ( 0 - 5oC) và đá khô/axeton (-20oC). Ở mỗi nhiệt độ khảo sát, hỗn hợp sau phản ứng được kiểm tra bằng TLC để tho dõi tiến trình phản ứng. Phản ứng thực hiện ở điều kiện nước đá muối Phản ứng thực hiện ở điều kiện đá khô/axeton Hình 4: Bản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng (n-hexan:Et2O=1:1) Quan sát bản mỏng hình 3, ta nhân thấy: Ở cả 2 điều kiện nhiệt độ đều có sự tạo thành sản phẩm. Tuy nhiên với điều kiện đá khô, cho hiệu suất phản ứng cao hơn hẳn, lượng sản phẩm tạo ra nhiều hơn. Nhưng lượng 1- decen-3-ol dư vẫn còn nhiều nên cần khảo sát lại tỉ lệ mol, tốc độ khuấy, thời gian của phản ứng cho phù hợp. Do đó, để khảo sát các điều kiện sau,ta cần tiến hành phản ứng trong điều kiện nhiệt độ thấp (-20oC, đá khô). Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột rồi thực hiện phản ứng kế tiếp. Phản ứng tạo thành epoxy có thể tóm gọn Cơ chế tạo thành [24,40] 1-decen-3-ol epoxy DIPT Ti iPrO OiPr iPrO OiPr HO OH O O O O iPrO 2xHOiPr Ti O O OiPr CO2EtO EtO O OH HOiPr O Ti O O OiPr CO2EtO EtO O HOiPr C7H15 OH O Ti O O O CO2EtO EtO O C7H15 O Ti O O O CO2EtO EtO C7H15 O O Ti O O CO2EtO EtO C7H15 O HO HOiPr OiPr HOiPr O OH Sau khi phản ứng xảy ra, xử lí sản phẩm để thu được sản phẩm. Cách xử lí được chia thành 2 lần: Lần 1: bình 3 cổ chứa hỗn hợp phản ứng được làm lạnh bằng nước đá. Sau đó nhỏ giọt hỗn hợp dung dịch của FeSO4 và axit tactaric trong 30 phút đến 1 giờ. Dung dịch thu được chiết bằng Et2O, dịch chiết được rửa bằng NaCl bão hòa, làm khan bằng MgSO4 trong 30 phút sau đó cô sản phẩm. Lần 2: thêm 80 ml Et2O khuấy với dung dịch KOH 1M tại 0oC trong 30 phút. Sau đó tiếp tục khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng. Sản phẩm được chiết và rửa với dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng MgSO4 sau đó cô đuổi dung môi và lọc cột silicagel để thu sản phẩm tinh khiết. Phản ứng xảy ra như sau: (-)-Diisopropyl D tartrateC7H15 OH Titanium(IV) isopropoxide tert-butyl hydroperoxide C7H15 OH O CH2Cl2, -20oC Sản phẩm tạo thành được kiểm tra trên TLC để xác định sản phẩm. sản phẩm tạo thành chính là vết ở giữa trên bản mỏng. Trước khi xử lí Sau khi xử lí Hình 5. Kiểm tra phản ứng epoxy hóa bằng TLC Lưu ý: vì quá trình xử lí phức tạp, quá trình lọc cột khó thu được sản phẩm epoxy tinh khiết. Theo tài liệu [25], để thu được sản phẩm tinh khiết, trước tiên cần chưng cất áp suất kém, sử dụng cột Vigreux, sau đó cần lọc qua cột, rồi tiếp tục chạy HPLC để thu được sản phẩm tinh khiết. Vậy nên, để tiết kiệm cho quá trình này, chúng tôi chỉ tiến hành chưng cất áp suất kém có sử dụng cột Vigreux, sau đó lọc sơ qua cột silicagel để loại bỏ một phần allyl ancol còn dư và DIPT và các sản phẩm este còn lại. Sau đó, tiếp tục thực hiện quá trình kế tiếp. 2.2.3 Tổng hợp 2,3-decandiol Sau khi đã tổng hợp được 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol thì ta tiến hành phản ứng khử epoxy tạo được bằng LiAlH4. Do LiAlH4 là 1 chất hút ẩm mạnh, trong không khí ẩm dễ bị phân hủy nên cần phản ứng cần được giữ ẩm tốt. Để thực hiện quá trình khử, cần có các chuẩn bị sau: Thứ nhất: Chuẩn bị dung môi: ete được loại nước bằng cách ngâm trong KOH sau đó là trong Na kim loại vụn rồi chưng cất để thu được ete khan. Thứ 2: 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol cần được làm khô kĩ, chưng cất, cô đuổi dung môi trong chân không để thu được sản phẩm khan. Thứ 3: