Khóa luận Tổng hợp dẫn xuất 2-Amino-2-Chromen sử dụng xúc tác K2CO3 tẩm trên chất mang rắn Montmorillonite K10 trong điều kiện không dung môi

Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen bằng con đường tổng hợp đa thành phần từ benzaldehid, malononitril, β-naphtol và xúc tác K2CO3/K−10 là một phương pháp dễ thực hiện với các điều kiện tối ưu là: Thời gian: 90 phút. Nhiệt độ: 120oC Khối lượng xúc tác: 0,05g Tỉ lệ tác chất ban đầu: 3:2:3 Dẫn xuất 2-amino-2chromen tổng hợp được:

pdf57 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 22/07/2016 | Lượt xem: 986 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Tổng hợp dẫn xuất 2-Amino-2-Chromen sử dụng xúc tác K2CO3 tẩm trên chất mang rắn Montmorillonite K10 trong điều kiện không dung môi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
..... 1 1.1 Phản ứng .............................................................................................................. 2 1.1.1 Giới thiệu chromen .......................................................................................... 2 1.1.2 Ứng dụng của một số dẫn xuất 2-amino-2-chromen ....................................... 2 1.2 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen ......................................... 3 1.2.1 Khái niệm Phản ứng đa thành phần ................................................................. 3 1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen ......................... 4 1.3 Khoáng sét ........................................................................................................... 6 1.3.1 Cơ cấu .............................................................................................................. 7 1.3.1.1 Tấm tứ diện ............................................................................................... 7 1.3.1.2 Tấm bát diện ............................................................................................. 7 1.3.2 Phân loại .......................................................................................................... 8 1.3.2.1 Lớp 1:1 ...................................................................................................... 8 1.3.2.2 Lớp 2:1 ...................................................................................................... 8 1.4 Montmorillonite ................................................................................................... 9 1.4.1 Lịch sử – Khái niệm ........................................................................................ 9 1.4.2 Cơ cấu – Phân loại ........................................................................................... 9 1.4.3 Tính chất ........................................................................................................ 10 1.4.3.1 Tính chất vật lý ....................................................................................... 10 1.4.3.2 Tính chất hóa học .................................................................................... 10 1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion ............................................................................... 10 1.4.3.2.2 Hấp phụ ............................................................................................ 11 1.4.3.2.3 Tính trương nở .................................................................................. 11 1.4.3.2.4 Khả năng xúc tác của MMT ............................................................. 11 1.4.3.2.5 Đặc tính của MMT K−10 ................................................................. 12 Chương 2. Thực nghiệm .............................................................................................. 13 2.1 Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 14 2.1.1 Hóa chất ......................................................................................................... 14 2.1.2 Thiết bị ........................................................................................................... 14 2.2 Thực nghiệm ...................................................................................................... 14 2.2.1 Điều chế xúc tác K2CO3 tẩm trên chất rắn mang Montmorillonite K-10 ..... 14 2.2.2 Tổng hợp 2-amino-2-chromen ....................................................................... 14 2.3 Định danh sản phẩm .......................................................................................... 15 Chương 3. Kết quả và thảo luận ................................................................................... 16 3.1 Phạm vi và mục đích nghiên cứu ....................................................................... 17 3.2 Phản ứng tổng hợp hợp chất 2-amino-2-chromene ........................................... 17 3.2.1 Phương trình phản ứng .................................................................................. 17 3.2.2 Cơ chế ............................................................................................................ 17 3.3 Tối ưu hóa điều kiện phản ứng .......................................................................... 20 3.3.1 Nhiệt độ ......................................................................................................... 20 3.3.2 Thời gian phản ứng ........................................................................................ 21 3.3.3 Khảo sát khối lượng xúc tác .......................................................................... 21 3.3.4 Khảo sát tỉ lệ chất benzaldehid ...................................................................... 22 3.3.5 Khảo sát tỉ lệ chất β-naphtol .......................................................................... 23 3.3.6 Khảo sát xúc tác khác nhau ........................................................................... 24 3.4 Tổng hợp dẫn xuất ............................................................................................. 24 3.5 Định danh sản phẩm .......................................................................................... 25 3.5.1 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) ................................. 