quá trình thực hiện cần được làm khô kĩ, không để lọt ẩm, nên cần có hệ thống có thổi khí Nitơ để loại bỏ khí ẩm. Sau đó, bình 3 cổ được gắn trên máy khuấy từ có hệ thống hút ẩm, thổi khí Nitơ để đảm bảo chống ẩm tốt. Cân LiAlH4 cho vào bình 3 cổ, thêm ete khan, sục khí Nitơ. Phản ứng được làm lạnh trong 5 phút, sau đó nhỏ giọt epoxy trong ete vào bình 3 cổ trong 30 phút, sau đó tiếp tục khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng. Để khảo sát phản ứng tạo thành, chúng tôi tiến hành khảo sát tỉ lệ mol của phản ứng Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol các chất Yếu tố cố định • Nhiệt độ phản ứng: đá muối (0 – 5oC) trong thời gian nhỏ giọt epoxy và điều kiện thường sau khi đã nhỏ giọt hết • Tốc độ vòng khuấy: 600 vòng/ phút • Thời gian phản ứng: Làm lạnh phản ứng bằng đá muối trong suốt quá trình phản ứng, sau khi nhỏ giọt hết epoxy, tiếp tục làm lạnh thêm 30 phút, sau đó tiếp tục khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng. Yếu tố thay đổi: tỉ lệ mol giữa epoxy và LiAlH4 lần lượt khảo sát là 1:1, 1:1.2, 1:1.5. ở mỗi quá trình khảo sát, hỗn hợp thu được sẽ được kiểm tra bằng sắc kí bản mỏng để theo dõi tiến trình phản ứng. 1:1 1:1.2 1:1.5 Hình 6: Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol phản ứng (n-hexan: Et2O = 1:1) Nhận xét. Quan sát các hình TLC cho thấy, khi tỉ lệ mol giữa epoxy : LiALH4 là 1:1 hoặc 1:1.2 thì đều có sự tạo thành sản phẩm mới, tuy nhiên vết Epoxy vẫn còn khá đậm, điều đó chứng min phản ứng chưa xảy ra hoàn toàn. Khi tỉ lệ mol là 1: 1.5 thì ta nhận thấy vết epoxy đã biến mất. Vậy ở tỉ lệ mol này phản ứng đã xảy ra hoàn toàn. Kết luận: Tỉ lệ mol LiAlH4 : epoxy là 1.5 : 1 là điều kiện thích hợp cho phản ứng. Phương trình phản ứng xảy ra như sau: C7H15 OH LiAlH4 Et2O 0oC C7H15 OH O OH Sản phẩm sinh ra được kiểm tra bằng TLC để xác đinh sản phẩm sinh ra, tỉ lệ dung môi hiển thị là hexan – ete 1 : 1 thì sản phẩm sinh ra ở dưới epoxy trên TLC. Hình 7: Kiểm tra phản ứng khử epoxy bằng TLC Theo các vết hiện trên TLC, ta có thể kết luận rằng có sản phẩm sinh ra và lượng epoxit đã phản ứng gần như hoàn toàn. Sản phẩm sinh ra được lọc nhanh qua cột silicagel để loại bỏ chất khử dư, dung môi giải li đó là THF, sau đó chiết lấy lớp hữu cơ, rửa lại bằng NaCl bão hòa, làm khan bằng MgSO4 khan. Hình 8: Khử hóa epoxid bằng LiAlH4 trong Et2O khan Dưới tác dụng của LiAlH4 trong ete hoặc THF, các epoxit được chuyển thành ancol. Phản ứng bao gồm sự tấn công nucleophin ion hidrua vào nguyên tử cacbon ít bị thế nhất hoặc không bị án ngữ không gian để tạo thành ancol bậc hai hoặc bậc ba. Vậy nên ta thu được sản phẩm chính là 2,3-decandiol. Cơ chế của phản ứng như sau C7H15 OH O H-AlH3 C7H15 OH O H H2O C7H15 OH OH Phía C ít bị bị án ngữ không gian Liên kết C-H mới 1-decen-3-ol epoxy 2,3-decanediol Do cấu trúc sản phẩm tạo thành tương đối đơn giản nên chúng tôi chỉ tiến hành kiểm tra sản phẩm tạo thành bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Nhận danh sản phẩm. Decane-2,3-diol ở dạng sáp, nhiệt độ sôi: 215°C /760 mmHg47. • Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (phụ lục 10,11) Xuất hiện tín hiệu 2 proton của của 2 nhóm OH ở δH = 2.01 (s, 2H). δH = 3.6  3.8 là H của C2 và C3 (m, 1H), Proton của C4 ở δH = 1.4 (m, 2H). 3H của C1 ở δH = 1,1 (d, 3H, J = 6) 3H của C10 ở δH = 0,9 (t, 3H, J = 6.5). 10 proton của 5 nhóm CH2 (C5  C9) ở δH = 1.2  1.4 (m, 10H) • Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 12) Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C 2 pic đặc trưng của C-OH tại 70,4 và 75 ppm của C-2 và C-3 • Dựa trên phổ DEPT: (phụ lục 13,14) DEPT 135: 6 nhóm CH2 và 4 nhóm gồm (CH và CH3) DEPT 90 cho thấy có 2 nhóm CH Bảng 4: Dữ liệu phổ 1H – NMR của 2,3-decanol (phụ lục 10,11) TT Số H và liên kết δ ppm Mũi 1 3H, H-10 0.9 t, J =6.5 2 3H, H-1 1.1 d, J =6 3 10H, H-5, H-6, H-7, H-8, H-9 1.3 m 4 2H, H-4 1.5 m 5 2H, OH 2.1 S 6 1H, H-2 3.6 m 7 1H, H-3 3.8 m Bảng 5: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 2,3-decanol (phụ lục 12,13,14) Vị trí của C δppm Dept 90 Dept 135 C-1 17 Biến mất Mũi dương C-2 75 Mũi dương Mũi dương C-3 70 Mũi dương Mũi dương C-4 31.84 Biến mất Mũi âm C-5 31 Biến mất Mũi âm C-6 29.64 Biến mất Mũi âm C-7 29 Biến mất Mũi âm C-8 26 Biến mất Mũi âm C-9 23 Biến mất Mũi âm C-10 14 Biến mất Mũi dương Vậy công thức phân tử là: OH OH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.2.4 Tổng hợp 2,3-decandione Chất cuối của sơ đồ phản ứng là một điketon được oxi hóa từ 2,3-decandiol bằng pyridin clorocromat (PCC) trong dung môi đicloetan khan theo tài liệu số [15,18]. Ancol và tác chất oxi hóa PCC được lấy theo tỉ lệ là 1 : 1.5 và khuấy trong 2 giờ trong điều kiện thường. Tiến hành hòa tan 2,3-decanediol trong dichloromethane (CH2Cl2) rồi cho từ từ tinh thể pyridinium chlorochromate vào hỗn hợp. Khuấy đều bằng máy khuấy từ cho phản ứng xảy ra hoàn toàn ở nhiệt độ phòng. Hình 9: Hỗn hợp oxi hóa hợp chất alcol bằng pyridin clorocromat (PCC) sau khi kết thúc phản ứng Phản ứng xảy ra như sau: C7H15 OH OH PCC CH2Cl2 C7H15 O O Sau phản ứng, sản phẩm thô chứa cặn crom với pyridin như một lớp nhựa có thể làm cho vấn đề xử lí trở nên phức tạp. Cần lọc nhanh qua chất hấp thụ silicagel làm cho chất nhựa hấp thụ lên bề mặt, việc xử lí sẽ dễ dàng hơn. Sản phẩm thu được cần bảo quản trong điều kiện mát, khô ráo. Cơ chế phản ứng H C C H C7H15 CH3 OO Cr OO O+6 H H H C C H OO Cr O O O H Cr O O O H + CH3C7H15 C C C7H15 CH3 OO + Cr O O O +4 H H +6 +6 H C C H C7H15 CH3 OO H H + Cr O O O +6 Cl 2 2 2 - X Nhận danh sản phẩm: Decane-2,3-dione là chất lỏng, nhiệt độ sôi: 216°C /760 mmHg • Phổ IR: (phụ lục 15) Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết C=O ở ʋ = 1713 cm-1, của liên kết –CH2 và –CH3 ở ʋ = 2878 cm-1 và ʋ = 2957 cm-1. • Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (phụ lục 16, 17) Xuất hiện tín hiệu proton của nhóm –CH3 ở δH = 0.92 ppm (t, J = 7 Hz, 3H, H-10); ở δH = 2.18 ppm (s, 3H, H-1) và nhóm –CH2 ở δH = 2.44 ppm (t, J = 7 Hz, 2H, H-4). • Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 18) Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C và xuất hiện tín hiệu của –C=O– ở δC = 196.14 ppm (C-2) và ở δC = 196.35 ppm (C-3). • Dựa trên phổ DEPT: (phụ lục 19) DEPT 135: 6 nhóm CH2 và 2 nhóm gồm (CH và CH3) DEPT 90 không thấy có pic hiện thị => không có nhóm CH Bảng 6 : Dữ liệu phổ 1H – NMR của 2,3-decanone (phụ lục 16,17) TT Số H và liên kết δ ppm Mũi 1 3H, H-10 0.9 t, J =7Hz 3 8H, H-6, H-7, H-8, H-9 1.2 1.3 M 4 2H, H-5 1.51.6 M 2 3H, H-1 2.15 S 5 2H, H-4 2.4 t, J = 7Hz Bảng 7: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 2,3-decanedione (phụ lục 18, 19) Vị trí của C δppm Dept 135 Dept 90 C-1 22.15 Mũi dương Biến mất C-2 196.14 Biến mất Biến mất C-3 196.35 Biến mất Biến