25 3.5.2 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen .. 30 3.5.3 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen ......................... 32 Chương 4. Kết luận và đề xuất .......................................................................................... 35 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 35 Phụ lục...40 Danh mục bảng Bảng 1.1: Kết quả tổng hợp ................................................................................................. 4 Bảng 1.2: Kết quả tổng hợp ................................................................................................. 5 Bảng 1.3: kết quả tổng hợp .................................................................................................. 6 Bảng 3.1: Kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng ............................................................... 20 Bảng 3.2: Kết quả tối ưu hóa thời gian .............................................................................. 21 Bảng 3.3: Kết quả tối ưu xúc tác........................................................................................ 21 Bảng 3.4: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất benzaldehid.......................................................... 22 Bảng 3.5: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất β-naphtol.............................................................. 23 Bảng 3.6: Khảo sát xúc tác khác nhau ............................................................................... 24 Bảng 3.7: Độ dịch chuyển hóa học của proton .................................................................. 27 Bảng 3.8: Độ dịch chuyển hóa học của C13-NMR ............................................................. 29 Bảng 3.10: Độ dịch chuyển hóa học của H1-NMR. ........................................................... 31 Bảng 3.11: Độ dịch chuyển hóa học của H1-NMR ............................................................ 33 Bảng 3.12: Độ dịch chuyển hóa học trong phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất của 2- amino-2-chromen ............................................................................................................... 34 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: cấu trúc đồng phân của benzopyran..................................................................... 2 Hình 1.2: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen ......................................... 4 Hình 1.3: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen ......................................... 5 Hình 1.4: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen ......................................... 6 Hình 1.5: Tấm tứ diện của lớp khoáng sét ........................................................................... 7 Hình 1.6: Tấm bát diện của một lớp khoáng sét .................................................................. 8 Hình 1.7: Cơ cấu lớp 1:1 ...................................................................................................... 8 Hình 1.8: Cơ cấu lớp 2:1 ...................................................................................................... 9 Hình 1.9: Mô hình cơ cấu không gian của MMT. ............................................................. 10 Hình 3.1: Phổ H1-NMR của chất 4a .................................................................................. 26 Hình 3.2: Phổ C13-NMR của chất 4a ................................................................................. 28 Hình 3.3: Phổ H1-NMR của hợp chất 4b ........................................................................... 30 Hình 3.4: H1-NMR của hợp chất 4c ................................................................................... 32 Danh mục đồ thị Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng ................................... 20 Đồ thị 3.2: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa thời gian phản ứng .................................. 21 Đồ thị 3.3: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa lượng xúc tác phản ứng ........................... 22 LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển của phương pháp thiện với môi trường, hiệu quả và kinh tế để tổng hợp các hợp chất sinh học thú vị vẫn còn là một thách thức đáng kể trong hóa học tổng hợp. Công nghiệp hóa chất là một trong những đóng góp lớn cho ô nhiễm môi trường, vì việc sử dụng các hóa chất độc hại với số lượng lớn đặc biệt dung môi hữu cơ dễ cháy, dễ bay hơi và thường độc hại. Hóa học xanh nhấn mạnh sự cần thiết để tổng hợp môi trường sạch sẽ, trong đó có việc cải thiện trong chọn lọc, hiệu quả nguyên tử cao, loại bỏ các hóa chất độc hại, và dễ dàng tách biệt với sự phục hồi và tái sử dụng các chất phản ứng. Kết quả là, các dung môi hữu cơ dễ bay hơi được thay thế bằng không độc hại, không bay hơi như chất lỏng ion, polyethylen glycol, và nước. Đặc biệt, trong những năm gần đây, phản ứng trong điều kiện không dung môi đã liên tục thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu từ cả hai học viện và ngành công nghiệp. Điều này do thực tế là không có dung môi, phản ứng này thường cần thời gian phản ứng ngắn hơn, các lò phản ứng đơn giản, và yêu cầu các quy trình xử lý đơn giản và hiệu quả. Một trong những công cụ được sử dụng để kết hợp lợi ích về kinh tế với môi trường là phản ứng đa thành phần (MCR), đã trở nên rất phổ biến trong việc phát hiện ra hợp chất mới có hoạt tính sinh học do thử nghiệm đơn giản của nó, quá trình này bao gồm hai hoặc nhiều bước tổng hợp được thực hiện mà cần cô lập chất trung gian, do đó tiếc kiệm chi phí, năng lượng và nguyên liệu. Một tìm kiếm của tóm tắt hóa học cho thấy một phần 2,2-Dimethyl-2H-benzopyran có mặt trong hơn 4.000 hợp chất bao gồm các sản phẩm tự nhiên và cấu trúc thiết kế. Việc tìm kiếm của tóm tắt hóa học đã được thực hiện trên SciFinder[1]. Tỷ lệ tương đối cao của benzopyran và dẫn xuất của nó trong sản phẩm tự nhiên một phần do nhiều các prenylation, phản ứng tạo vòng trong nhiều con đường sinh tổng hợp polyketide. Kiểm tra các đặc điểm của nhiều hoạt tính sinh học, sản phẩm tự nhiên của các hợp chất benzopyran cho thấy tính chất cấu trúc đa dạng của nó hoạt động trên phạm vi rộng sinh học, các chất dẫn xuất của các mô hình benzopyran có thể có khả năng tương tác với một loạt các mục tiêu khác nhau. Ngoài ra, thực tế là nhiều cấu trúc này hoạt động trong xét nghiệm tế bào dựa trên gợi ý rằng các chất dẫn xuất của đơn vị benzopyran vẫn đủ tan trong mỡ để vượt qua màng tế bào, một tính năng quan trọng của bất kỳ phân tử nhỏ nào có liên quan về mặt sinh học. vì vậy, nó thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu phương pháp tổng hợp dẫn xuất của nó. Việc phát triển một phương pháp mới với lợi nhuận tốt hơn, năng suất cao, thủ tục đơn giản và thuận tiện bằng cách sử dụng xúc tác rẻ tiền, không độc hại là rất mong muốn. Nhằm mục đích phát triển các phương pháp mới chọn lọc và thân thiện với môi trường, chúng tôi đã thực hiện “TỔNG HỢP DẪN XUẤT 2-AMINO-2-CHROMEN SỬ DỤNG XÚC TÁC K2CO3 TẨM TRÊN CHẤT MANG RẮN MONTMORILLONITE K10 TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI.” Đề tài này nghiên cứu khả năng xúc tác của sét montmorillonite K−10 khi kết hợp với K2CO3 trong phản ứng đa thành phần để tổng hợp một số dẫn xuất 2-amino-2- chromen. Dựa trên đặc tính ưu việt của xúc tác MMT K-10 là giá thành rẻ, dễ sử dụng và thu hồi, từ đó nghiên cứu khả năng tái sử dụng để thực hiện mục tiêu sản xuất hóa chất thân thiện với môi trường, xanh hóa phản ứng một cách kinh tế nhất. Chương 1. Tổng quan 1.1 Phản ứng 1.1.1 Giới thiệu chromen[2] Benzopyran là một hợp chất hữu cơ đa vòng là kết quả từ sự hợp nhất của một vòng benzen vào một cái vòng pyran dị vòng. Theo danh pháp IUPAC nó được gọi là chromene. Có hai chất đồng phân của benzopyran mà thay đổi tùy theo sự định hướng của sự hợp nhất của hai vòng so với oxy, dẫn đến 1-benzopyran (chromene) và 2-benzopyran (isochromene)-số biểu thị nơi các nguyên tử oxy được đặt theo tiêu chuẩn như danh pháp naphthalen. Cấu trúc isome của chromen. O O Cấu trúc isome của isochromen. O O Hình 1.1: cấu trúc đồng phân của benzopyran 1.1.2 Ứng dụng của một số dẫn xuất 2-amino-2-chromen[1] Từ nhiều năm các nhà nghiên cứu đã được làm việc trên các gốc như chromene, coumarin, quinolines cũng như dihydropyridin và dihydropyrimidine. Thu được một số kết quả trong Anti-TB, chống tiểu đường, chống ung thư , chống HIV và đa kháng hoàn hoạt động. Chromene và các dẫn xuất của chúng được biết đến một cách tự nhiên xảy ra các hợp chất dị vòng chứa oxy thực hiện chức năng sinh học quan trọng trong thiên nhiên. Một số dẫn xuất chromene trong tự nhiên và tổng hợp có các hoạt động sinh học quan trọng như kháng u, chống độc cho gan, chất chống oxy hóa, chống viêm, chống co thắt, hoạt động estrogen và kháng khuẩn. Những ứng dụng đã kích thích sự tìm kiếm liên 2H-chromene (2H-1-benzopyran) 4H-chromene (4H-1-benzopyran) 1H-isochromene (1H-2-benzopyran) 3H-isochromene (3H-2-benzopyran) tục cho quá trình tổng hợp các hợp chất mới trong lĩnh vực này và dẫn đầu đã đến sự xuất hiện của một số loại thuốc trên thị trường. 2-amin-chromene đại diện cho một phần quan trọng của các hợp chất là thành phần chính của nhiều sản phẩm xảy ra tự nhiên và được sử dụng rộng rãi như mỹ phẩm, bột màu, hóa chất nông nghiệp có khả năng phân hủy sinh học. Hợp nhất chromene có hoạt tính sinh học với khả năng hoạt động nhiều như: kháng khuẩn, kháng virus, Đột biến, chống tăng sinh, pheromone giới tính, kháng u,và hoạt động của hệ thần kinh trung ương. Một số dẫn xuất có ứng dụng trong y học như: ON NH2 CN Br O O O N N NH2 CN Dẫn xuất (A), (B) có khả năng kích hoạt caspase trong các tế bào ung thư vú. ON NH2 CN 2-amino-4-aryl-3-cyano-7-(dimetylamino)-4H-chromenes đánh giá cao hoạt động trong sự phát triển ức chế MTT. 1.2 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen 1.2.1 Khái niệm Phản ứng đa thành phần[3] Một phản ứng đa thành phần (multi–component reaction, MCR) là một quá trình mà trong đó ba hoặc nhiều thành phần dễ dàng phản ứng với nhau trong một bình phản ứng 2-amin-cyano-7-(dimetylamino)-4-(5- methyl-3-pyridyl)-4H-chromene (B) 2-amino-4-(3-bromo-4,5-dimethoxyphenyl)-3- cyano-7-(dimetylamino)-4H-chromene (A) duy nhất để tạo ra một sản phẩm cuối cùng hiển thị đặc điểm của tất cả các nguyên liệu đầu vào và do đó tạo khả năng lớn hơn cho sự đa dạng phân tử mỗi bước với tối thiểu tổng thời gian và công sức. Phản ứng đa thành phần có khả năng tạo thành các phân tử phức tạp với sự đơn giản và ngắn gọn nhất. Một lợi ích điển hình của phản ứng này là dễ dàng thu được sản phẩm tinh khiết, vì hầu hết tác chất ban đầu đều được kết hợp tạo thành sản phẩm cuối. 1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen • Tổng hợp 2-amino-2-chromen trong metanol và nước sử dụng xúc tác MgO[4] Tổng hợp 2-amino-2-chromen với sự tham gia của aldehid, malononitril, α-napthol sử dụng nano oxit magie như một xúc tác không đồng nhất ở đun hồi lưu khoảng 1 giờ, sau khi phản ứng hoàn thành lọc bỏ MgO bằng metanol, sản phẩm thu được đã được kết tinh lại trong metanol. RCHO CN CN O CN R NH2 OH MgO Hình 1.2: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Bảng 1.1: Kết quả tổng hợp STT R Hiệu suât (%) Metanol Nước 1 C6H5 96 86 2 4-NO2C6H4 97 93 3 4-OCH3C6H4 95 85 4 3-NO2C6H5 96 92 5 4-ClC6H4 89 86 6 2-Furyl 87 84 • Tổng hợp 2-amino-2-chromen trong môi trường nước sử dụng [bmim]OH làm xúc tác[5] Hỗn hợp của aldehid (5mmol), malononitril (5mmol), phenol (5mmol) và [bmim]OH (5mmol) trong H2O (2ml) được hồi lưu trong thời gian nhất định, sản phẩm phản ứng lọc và rửa sạch bằng nước, được kết tinh từ DMF-H2O ArCHO CN CN O CN Ar OH OH [bmim]OH H2O, ref lux NH2 O NH2 CN Ar Hình 1.3: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Bảng 1.2: Kết quả tổng hợp STT Ar RC6H5OH Thời gian (phút) Hiệu suất (%) 1 C6H5 β-Naphthol 60 90 2 2-ClC6H5 β-Naphthol 20 94 3 3-NO2C6H5 α-Naphthol 5 93 4 4-NO2C6H5 β-Naphthol 4 97 5 2-Furyl β-Naphthol 20 88 • Tổng hợp 2-amino-2-chromen trong không dung môi sử dụng Na2CO3 làm xúc tác [6] Hỗn hợp aldehid ,malononitril, naphtol (mỗi 1mmol), natri cacbonat (0,1mmol) pha trộn với nhau sử dụng cối và chày. Hỗn hợp được nung trong lò sấy ở 125oC, sau dó làm mát và rửa sạch bằng nước nóng, sản phẩm có thể kết tinh lại bằng