mất C-4 35.23 Mũi âm Biến mất C-5 32 Mũi âm Biến mất C-6 29.88 Mũi âm Biến mất C-7 29.50 Mũi âm Biến mất C-8 26 Mũi âm Biến mất C-9 23.00 Mũi âm Biến mất C-10 14.13 Mũi dương Biến mất Vậy công thức phân tử là: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O O Chương 3 THỰC NGHIỆM 3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM 3.1.1 Thiết bị và dụng cụ Các thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp gồm có: - Cân điện tử METTLER TOLEDO AB204, SARTORIUS GP 1503 P và G&G® của hãng Electronic scale. - Bồn siêu âm (ultrasonic cleaner) POWER SONIC 405, Korea và bồn siêu âm UC 45kHz, Đài Loan. Thanh siêu âm (ultrasonic processor) VIBRA CELL VC130, SONIC, USA. - Cột sắc ký sử dụng silica gel 60 (20-400 mesh, E Merck, Darmstadt, Đức) - Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm, lớp hấp phụ bằng Merck silica gel 60F-254, hiện hình dung dịch thuốc tím hoặc dung dịch H2SO4 10% (trong EtOH). - Máy cô quay RE200/VC. - Máy bơm chân không Trung Quốc, chân không 0.1 bar. - Phổ IR được đo trên máy IR BRUKER EQUINOX55. - Phổ 1H NMR, 13C NMR, DEPT được đo trên máy cộng hưởng từ hạt nhân BRUKER AVANCE 500 NMR Spectrometer (Viện Công Nghệ Hóa học – Hà Nội) ở 500 MHz và 125 MHz. - Các dụng cụ thủy tinh dùng trong tổng hợp gồm có bình cô quay, bộ chưng cất, bình cầu ba cổ, bình quả lê hai cổ, bình tam giác, ống sinh hàn, bình cầu cổ nhám, becher các loại, ống hút, pipet, ống đong, ống nghiệm, 3.1.2 Hóa chất o Hóa chất công nghiệp - Cồn đốt - Acetone o Hóa chất của Trung Quốc - Bromide acid (HBr) có nồng độ ≥ 40% - Calcium chloride (CaCl2) - Diethyl ether ((C2H5)2O) - Ethanol (C2H5OH) - n-Hexane - Hydrochloric acid (HCl) có nồng độ 36-38% - Magnesium sulfate (MgSO4) - Natri - Potassium hydroxide (KOH) có độ tinh khiết ≥ 82% - Sodium chloride (NaCl) có độ tinh khiết 99.5% - Sodium hydrocarbonate (NaHCO3) có độ tinh khiết 99.5% - Sulfuric acid (H2SO4) có nồng độ 95-99% o Hóa chất Acros - Titanium(IV) isopropoxide - Diisopropyl –(-) D tartrate - Tert-butyl hydroperoxide. o Hóa chất của Merck - Bản mỏng tráng sẵn silica gel dạng 60 F254 - Silica gel dạng 60 F254  Magnesium dùng cho phản ứng Grignard  Heptanol o Hóa chất của Labscan - Tetrahydrofuran (THF) 3.1.3 Tinh chế một số hóa chất - THF được làm khan sơ bộ bằng cách ngâm với KOH có thổi khí Nito. Trước khi làm phản ứng cần lọc qua cột Al2O3 rồi sau đó ngâm trong Na vụn. Sau đó chưng cất có thổi khí Nito lấy đúng 67oC, thiết bị chưng cất cần phải có gắn ống chứa CaCl2 chống ẩm. - Silica gel: Được cho vào cốc thuỷ tinh, sấy khoảng hai giờ ở 150ºC. - Dietylether: Được làm khan sơ bộ bằng cách ngâm với KOH. Sau đó chưng cất với Na trong khí nitơ trước khi làm phản ứng. Thiết bị chưng cất có gắn ống CaCl2 chống ẩm. - MgSO4 khan: Nung MgSO4 cho đến khi nóng chảy thành chất lỏng rồi khô lại thành khối rắn. Sau đó tán nhỏ thành hạt và được đựng trong chai kín dạng cổ nhám. - Diclometan: được chưng cất lại trong CaCl2 rồi lấy đúng phân đoạn 61oC - PCC (Pyridium chlorochromate) Cho 46 ml acid HCl 6M (0.275 mol) từ từ vào 19.8 g (0.25 mol) pyridin được làm lạnh xuống 0oC trong 10 phút. Sau 5 phút khuấy hỗn hợp trên rồi thêm cẩn thận 25 g (0.25 mol) crom trioxid (VI) vào hỗn hợp trên và khuấy. Làm lạnh trở lại xuống 0oC để xuất hiện tủa rắn màu vàng cam. Tủa rắn được lọc trên phễu Bruchner dưới chân không đến khô trong 1 giờ thu được 45.2 g (84%). 