etanol nóng. CN CN OH O NH2 CN O Cl Cl Hình 1.4: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Bảng 1.3: kết quả tổng hợp STT Ar Thời gian (phút) Hiệu suất (%) 1 C6H5 40 100 2 p–ClC6H4 60 100 3 p–NO2C6H4 120 90 4 p–OMeC6H4 120 88 5 p–BrC6H4 30 99 6 o–ClC6H4 40 94 Ngoài ra còn có một số bài báo nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen sử dụng các xúc tác biến đổi như cetyltrimethylammoni clorua, cetyltrimethylamoni bromide dưới chiếu xạ siêu âm, KFS, KF/Al2O3, I2/K2CO3tuy nhiên có một vài xúc tác chỉ phù hợp với phản ứng của aldehid thơm, malononitril với α-naphtol hoạt động mạnh còn không thích hợp cho β-naphtol kém hoạt động hơn, trong khi đó một số khác phản ứng lâu hơn, quy trình xử lý khó khăn vì vậy chúng tôi nghiên cứu khả năng sử dụng xúc tác xanh cho phản ứng đa thành phần này. 1.3 Khoáng sét[7] Các khoáng vật sét là những vật chất kết tinh rất nhỏ bền vững, được tạo ra chủ yếu từ quá trình phong hóa hóa học các khoáng vật tạo đá có trước xác định. Về mặt hóa học, chúng là các aluminosilicat ngậm nước kết hợp với các ion kim loại khác. Tất cả các khoáng vật sét là các tinh thể cỡ hạt keo, rất nhỏ (đường kính nhỏ hơn 1µm) và chỉ được nhìn thấy dưới kính hiển vi điện tử. 1.3.1 Cơ cấu[8a],[8b] Khoáng sét là philosilicat tạo thành từ sự ghép tấm tứ diện (tetrahedral, T) với tấm bát diện (octahedral, O) theo một tỷ lệ nhất định. 1.3.1.1 Tấm tứ diện Mỗi tứ diện chứa một cation T liên kết với bốn nguyên tử oxigen, và liên kết với các tứ diện kế cận bằng ba oxigen đáy (Ob, the basal oxigen atom) tạo thành một mô hình mạng lưới vòng sáu cạnh hai chiều vô tận. Cation tứ diện thường là Si4+, Al3+ và Fe3+. Hình 1.5: Tấm tứ diện của lớp khoáng sét (a) : Tứ diện [TO4]; (b) : Tấm tứ diện (T) Oa và Ob lần lượt là oxigen đỉnh và oxigen đáy 1.3.1.2 Tấm bát diện Mỗi bát diện chứa một cation T liên kết với sáu nhóm hidroxil. Trong tấm bát diện, sự liên kết giữa mỗi bát diện O và các bát diện kế cận là bởi các cạnh trải rộng theo hai chiều trong mặt phẳng. Cation bát diện thường là Al3+, Fe3+, Mg2+ và Fe2+. Ngoài ra còn có một số ion khác như Li+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, V3+, Cr3+ và Ti4+. Nguyên tử oxigen tự do ở mỗi tứ diện (Oa, the tetrahedral apical oxigen atom) trong tấm tứ diện cùng hướng về một phía so với tấm và liên kết với các tấm bát diện tạo thành mặt phẳng chứa Ooct (Ooct = OH, F, Cl, O). Ooct là anion của tấm bát diện, nằm ở trung tâm của vòng sáu tứ diện và không liên kết với tấm tứ diện, nguyên tử oxigen này liên kết với nguyên tử hidrogen tạo thành nhóm –OH trong cơ cấu của đất sét. Bát diện có hai dạng hình học khác nhau phụ thuộc vào vị trí nhóm –OH : định hướng cis (2 Ooct nằm cùng phía) và trans (2 nhóm Ooct nằm khác phía). Hình 1.6: Tấm bát diện của một lớp khoáng sét (a): sự định hướng Ooct (OH, F, Cl) trong cis-bát diện và trans-bát diện (b): Vị trí tâm cis và tâm trans trong tấm bát diện aO và bO lần lượt là oxigen đỉnh và oxigen đáy 1.3.2 Phân loại[8b] Sự sắp xếp giữa tấm tứ diện và tấm bát diện thông qua các nguyên tử oxigen một cách liên tục tạo nên mạng tinh thể của khoáng sét. Có 2 kiểu sắp xếp chính: 1.3.2.1 Lớp 1:1 Cơ cấu của lớp 1:1 là sự sắp xếp trật tự tuần hoàn của một tấm bát diện và một tấm tứ diện (TO). Trong cơ cấu của lớp 1:1, mỗi ô mạng bao gồm 6 bát diện (4 bát diện định hướng cis và 2 bát diện định hướng trans) và 4 tứ diện. Hình 1.7: Cơ cấu lớp 1:1 O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; Oa: oxigen tại đỉnh tứ diện bO : oxigen tại đáy tứ diện; Ooct: tâm anion bát diện 1.3.2.2 Lớp 2:1 Cơ cấu của lớp 2:1 bao gồm một tấm bát diện nằm giữa hai tấm tứ diện, mỗi ô mạng bao gồm 6 bát diện và 8 tứ diện, 2/3 nhóm hidroxil của tấm bát diện được thay thế bởi các oxigen đỉnh của tấm tứ diện. Hình 1.8: Cơ cấu lớp 2:1 O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; Oa: oxigen tại đỉnh tứ diện bO : oxigen tại đáy tứ diện; Ooct: tâm anion bát diện 1.4 Montmorillonite 1.4.1 Lịch sử – Khái niệm[9] Montmorillonite (MMT) là một khoáng sét phillosilicat rất mềm, là thành phần chính của bentonit (khoảng 80–90 % theo khối lượng) – sản phẩm phong hóa tro núi lửa. MMT được phát hiện vào năm 1847 tại Montmorillon trong tỉnh Vienne của Pháp, sau đó được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên thế giới và được biết đến với các tên gọi khác nhau. 1.4.2 Cơ cấu – Phân loại[10] MMT thuộc nhóm smectite, có cơ cấu lớp 2:1 bao gồm hai tấm tứ diện và một tấm bát diện, mỗi lớp có độ dày khoảng 1 nm và có thể mở rộng theo hai hướng khác nhau đến vài trăm nm. Cơ cấu của MMT được minh họa như sau: Hình 1.9: Mô hình cơ cấu không gian của MMT. 1.4.3 Tính chất 1.4.3.1 Tính chất vật lý[11] MMT là dạng đơn khoáng, gần giống sáp nến, màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu, nâu đỏ, có thể màu xám xanh hoặc xanh lụckhi sờ cảm thấy nhờn và trơn. Tỷ trọng MMT trong khoảng 2.2 – 2.6, độ cứng Mohs tương đối khoảng 1.5. Tốc độ lắng đọng thấp, thường có hiện tượng kết bông khi gặp môi trường kiềm, có độ pH cao hoặc khi thay đổi môi trường nhanh chóng. MMT` có diện tích bề mặt lớn, diện tích lớp cao, kích thước hạt rất mịn, độ dẻo cao và có tính thấm ướt thấp. 1.4.3.2 Tính chất hóa học 1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion[8b],[11] 4 3 3 4 5 4 10 3 10( )[ ] [ ] Si Al FeSi O AlSi O + + + −− − + → Kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết hợp trực tiếp vào vị trí oxigen đáy (Ob) của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực van der Waals hoặc nối hidrogen. Nguyên nhân tạo ra khả năng này là sự thay thế đồng hình Si4+ bằng Al3+ (Fe3+) trong mạng tứ diện và Al3+ bởi Mg2+ (Fe2+) trong mạng bát diện làm xuất hiện điện tích âm trong cơ cấu. Điện tích âm đó được trung hòa bởi các cation trao đổi giữa các lớp, thông thường là các cation kiềm: K+, Na+ và kiềm thổ: Ca2+, Ba2+ Chính các điện tích sinh ra này làm thay đổi lực hút tĩnh điện giữa các lớp và ảnh hưởng nhiều đến khả năng xúc tác của MMT. Bằng cách thay thế các cation giữa các lớp bằng các cation khác có thể tạo ra nhiều loại MMT khác nhau có tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng. Khả năng trao đổi cation (Cation Exchange Capacity, CEC) của MMT thay đổi trong một khoảng rộng từ 80–140 meq/100 g. Khả năng trao đổi ion còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của các cation trao đổi, các cation có hóa trị nhỏ dễ trao đổi hơn các cation có hóa trị lớn theo thứ tự M+ > M2+ > M3+. Với các cation có cùng hóa trị, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi cation càng lớn theo thứ tự Li+> Na+> K+> Mg2+> Ca2+> Fe2+> Al3+ 1.4.3.2.2 Hấp phụ[13] Tính chất hấp phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cơ cấu lớp của chúng. Do MMT có cơ cấu tinh thể và độ phân tán cao nên có cơ cấu xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Diện tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cơ cấu tinh thể. Bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt. Sự hấp phụ bề mặt trong của MMT có thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực. Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm ở lớp xen giữa (interlayer) hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước. Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các polymer và đặc biệt là vi khuẩn chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của MMT. 1.4.3.2.3 Tính trương nở[14] Sự trương nở (swelling capacity) của MMT có thể xảy ra do sự hấp phụ nước hoặc dung môi hữu cơ phân cực vào giữa các tinh thể hoặc giữa các lớp trong tinh thể, hoặc tiếp xúc trực tiếp với môi trường có áp suất hơi của chất lỏng cao, thậm chí có thể do sự thay thế cation nhỏ ở lớp xen giữa bằng các cation hữu cơ lớn hơn. Mỗi dạng trương nở khác nhau sẽ có những quá trình khác nhau và chịu sự điều khiển bởi các yếu tố khác nhau. 1.4.3.2.4 Khả năng xúc tác của MMT[15] MMT có tính chất cơ bản có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ đó là độ acid cao. Nó có thể được xem là acid Lewis do sự thay thế đồng hình các ion Si4+ bằng ion Al3+ ở tâm tứ diện và ion Mg2+ thay thế ion Al3+ ở bát diện làm bề mặt của MMT mang điện tích âm. Các ion thay thế Al3+, Mg2+ có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng không được bù trừ bởi các ion dương. Do vậy tâm acid Lewis được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+. Trên bề mặt MMT tồn tại các nhóm hidroxil có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt MMT những tâm acid Brönsted. 1.4.3.2.5 Đặc tính của MMT K−10[16] Dạng bột màu trắng, diện tích bề mặt riêng: 213,86 m2/g, độ acid: pH = 3,43, khả năng trao đổi cation: CEC = 65,2 meq/100g. Với những ưu điểm vượt trội như giá thành rẻ, không gây ăn mòn, thân thiện với môi trường và dễ xử lý, trong vài năm gần đây, xúc tác có nguồn gốc từ đất sét, đặc biệt là MMT, nhận được nhiều sự quan tâm trong tổng hợp hữu cơ. Điển hình là sét MMT K−10, một sản phẩm thương mại hóa, được nghiên cứu rộng rãi và trở thành một xúc tác hữu ích cho nhiều loại phản ứng. Chương 2. Thực nghiệm 2.1 Hóa chất và thiết bị 2.1.1 Hóa chất Benzaldehid (Trung Quốc) Malononitril (Merck) β-naphtol (Trung Quốc) K2CO3 (Trung Quốc) Montmorillonite K-10 (Fluka) Aceton (Chemsol) Etanol (Chemsol) 2.1.2 Thiết bị Cân điện tử Sartotius Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET Máy đo nhiệt độ nóng chảy Máy đo NMR 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Điều chế xúc tác K2CO3 tẩm trên chất rắn mang Montmorillonite K-10 Hòa tan hoàn toàn 3,0g kali cacbonat bởi 15ml H2O trong cốc dung tích 50ml. Sau đó thêm 9,0g montmorillonite K-10 từ từ vào dung dịch, khuấy trên máy khuấy từ trong 15 phút ở nhiệt độ thường rồi cho vào bình cô quay. Cho bay hơi nước bằng cách đem dung dịch cô quay ở nhiệt độ 70oC cho đến khi dung dịch khô cạn tạo thành chất rắn. Sấy chất rắn lại trong 2 giờ tại nhiệt độ 110oC và nghiền mịn thì thu được xúc tác K2CO3/MMT K-10 theo tỉ lệ khối lượng là 1:3 (g). 2.2.2 Tổng hợp 2-amino-2-chromen Cân 0,318 g benzaldehid (3mmol), 0,132 g malononitril (2 mmol), 0,432g β-naphtol (3mmol) và 0,05g K2CO3/K-10 (theo tỷ lệ khối lượng 1:3) cho vào ống nghiệm khuấy từ điều nhiệt trong điều kiện không dung môi trong 60 phút ở 120oC. Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp được làm lạnh đến nhiệt độ phòng, xử lý với etanol (lọc để loại β-naphtol còn dư) chất rắn được xử lý tiếp với aceton nóng để lọc bỏ xúc tác và kết tinh lại bằng aceton ở nhiệt độ phòng (làm lạnh khoảng 1 giờ thu được tinh thể màu trắng), lọc kết tinh, cân sản phẩm và tính hiệu suất. 2.3 Định danh sản phẩm Thực hiện mẫu phản ứng với điều kiện bất kì, sản phẩm được đo nhiệt độ nóng chảy, phổ 1H-MNR và 13C-NMR từ đó định danh sản phẩm thu được. Chương 3. Kết quả và thảo luận 3.1 Phạm vi và mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài tổng hợp của 2-amino-2-chromen được mô tả trong một phương pháp rất đơn giản, hiệu quả, và thiện với môi trường bằng cách sử dụng xúc tác K2CO3/K-10. Sau đó, dựa trên phương thức tốt nhất để tiến hành tối ưu hóa phản ứng bằng cách khảo sát những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất, bao gồm: nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỉ lệ giữa các tác chất và khối lượng xúc tác. 3.2 Phản ứng tổng hợp hợp chất 2-amino-2-chromene 3.2.1 Phương trình phản ứng C6H5 CHO H2C CN CN OH O CN C6H5 NH2 (1) (2) (3) (4a) 3.2.2 Cơ chế[1] Aldehit ngưng tụ đầu tiên với malononitril tạo ra α-cyanomonitrile bởi phản ứng cộng Knoevenagel với xúc tác baz. Giai đoạn 1: Đầu tiên phân tử baz là K2CO3 sẽ tấn công vào hidrogen hoạt động của malononitril bằng cách lấy một proton tạo thành một cacbanion, cacbanion này sẽ tấn công cacbon điện tích dương của enone tạo thành một hợp chất trung gian không bền với oxy mang điện tích âm. Hydro liên kết với K2CO3 lúc đầu sẽ tách một proton để tạo một phân tử nước thu được enone không bão hòa. N C C C N H H C O -O O- K K N C C C N- H N C C- C N H -N C C C N H N C C- C H H O H N C C CC H -O H N C O HO O- KK H C O -O -O K K C C CC O H H N N H C- C CC O H N N H C O O -O K K C O -O O- KK -OH H -H2O CH C C C N N Giai đoạn 2: naphtol tấn công benzylidenmalanonitril cung cấp cho chúng hợp chất cộng hưởng. điện tích âm trên nitơ lấy hydro trên baz để thỏa mãn hóa trị của nó, cặp điện tử tự do trên nito nhận một proton từ 1 phân tử nước trở thành ion amoni, đây là dạng trung gian không bền do đó liên