3.2 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 3.2.1 Tổng hợp n-heptyl bromua Cho 110.45 ml HBr đậm đặc (151.875 gam tương ứng 0.75 mol) vào bình cầu ba cổ, sau đó cho từ từ 37 ml H2SO4 đậm đặc vào HBr khoảng 22 ml thì dừng lại. Sau đó cho tiếp 0.5 mol heptanol vào hỗn hợp hai acid HBr và H2SO4 (tỉ lệ 3: 1), lắc bình cầu. Kế tiếp cho tiếp phần H2SO4 còn lại rồi đun hồi lưu hỗn hợp trong thời gian khoảng 2 giờ. Phản ứng kết thúc, chiết bỏ lớp dưới, lấy lớp hữu cơ, sản phẩm thu được tiếp tục được rửa với HCl đậm đặc, nước cất, dung dịch NaHCO3 bão hoà, nước cất, làm khan bằng CaCl2. Chưng cất thu sản phẩm. 3.2.2 Tổng hợp 1-decen-3-ol theo phản ứng Grignard Tác chất Grignard của n-heptylbromua 8.95g (0.05mol) và 1.3g Mg được nhỏ giọt bởi 2.8g (0.05mol) acrolein trong 20ml THF khan, khuấy mạnh ở 0oC trong 2 giờ hoặc siêu âm trong 30 phút. Làm lạnh bình và hủy bằng dung dịch NH4Cl. Chiết eter và rửa bằng dung dịch NaHCO3, nước, nước muối và làm khan bằng MgSO4. Cô đuổi dung môi và chưng cất dưới áp suất kém thu được 6.9g (89%) 1-decen-3-ol. Điểm sôi 211,4oC/760 mmHg. Xác đinh cấu trúc sản phẩm: phụ lục 4-9 • IR (ν, cm-1): 3351.69 ( O–H), 3080 (CH=) , 2956, 2927, 2855 (H-Csp3), 1644 (C=C) • 1H NMR (CDCl3, δ ppm) 0.9 (3H, t, J=7, H-10), 1,2–1,35 (10H, m, H-5->H-9), 1.46 - 1.56 (2H, m, H-4), 2.1 (1H, s, OH), 4.08 (1H, m, H-3), 5.09 (1H, d, J = 10, Ha), 5.2 (1H, d, J = 17, Hb), 5.8 – 5.9 (1H, m, H-2) • 13C NMR (CDCl3, δppm) δ 14,03 (C-10), 22,62 (C-9), 25,3 (C-8), 29.2 (C-7), 29.5 (C-6), 31.76 (C-5), 37 (C-4), 73.16 (C-3), 141 (C-2), 114 (C-1). 3.2.3 Tổng hợp 1,2-epoxy-3-decanol.(3) Dung dịch t-BuOOH 70% được làm khan lại, cho 6,65 ml TBHP vào Erlen, thêm MgSO4 khan ngâm trong 15 phút sau đó được chiết lại với CH2Cl2 khan. Thu được TBHP khan tương đối. có thể làm khan TBHP một cách hoàn toàn bằng cách đun hồi lưu TBHP với benzen trong hệ thống hoàn lưu Dean – Stark tube có lắp bộ phận tách nước. Tuy nhiên, vì Benzen khá độc hại, lại bị cấm lưu hành nên chúng tôi không tiến hành theo phương pháp này. Sử dụng bình 3 cổ, có gắn ống hút ẩm, phễu nhỏ giọt và ống sục khí Nito gắn lên hệ thống khuấy từ. Cho 6ml DIPT vào, thêm 20ml CH2Cl2 khan, làm lạnh bình đến -20oC (đá muối/axeton) trong 5 phút rồi thêm nhanh 7.22 ml xúc tác Titanium (IV) issopropoxide. Lưu ý phải thêm nhanh vì xúc tác hút ẩm rất mạnh, cần tránh ẩm tốt. sau đó khuấy trong 15 phút rồi nhỏ giọt 3,8g 1-decen-3-ol/20ml CH2Cl2. Khi nhỏ giọt hết thì thêm TBHP đã được chuẩn bị vào. Tiếp tục khuấy trong 2h ở nhiệt độ -20oC. sau đó, đậy kín bình, cho vào ngăn đá của tủ lạnh trong 18h. Xử lí sản phẩm. Lần 1: làm lạnh bình 3 cổ, nhỏ giọt dung dịch của 4g FeSO4 + 5g acid tartaric trong 30 phút đến 1h, dung dịch được chiết bằng Et2O, sau đó rửa lại với nước muối bão hòa rồi làm khan bằng MgSO4 trong 300 phút. Cô sản phẩm Lần 2: thêm 80ml Et2O, khuấy với 40ml dung dịch KOH 1M tại 0oC trong 30 phút rồi tiếp tục khuấy thêm 1h. Sản phẩm được chiết và rửa với dung dịch NaCl bão hòa,làm khan bằng MgSO4 khan, cô sản phẩm. Chưng cất phân đoạn có sử dụng cột Vigreux, thu phân đoạn nhiệt độ ổn định, kiểm tra bằng TLC rồi thực hiện quá trình kế tiếp. 3.2.4 Tổng hợp 2,3-decanediol Cân 323mg LiAlH4 vào bình 3 cổ, thêm 7ml Et2O khan, sục khí Nito, có gắn ống hút ẩm. Bình 3 cổ được làm lạnh bằng đá muối trong 15 phút. Nhỏ giọt (3)/35 ml Et2O khan. Nhỏ giọt hết, tiếp tục làm lạnh khuấy thêm 30 phút sau đó khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng. Sản phẩm được xử lí bằng cách lọc nhanh qua cột Silicagel để loại chất khử dư, với dung môi chạy cột là THF sau đó dung dịch được rửa lại với NaCl bão hòa, làm khan bằng MgSO4 khan, cô đuổi dung môi trong chân không, lọc cột Silicagel để thu sản phẩm tinh khiết. Với dung môi chạy cột là n-hexan và ete. Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 10-14) • Nhiệt độ sôi: 215°C /760 mmHg. • Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm): 0.9 (t, 3H, J=6.5, H-10), 1.15 (d, J = 6 Hz, 3H, H-1); 1.29 (m, 10H, H-9 -> H-5); 1,4 (m, 2H, H-4); 2.01 (s, 2H, OH), 3.8 (m, 1H, H-3); 3.63 (m, 1H, H-2). • Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm): 16.65 (C-1); 70.45 (C-2); 75 (C-3); 31.82 (C-4); 31.84 (C-5); 29.23 (C-6); 29.64 (C-7); 26 (C-8); 22.64 (C-9); 14.07 (C-10). 3.2.5 Tổng hợp 2,3-decanedione Hòa tan 0.2 g hợp chất 2,3-decanediol trong 3 ml CH2Cl2, sau đó cho thêm 0.25 g PCC vào hỗn hợp. Khuấy đều ở nhiệt độ phòng. Lớp cặn được lọc nhanh qua cột silicagel sau đó dung dịch thu được được, rửa bằng dung dịch NaHCO3, nước và nước muối bão hòa. Làm khan bằng MgSO4. Sản phẩm tinh khiết thu được bằng sắc ký cột. Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 15-19) • Nhiệt độ sôi: 216°C /760 mmHg. • IR (νmax, cm-1): 1713 (C=O); 2878, 2957 (-CH2, -CH3); 1458 (-CH2); 1378 (-CH3). • Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm): 0.92 (t, J = 7.5 Hz, 3H, H-10,); 1.23-1.33 (m, 8H, H-6,7,8,9); 1.57 (m, 2H, H-5); 2.44 (t, 2H, J = 7. Hz, H-4); 2.18 (s, 3H, H-1). • Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm): 22.15 (C-1); 196.14 (C-2); 196.35 (C-3); 35.23 (C-4); 31.90 (C-5); 29.88 (C-6); 29.50 (C-7); 25.86 (C-8); 23.00 (C-9); 14.13 (C-10). KẾT LUẬN ------ Nhìn lại mục tiêu ban đầu của đề tài, các kết quả mà khóa luận đạt được có thể tóm tắt như sau:  Tiến hành phản ứng tổng hợp allyl ancol bằng phản ứng Grignard là 1-decen-3-ol từ acrolein với hiệu suất 84,66%.  Từ allyl ancol thu được chuyển hóa thành epoxy, rồi tiến hành khử hóa epoxy thành điol bằng LiAlH4.  Từ điol thu được, tiến hành oxi hóa diol bằng tác chất PCC trong Et2O khan thu được diketon là 2,3-decanedione – một thành phần pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình trắng với hiệu suất toàn phần qua 4 bước là 48.75%. Thành công này là cơ sở để tổng hợp thành phần pheromon tiếp theo bằng tác nhân Bakers’ Yeast mà không cần phải điều chế lại từ đầu.  Ứng dụng thành công phương pháp siêu âm trong phản ứng Grignard, kết quả cho thấy phản ứng xảy ra nhanh hơn, hiệu suất cao và quá trình xử lí bớt phức tạp. KIẾN NGHỊ ------ Qua quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy có mấy điểm cần phải tiếp tục phát triển như sau: 1. Trên cơ sở của phản ứng tạo epoxy, cần khảo sát tỉ lệ phản ứng tốt nhất, giảm thiểu quá trình lọc cột, tốn kém và mất nhiều thời gian 2. Từ 2,3-dencandione thu được, tiến hành tổng hợp thành phần pheromon giới tính tiếp theo là (2S)-2-hydroxydecan-3-one bằng phương pháp sử dụng nấm men bánh mì sau đó tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học của phermon giới tính sâu đục thân cây cà phê mình trắng, tiến tới triển khai ứng dụng sản phẩm này trong công tác bảo vệ thực vật, kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO ---------- Tiếng Việt 1. Nguyễn Tiến Công (2009) Một số phương pháp phổ Nghiên cứu cấu trúc phân tử, Trường ĐHSP TP.HCM 2. Hồ Xuân Đậu, Cơ Sở Hóa Học Hữu Cơ, Học phần hữu cơ 2, Trường ĐHSP TP.HCM. 3. Nguyễn Công Hào, Nguyễn Cửu Thị Hương Giang (1997), Những khả năng và biện pháp phòng trừ sâu bệnh không gây ô nhiễm môi sinh, Nhà xuất bản Nông nghiệp. 4. Bùi Công Hiển (2002), Pheromon của côn trùng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội. 5. Đoàn Ngọc Nhuận, Lê Ngọc Thạch, Đặng Chí Hiền, Nguyễn Công Hào (2007) “Ứng dụng siêu âm trong phản ứng ghép cặp chéo giữa tosilat alkil và tác chất Grignard”, Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.HCM, tập 10, số 03 trang 42 – 46. 6. Đặng Chí Hiền, Nguyễn Công Hào, Nguyễn Cửu Hương Giang (2005) “Ứng dụng siêu âm trong tổng hợp một số hợp chất dẫn dụ côn trùng”, Tạp chí khoa học và công nghệ, tập 43, số 6A, trang 160 – 168. 7. Lê Thanh Sơn, Lê Việt Tiến, Nguyễn Công Hào, Đặng Chí Hiền (2007) “Nghiên cứu tổng hợp một số synton trung gian và chất dẫn dụ côn trùng từ acrolein”, Hội nghị KH &CN gắn với thực tiễn lần 2, 250-252. 8. Lê Thanh Sơn (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP.HCM. 9. Đặng Như Tại- Ngô Thị Thuận(2010): Hóa học hữu cơ tập 1, NXB GD Việt Nam. 10. Lâm Sơn Tùng (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ. 11. Nguyễn Minh Trí (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ. 12. Th.S Từ Minh Thạnh, (2010) Giáo trình Hóa Học Hữu Cơ I, , Trường ĐHSP TP.HCM. 13. Nguyễn Công Thuật (1996), Phòng trừ tổng hợp sâu bệnh hại cây trồng nghiên cứu và ứng dụng, Nhà xuất bản Lao Động Hà Nội. 14. Lê Văn Trịnh, Nguyễn Văn Tuất, Nguyễn Thị Nguyên, Vũ Thị Sử (2005), Nghiên cứu sử dụng pheromone giới tính côn trùng trong quản lý dịch hại cây trồng nông nghiệp, Hội nghị côn trùng học toàn quốc lần thứ V - Hà Nội, tr. 514-519 Tiếng Anh 15. Agarwal S., Tiwari H. P., Sharma J. P (1990) “Pyridium Chlorochromate: an Improved Method for its Sylthesis and use of anhydrous acetic as catalyst for oxidation reaction”, Tetrahedron Lett, 46, 4417-4420. 16. Chae M.J, Jeon A.R, Park J.K., An D.K., 2011. A novel one-pot synthesis of secondary alcohols from esters, Tetrahedron Letters 52, 1718–1720. 17. Chae M.J, Song, J.I, An D.K., 2007. Chemoselective Reduction of Esters to Aldehydes by Potassium Diisobutyl-t-butoxyaluminum Hydride (PDBBA), Bull. Korean Chem. Soc., 28(18), 2517-2518. 18. Corey E.J., Suggs W. (1975), “Pyridium Chlorochromate. An Efficient Reagent For Oxidation of Primary and secondary Alcohols to Cacbonyl Compounds”, Tetrahedron Lett, 16, 2647-2650. 19. Hanks L.M., Millar J.G., Moreira J.A., Barbour J.D., Lacey E.S., McElfresh J.S., Reuter F.R., Ray A.M. 2007. Using generic pheromone lures to expedite Identification of aggregation pheromones for the cerambycid beetles Xylotrechus nauticus, Phymatodes lecontei and Neoclytus modestus modestus. J. Chem. Ecol. 33, 889-907. 20. Hall D.R., Cork A., Phythian S.J., Chittamuru S., Jayarama B.K., Venkatesha M.G., Sreedharan K., Vinod Kumar P.K., Seetharama H.G., Naidu R. (2006) “Identification of components of male-produced pheromone of coffee white stemborer, Xylotrechus quadripes”, J. Chem. Ecol. 32, 195-219. 21. Jayarama, Venkatesh M.G., D' Souza M.V., Naidu R., Hall D.R., Cork A. 1998. Sex pheromone of coffee white stem borer for monitoring and control is on the anvil. Indian Coffee. 62,15-16. 