kết trên O sẽ tấn công vào điện tích dương trên cacbon, và loại phân tử nước. C6H5 CH C CC NN OH OH C6H5 C N CN OH C6H5 C N CN OH C6H5 C N C N H OH C6H5 C N C N C O O -O K K H OH C6H5 C N C NH H2O OH C6H5 C N C NH2 -OH- O C6H5 C N C NH2 O C6H5 C N C NH2 -H+ -H2O H 3.3 Tối ưu hóa điều kiện phản ứng Phản ứng tiến hành ở điều kiện ban đầu là: 0,212g benzaldehid (2mmol), 0,312g malononitril (2mmol), 0,288g β-naphtol (2mmol) và 0,1g xúc tác K2CO3/K-10 (tỉ lệ khối lượng 1:3), khuấy từ điều nhiệt không dung môi ở 120oC trong 60 phút. 3.3.1 Nhiệt độ Bảng 3.1: Kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng Nhiệt độ (oC) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất thực tế (%) 100 0,26 44 110 0,345 58 120 0,37 62 130 0,3 51 140 0,245 41 Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng Từ đồ thị và bảng cho thấy, khi nhiệt độ tăng lên, các hạt chất phản ứng chuyển động mạnh hơn do đó có nhiều cơ hội hơn để va chạm với nhau. Mặt chủ yếu khác là khi các hạt chuyển động nhanh, năng lượng của chúng tăng lên làm cho số va chạm có hiệu quả tăng lên và tốc độ phản ứng tăng lên. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao các chất có thể bị phân hủy hoặc chuyển hóa thành chất ban đầu vì nhiệt độ cao tạo thuận lợi cho phản ứng theo chiều ngược. 40 45 50 55 60 65 70 90 110 130 150 Nhiệt độ (oC) H iệ u su ất ( % ) 3.3.2 Thời gian phản ứng Sau khi chọn nhiệt độ tối ưu là 120oC, cố định khối lượng xúc tác và tỉ lệ benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 2:2:2 để khảo sát thời gian phản ứng Bảng 3.2: Kết quả tối ưu hóa thời gian Thời gian (phút) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 30 0,332 56 60 0,37 62 90 0,35 59 120 0,32 53 Đồ thị 3.2: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa thời gian phản ứng Từ đồ thị và bảng cho thấy, thời gian ngắn quá thì các chất chưa kịp phản ứng hết, còn thời gian quá dài thì sản phẩm có thể bị phân hủy hay xảy ra phản ứng thuận nghịch trả lại tác chất ban đầu. Qua khảo sát, thời gian phản ứng đạt hiệu suất cao nhất tại 60 phút (62%). 3.3.3 Khảo sát khối lượng xúc tác Sau khi chọn nhiệt độ tối ưu là 120oC, khối lượng xúc tác là 0.05g và tỉ lệ benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 2:2:2 để khảo lượng xúc tác phản ứng. Bảng 3.3: Kết quả tối ưu xúc tác Khối lượng xúc tác (g) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian (phút) H iệ u su ất (% ) 0,035 0,34 57 0,05 0,365 61 0,1 0,37 62 0,15 0,309 52 0,2 0,286 48 Đồ thị 3.3: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa lượng xúc tác phản ứng Từ đồ thị và bảng cho thấy khi tăng lượng xúc tác lên nhiều sẽ làm hỗn hợp phản ứng quá đặc sệt, làm giảm khả năng kết hợp giữa các phân tử tác chất cũng như giảm khả năng tạo thành sản phẩm chính, dẫn đến làm giảm hiệu suất của phản ứng. Mặt khác khi lượng xúc tác quá ít thì không đủ để xúc tác cho phản ứng nên hiệu suất thu được cũng không cao. Giữa khối lượng xúc tác 0,05g và 0,1g thì hiệu suất xấp xỉ nhau. Vì vậy để tiết kiệm chi phí em chọn lượng xúc tác là 0,05g. 3.3.4 Khảo sát tỉ lệ chất benzaldehid Sau khi cố định thời gian tối ưu là 60 phút, nhiệt độ 120oC, khối lượng xúc tác là 0,05g, cố định malononitril và β-naphtol, thay đổi tỉ lệ mol của benzaldehid để tối ưu lượng chất này. Bảng 3.4: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất benzaldehid 1:2:3 (mmol) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 1:2:2 0,104 17 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Khối lượng (g) H iệ u su ất ( % ) 2:2:2 0,37 62 3:2:2 0,383 64 4:2:2 0,37 62 5:2:2 0,349 59 Từ kết quả bảng trên cho thấy, khi tăng lượng benzaldehid thì hiệu suất phản ứng giảm do hỗn hợp phản ứng loãng làm giảm khả năng xúc tác của K2CO3/K-10. 3.3.5 Khảo sát tỉ lệ chất β-naphtol Từ kết quả trên cho thấy, khi thay đổi tỉ lệ chất thì hiệu suất cũng thay đổi theo. Vì vậy, em cố định tỉ lệ mol của benzaldehid (3 mmol) và malononitril (2 mmol), thay đổi lượng β-naphtol để tìm hiệu suất cao nhất. Bảng 3.5: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất β-naphtol 1:2:3 (mmol) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 3:2:1 0,22 37 3:2:2 0,383 64 3:2:3 0,455 76 3:2:4 0,402 68 Từ kết quả bảng trên cho thấy, khi tăng lượng tác chât quá nhiều sẽ làm hỗn hợp phản ứng đặc sệt nên giảm độ linh động của các phân tử dẫn đến hiệu suất thấp. 3.3.6 Khảo sát xúc tác khác nhau Để khảo sát hiệu quả xúc tác của K2CO3/K-10, thực hiện phản ứng với các điều kiện tối ưu thời gian tối ưu là 60 phút, nhiệt độ 120oC, khối lượng xúc tác là 0,05g, tỉ lệ tác chất benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 3:2:3. Bảng 3.6: Khảo sát xúc tác khác nhau Điều kiện phản ứng Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) Không xúc tác 0 0 Xúc tác MMT K-10 0 0 Xúc tác K2CO3 0,348 58 Xúc tác K2CO3/K-10 0,455 76 Từ kết quả trên cho thấy, MMT K10 có tính axit yếu khó proton hoá vòng naphtol để phản ứng với benzylidenmalanonitril nên khó hình thành sản phẩm. K2CO3 cho hiệu suất thấp hơn K2CO3/K-10 do montmorillonite K-10 có diện tích bề mặt riêng lớn nên khi tẩm K2CO3 lên bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc với các tác chất tham gia phản ứng. vậy xúc tác K2CO3/K-10 có hiệu suất cao nhất. • Sau quá trình tối ưu hóa điều kiện phản ứng thu được kết quả: Nhiệt độ 120oC. Thời gian 60 phút. Khối lượng xúc tác là 0,05g. Tỉ lệ tác chất benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 3:2:3 (mmol). 3.4 Tổng hợp dẫn xuất Thực hiện phản ứng ở điều kiện ở nhiệt độ 120oC, trong thời gian 60 phút, khối lượng xúc tác là 0,05g, tỉ lệ mol của chất 3:2:3 (mmol). R CHO H2C CN CN OH O CN R NH2 R= C6H5, 4-HO-3-CH3OC6H3, 4-CH3C6H4 Bảng 3.9: Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 2-amino-2-chromen STT Mẫu aldehid Sản phẩm Màu sắc Nhiệt độ nóng chảy (oC) Hiệu suất (%) 1 4a C6H5 O CN NH2 Tinh thể, màu trắng 278-280 278-280 [16] 76 2 4b 4-HO-3- CH3OC6H3 O CN NH2 HO OCH3 Tinh thể, màu trắng 158-160 - 63 3 4c 4-CH3C6H4 O CN NH2 H3C Tinh thể, màu trắng 273-276 - 75 3.5 Định danh sản phẩm 3.5.1 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[f]chromen (4a) • Phổ 1H-NMR Hình 3.1: Phổ H1-NMR của chất 4a Phổ 1H-NMR của hợp chất (4a) có tổng cộng 14 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 1:2:5:1:2:1:2 phù hợp với công thức mà tài liệu tham khảo đã cho. Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 và độ dịch chuyển δ =5.3ppm được quy kết cho proton H2 vì ảnh hưởng của nhóm rút mạnh –CN ở cacbon liền kề làm giảm chắn nên nó bị dịch chuyển về trường thấp. Tín hiệu singlet với cường độ bằng 2 và độ dịch chuyển δ =6.95ppm được quy kết cho proton H1 của nhóm amin do liên kết với nguyên tử nitơ làm giảm chắn nên sẽ dịch chuyển về trường thấp hơn. Tín hiệu trong khoảng 7.15-7.26 ppm cường độ tương đối bằng 5 được quy kết cho nhóm phenyl. Tín hiệu doublet với độ dịch chuyển 7.34-7.36 (J=9Hz)ppm ứng với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H13, bị tách spin-spin với proton liền kề H12 do nhóm thế cho điện tử làm gia tăng mật độ điện tử tại vị trí 13 khiến cho proton này bị che chắn mạnh nên cho mũi ở vùng trường cao hơn H12. Tín hiệu 7.4-7.45 ppm ứng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H9, H10, bị tách spin-spin của 2 proton liền kề nó (J= 8.5Hz) rồi mỗi mũi bị tách làm đôi bởi proton kế tiếp H8 hoặc H11 (J=1.5Hz), 2 proton này có độ dịch chuyển gần bằng nhau nên tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ. Tín hiệu doublet với độ dịch chuyển 7.84 ppm (J=8.5Hz) ứng với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H12, bị tách spin-spin với proton H13. Tín hiệu còn lại ứng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H8, H11, proton bị tách spin-spin với proton kế nó. Bảng 3.7: Độ dịch chuyển hóa học của proton δ (ppm) thực nghiệm δ (ppm) [5] Proton 5.3 (s) 5.3 (s) H2 6.95 (s) 6.96 (s) H1 (NH2) 7.15-7.26 (m) 7.15-7.33 (m) H3, H4, H5, H6, H7 7.351-7.333 (d), J=9Hz 7.34 (d), J=9Hz H13 7.41-7.44 (m) 7.42-7.47 (m) H8, H10 7.83-7.85 (d), J=8.5Hz 8.84 (d), J=8.1Hz H12 7.90-7.93 (m) 7.90-7.96 (m) H8, H11 Kết quả phù hợp với tài liệu tham khảo[5]. • Phổ 13C-NMR Hình 3.2: Phổ C13-NMR của chất 4a Quan sát trên phổ 13C của hợp chất (4a) cho thấy xuất hiện đầy đủ các mũi cacbon C13 phù hợp với cấu trúc dự đoán của hợp chất (4a). Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=38.08 ppm được quy kết cho cacbon C-4, do ảnh hưởng của C=C tương đối nhỏ lên trên độ dịch chuyển của C-4 nên bị dịch chuyển về trường thấp hơn. Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=57.95 ppm được quy kết cho cacbon C-3, do hiệu ứng cộng hưởng của nhóm –NH2, -OR làm gia tăng mật độ điện tử tại vị trí C-3 khiến cho nó bị che chắn mạnh nên dịch chuyển về trường cao. Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=115.64 ppm được quy kết cho cacbon C-21, do ảnh hưởng của nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn làm giảm chắn nên bị dịch chuyển về trường thấp. Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa nằm trong vùng từ 116,73-130 ppm đặc trưng cho các nguyên tử cacbon của vòng thơm. Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=145.65 ppm được quy kết cho cacbon C-20, đây là cacbon mang nhóm thế nên có cường độ thấp vì hiệu ứng NOE nhỏ, vì là nhóm thế rút điện tử nên C-15 bị dịch chuyển về trường thấp hơn. tương tự C-6 có độ dịch chuyển δ=146.80ppm do gắn trực tiếp với nguyên tử oxi có độ âm điện lớn nên dịch chuyển về trường thấp hơn so với C-15. Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=158.98 ppm được quy kết cho cacbon C-2, đây là cacbon lai hóa sp2 gắn trực tiếp với các nguyên tử có độ âm điện nên bị giảm chắn mạnh và dịch chuyển về vùng trường thấp. Bảng 3.8: Độ dịch chuyển hóa học của 13C-NMR Vị trí cacbon δ (ppm) thực nghiệm δ (ppm)[4] C-2 159.66 158.98 C-3 57.95 61.06 C-4 38.08 40.92 C-5 120.41 120.75 C-6 146.80 143.31 C-7 116.73 116.66 C-8 128.41 127.97 C-9 129.44 129.46 C-10 123.57 123.20 C-11 127.01 126.92 C-12 124.86 124.81 C-13 130.79 133.38 C-14 130.14 133.27 C-20 145.65 142.90 C-16, C-20 126.94 126.80 C-18 126.54 125.95 C-17, C-19 128.64 129.04 C-21 115.64 108.50 Kết quả phù hợp với tài liệu tham khảo[4]. 3.5.2 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H- benzo[f]chromen Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của hợp chất 4b Phổ 1H-NMR của hợp chất (4b) có tổng cộng 16 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3:1:1:1:3:1:2:3:1. Tín hiệu δ =3.688 ppm có cường độ tương đối bằng 3 được quy kết cho H4 của nhóm metyl, do nó không ghép spin-spin giữa các proton nên có dạng singlet. Tín hiệu δ = 5.18ppm có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H2, do ảnh hưởng của hiệu ứng cộng hưởng nên dịch chuyển về trường thấp hơn. Tín hiệu doublet δ = 6.46 ppm (J=8Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H7 do bị tách spin-spin với proton H6 và tiếp tục bị tách với H3 ở vị trí ortho (J=1.5Hz). Tín hiệu doublet δ=6.62 ppm (J=8Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H6 do tách spin-spin với H7. Tín hiệu ở vùng δ= 6.84-6.45 ppm có cường độ tương đối bẳng 3 trong đó có tín hiệu δ= 6.84ppm (J=1.5Hz) được quy kết cho H3 do tách spin-spin với H7, tín hiệu singlet còn lại là 2H của nhóm amin. Tín hiệu doublet δ=7.31 ppm (J=9 Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H13. Tín hiệu ở vùng δ=7.44-7.46 ppm có cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H9, H10,do bị tách spin-spin của 2 proton liền kề nó, mỗi mũi tiếp tục bị tách làm đôi bởi proton ở vị trí meta H8 hoặc H11 tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ. Tín hiệu ở vùng δ=7.9 ppm có cường độ tương đối bằng 3, trong đó có một mũi doublet (J=8.5 Hz) được quy kết cho H12 do tách spin-spinvới H13, mũi triplet còn lại là H8, H11. Tín hiệu singlet δ= 8.795 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H5 của nhóm –OH gắn với vòng phenyl, sự giảm chắn này là do độ âm điện của oxigen và cộng hưởng của nhóm –OCH3 nên dịch chuyển về trường thấp. Bảng 3.10: Độ dịch chuyển hóa học của 1H-NMR. 4b Các proton ở vị trí 6.856 (s) 1 5.18 (s) 2 6.84 (d), J= 1.5Hz 3 3.69 (s) 4 8.795 (s) 5 6.62 (d), J=8Hz 6 6.46 (d), J=8Hz 7 7.9 (t) 8 11 7.34-7.46 (m) 9 10 7.89 (d), J=8.5Hz 12 7.31 (d), J=9Hz 13 3.5.3 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[f]chromen Hình 3.4: 1H-NMR của hợp chất 4c Phổ H1NMR của hợp