22. Johnson, R.A Sharpless, K.B (1993) “In Catalytic Asymmetric Sylthesis”, Ojima, I., Ed; VCh: New York, , 103 – 158 23. Johnson, R.S.;Sharpless, K.B (1993) “Catalytic asymmetric epoxidation off allylic alcohol”, Ojima, I.(Ed); VCH publisher; New York, , 103 – 158. 24. Karl Barry Sharpless, Sharpless Asymmetric Epoxidation 25. Kenji MORI, Tatsuya OTSUKA (1985), “Synthesis of (2S,3S)-2,3-octanediol and (S)-2-hydroxy-3-octanone, the male sex pheromone of the grape borer Xylotrechus Pyrrhoderus”,Tetrahedron Lett, Vol 41, No 3, 553-556. 26. Kim M.S, Choi Y.M., An D.K., (2007) “Lithium diisobutyl-t-butoxyaluminum hydride, a new and efficient reducing agent for the conversition of the este to aldehydes”, Tetrahedron Letters 48, 5061 – 5064 27. Kiyota R., Yamakawa R., Kawabuchi K., Hoshino K., Ando T., 2009. Synthesis of the Deuterated Sex pheromone components of the Grape bore, Xylotrechus pyrrhoderus, Biosci. Biotechnol. Biochem. 73(10), 2252-2256. 28. Lacey E.S., Moreira J.A., Millar J.G., Ray A.M., Hanks L.M. 2007. Male-produced aggregation pheromone of the longhorned beetle Neoclytus mucronatus mucronatus. Entomol. Exp. Appl. 122, 171-179. 29. Lacey E.S., Moreira J.A., Millar J.G., Hanks L.M. 2008. A male-produced aggregation pheromone blend consisting of alkanediols, terpenoids, and an aromatic alcohol from the cerambycid beetle Megacyllene caryae. J. Chem. Ecol. (in press). 30. Lai Yee Hing (1981), “Grignard Reagent from Chemically Activated Magnesium”, Synthesis 1981 , 585 - 604 31. Michael B. Smith (1994), “Organic synthesis: Theory, reaction and method”, Mc. Graw Hill, 685 – 719. 32. Rhainds M., Lan C.C., King S., Gries R., Mo L.Z., Gries G. 2001. Pheromone communication and mating behaviour of coffee white stem borer, Xylotrechus quadripes Chevrolat (Coleoptera: Cerambycidae). Appl. Entomol. Zool. 36, 299-309 33. Rhlid R.B, Fauve A., Veschambre H., 1989. Synthesis of the pheromone components of the grape borer Xylotrechus pyrrhoderus by microbiological reduction of an -diketone. J. Org. Chem., 54, 3221-3223. 34. Song J.I.; An D.K., 2007. New Method for Synthesis of Aldehydes from Esters by Sodium Diisobutyl-t-butoxyaluminum Hydride, Chemistry Letters., 36(7), 886-887. Các trang web tham khảo. 35. ml 36. 37. 38. epoxidation.shtm 39. butylhydroperoxide.shtm 40. 41. 42. 43. AmZ3JvdXBpZD0ma2luZD1zdGFydCZrZXl3b3JkPXM=&page=4 Phụ lục 1: Khảo sát phản ứng trong 0.5 giờ Phụ lục 2: Khảo sát phản ứng trong 1 giờ Phụ lục 3: Khảo sát phản ứng trong 2 giờ Phụ Lục4: phổ IR Của 1-decen-3-ol Phụ lục 5: phổ 1H-NMR của 1-decen-3-ol Phụ lục 6: phổ 1H-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol Phụ lục 7: phổ 1H-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol Phụ lục 8: phổ 13C-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol Phụ lục 9: phổ DEPT của 1-decen-3-ol Phụ lục 10: phổ 1H-NMR của 2,3-decanediol Phụ lục 11: phổ 1H-NMR dãn rộng của 2,3-decanediol Phụ lục 12: phổ 13C-NMR dãn rộng của 2,3-decanediol Phụ lục 13: phổ DEPT của 2,3-decanediol Phụ lục 14: phổ DEPT dãn rộng của 2,3-decanediol Phụ lục 15: phổ IR của 2,3-decanedione Phụ lục 16: phổ 1H-NMR của 2,3-decanedione Phụ lục 17: phổ 1H-NMR dãn rộng của 2,3-decanedione Phụ lục 18: phổ 13C-NMR của 2,3-decanedione Phụ lục 19: phổ DEPT của 2,3-decanedione

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftvefile_2013_09_13_4682504004_3867.pdf