chất (4b) có tổng cộng 16 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3:1:2:4:1:2:1:2. Tín hiệu singlet δ= 2.192ppm có cường độ tương đối bẳng 3 được quy kết cho H5 của nhóm metyl. Tín hiệu singlet δ= 5.238 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H2, do hiệu ứng cộng hưởng của nhóm –CN làm giảm chắn nên proton dịch chuyển về trường thấp. Tín hiệu doublet ở vùng 7.06 ppm có cường độ bằng 4 được quy kết cho H của vòng phenyl. Tín hiệu singlet δ= 6.904 ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H1 của nhóm –NH2. Tín hiệu δ= 7.32 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H13 do tách spin-spin với H12 (J=9Hz) tạo thành mũi doublet. Tín hiệu δ= 7.812 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H12 do tách spin-spin với H13 (J= 8.5 Hz) tạo thành mũi doublet. Tín hiệu vùng δ= 7.38-7.44ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H9, H10 do bị tách spin-spin của H9 với H10, H8 (J1=J2=7 Hz), H10 với H9, H11( J1=J2= 7Hz), mỗi mũi tiếp tục bị tách làm đôi bởi proton ở vị trí meta H8 hoặc H11 tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ. Tín hiệu δ= 7.9 ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H8, H11, do tách spin-spin với proton liền kề. Bảng 3.11: Độ dịch chuyển hóa học của 1H-NMR 4c Các proton ở vị trí 6.91 (s) 1 5.24 (s) 2 7.037-7.053 (d), J=8Hz 3 4 2.2 (s) 5 7.037-7.077 (d), J=8.5Hz 6 7 7.889-7.927 8 11 7.388-7.447 (m) 9 10 7.82-7.84 (d), J=8Hz 12 7.32-7.34 (d), J=9Hz 13 Bảng 3.12: Bảng tóm tắt độ dịch chuyển hóa học trong phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất của 2-amino-2-chromen Các proton ở vị trí Tín hiệu (δ (ppm), J (Hz) 4a 4b 4c 1 5.3 (s) 6.856 (s) 6.91 (s) 2 6.96 (s) 5.18 (s) 5.24 (s) 3 7.17-7.26 (m) 6.84 (d), J= 1.5Hz 7.037-7.053 (d), J=8Hz 4 3.69 (s) 5 8.795 (s) 2.2 (s) 6 6.62 (d), J=8Hz 7.037-7.077 (d), J=8.5Hz 7 6.46 (d), J=8Hz 8 7.9 (m) 7.9 (t) 7.889-7.927 11 9 7.41-7.44 (m) 7.34-7.46 (m) 7.388-7.447 (m) 10 12 7.84 (d) J=8.5Hz 7.89 (d), J=8.5Hz 7.82-7.84 (d), J=8Hz 13 7.34 (d) J-9Hz 7.31 (d), J=9Hz 7.32-7.34 (d), J=9Hz Chương 4. Kết luận và đề xuất Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen bằng con đường tổng hợp đa thành phần từ benzaldehid, malononitril, β-naphtol và xúc tác K2CO3/K−10 là một phương pháp dễ thực hiện với các điều kiện tối ưu là: Thời gian: 90 phút. Nhiệt độ: 120oC Khối lượng xúc tác: 0,05g Tỉ lệ tác chất ban đầu: 3:2:3 Dẫn xuất 2-amino-2chromen tổng hợp được: 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[f]chromen (4a). 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[f]chromen (4b). 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[f]chromen (4c). Những ưu điểm vượt trội của phương pháp này bao gồm: sử dụng lượng ít tác chất, xúc tác rẻ tiền, không độc hại, dễ xử lý. Với những ưu điểm của xúc tác trong điều kiện phản ứng không dung môi đã mở ra một hướng đi mới cho tổng hợp hữu cơ, góp phần vào công cuộc xây dựng mô hình “hóa học xanh” − thân thiện môi trường. Vì thời gian có hạn nên đề tài của em chỉ mới khảo sát được khả năng xúc tác của K3CO3/K10 ở điều kiện khuấy từ điều nhiệt, vì thế ta có thể thử nghiệm thêm ở điều kiện khác để hiệu suất cao hơn. Nghiên cứu khả năng tái xúc tác của K2CO3/K−10. Nghiên cứu khả năng xúc tác của K2CO3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite K10 vào nhiều phản ứng khác. Tiến hành thăm dò hoạt tính sinh học của những dẫn xuất đã tổng hợp được. Tài liệu tham khảo [1] Pandya, Nilay U, “Synthesis and Pharmacological Study of some New Chemical Entities”, Luận án Tiến Sĩ, Saurashtra University, 130-131 (2010). [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Benzopyran. [3] A. Dömling, I. Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew. Chem. Int. Ed., 39, 3170-3172 (2000). [4] Dalip Kumar, V. Buchi Reddy, Braj G. Mishra, R. K. Rana, Mallikarjuna N. Nadagouda and Rajender S. Varma, “Nanosized magnesium oxide as catalyst for the rapid and green synthesis of substituted 2-amino-2-chromenes”, Tetrahedron 63, 3093- 3097 (2007) [5] Kai Gong, Hua-Lan Wang, Dong Fang, Zu-Liang Liu, (2007) “Basic ionic liquid as catalyst for the rapid and green synthesis of substituted 2-amino-2-chromenes in aqueous media”, Catalysis Communications 9, 650-653 (2008) [6] M. Reza Naimi-Jamal, Sara Mashkouri, Ali Sharifi “An efficient, multicomponent approach for solvent-free synthesis of 2-amino-4H-chromene scaffold”, Mol Divers 14, 473-477 (2010) [7] Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung, Cơ sở hóa học tinh thể, NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội, 63–66 (2005). [8] (a) F. Bergaya, B. K. G. Theng, G. Lagaly, Handbook of clay science, Developments in clay science, 1, Elsevier, New York, 19-43 (2006). (b) Phạm Đức Dũng, Vũ Thành Đạt, Lê Ngọc Thạch, Điều chế một số Montmorillonite hoạt hóa acid từ đất sét Củ Chi và áp dụng xúc tác vào chuyển hóa trọn gói Benzaldehid thành Benzonitril, Phát triển khoa học và công nghệ, 14, 43-45 (2011). [9] (2011). [10] Ola Karnland, Martin Birgersson, Montmorillonite stability with special respect to KBS-3 conditions, Clay Technology, 7-10 (2006). [11] H. H. Murray, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, Science & Technology, Oxford, 12-27 (2007). [12] Çigdem Küçükselek, Invertigation of applicability of clay minerals in wastewater treatment, Graduate of Natural and Applied Sciences, Dokul Eylül University, 9-26 (2007). [13] David A.Laird, Influence of layer charge on swelling of smectite, Applied Clay Science, 34, 74-86 (2006). [14] Navjeet Kaur, Dharma Kishore, Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 4, 991-993 (2012). [15] (2012). [16] Mazaahir Kidwai, Shilpi Saxena, M. Khalilur Rahman Khanb and Sharanjit S. Thukra,” Aqua mediated synthesis of substituted 2-amino-4H-chromenes and in vitro study as antibacterial agents”, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 15 , 4295- 4298 (2005). Phụ Lục Phụ lục 1: Phổ 13C-NMR của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c) Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c)

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftvefile_2013_09_09_9097966468_2192.pdf
Luận văn liên quan