Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Áp dụng Montmorillonite trao đổi Cation biến tính ở nhiệt độ cao xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất Pyranoquinoline

Thêm vào đó, trong quá trình nghiên cứu, tôi nhận thấy việc sử dụng một số xúc tác acid rắn như monmorillonite MMT đã và dang mang lại hiệu quả cao về kinh tế, giải quyết được nhược điểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

LOI CAM ON

Lời dau tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thay Pham Đức Dũng đã nhận

và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến các quý thầy cô Khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh đã giảng dạy em trong suốt bốn năm qua, những kiến thức mà

em nhận được trên giảng đường đại học sẽ là hành trang giúp em vững bước vào tương lai.

Cảm ơn ba mẹ, bạn bè, những người thân luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ em

vượt qua mọi khó khăn.

Do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn, khóa luận này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Rat mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè dé khóa luận

được hoàn thiện hơn.

Xin trân trọng cảm on!

TP Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

2.1.3.1 Cách tiến hành 2222c¿+++222222211212 2.2221.111 E Hrrriiiiri 3 2.1.3.2 Cơ chế phan ứng PovaroVv sccsssssssssssseesssessssesssecssecsssesssscsssesssesssscssseessecsssesssecsssessucesseessscesses 2.1.4 Một số phương pháp khác tổng hợp theo Povarov

2.1.4.1 Sử dụng xúc tác muối GdCls trong dung môi hữu CO -2-22-552©c+25e+cxeezxecreerxs 4

2.1.4.2 Sử dụng xúc tac Propylphosphonic anhydride (TP) trong dung mÔi - 4

2.1.4.3 Sử dụng xúc tác KHSO¿ trong MeOH «+ kh nHnHnHnh ng nn Hhnnr 5 2.2 Xúc tác Montmorillonite th TT HT TH TT Tà TH TT HT HH TT HT Hành 6

QiQ1 8,2 8n ^^ 6

no nan .ố ố.ố 6

2.2.3 Tinh 82.:181:08i1/) ddđaidầâiadầaăảỶẢẢŸ3ääẢ 7 2.2.4 Khả năng trao đổi C@1ÏON 55c S5<EtEEEE E21 T1 TT T1 1à 7 2.2.5 KG nding NAP PNA 0088 0nn86886 6n he e.4ddHgH)A,, H.)H)HA AHA , 7 2.2.6 Tính chất hóa NOC s.essssssssssssssseseseeeessssssusessecesssssssnnessseseesssssnnessesssessssnneeeeseeseessssnneeeseeeeessssnies 8 2.3 Phương pháp chiếu xạ siêu âm 2-2-2 +xSC++SEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErEEkkerkkrrrkrerkrrrree 8

3.1.1 Điều chế montmorillonite tỉnh CNE sscccssecsssssssessssssssscsssssssssssscsssessssesssessssssssssssscsssssssessssessseees 10

3.1.2 Hoạt hóa acid montmorillonite Lâm DOng - -©5c:55ccSccScxSExetSrtierkeesrkrerkrrrrrree 10 3.1.3 Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hóa aeiả .-©csc©csccceccse2 10 3.2 Điều chế 5-Phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline (PY) 10 3.3 Quá trình tối ưu - c9 E131 1111111111 11111111111 1111 TE T11 crrrkrrke

4.1 Tổng hợp 5-Phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline (PY) 12

ALD SO AO tg 1.27 nua ÔỎ 12

4.1.2 Khao SGt Xvic tac Stl ổn ố.ố ố 12

4.1.3 Khao st thoi gian Phan Ung 6a cố ốốốốốốỐốỐốỐố 13 4.1.4 Tối wu hóa lượng XIÍC th Cereessesseessesssesssesssesssssesssessssssecssessssssusssesssessusssesssessssssesssecsssssesssessses 13 4.1.5 Toi ưu hóa tỉ lệ chất tham gia phản Ung +25 5-55 StSEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkerkerkeee 14 4.1.6 Tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng c-S5c S5 E211 1.11 11.11111211 1Eee 14 4.2 Thứ nghiệm tái sử dụng XÚC KÁC - - + + vn ST TH HT TH TT HT Hàn Hy 15 4.3 Tổng hợp một số dẫn xuất của PY - - ¿5s E1 2E1221107112112111211 11211111 15

5 ĐỊNH DANH SAN PHẨM 2-2222 22k2 E2112712112112111211 1111111121111 11.1 16

5.1 Hợp chất PYA¡: cis 5-Phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline 16 5.2 Hợp chất PYA2: trans 5-Phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline 18

5.3 Hop chat PYB:: cis 5-(4-methylphenyl)

DANH MỤC BANG

Bang 1 Kết quả tong hop PY xúc tác GdCls trong dung môi khác nhau 2 Bảng 2 Kết quả tong hop PY xúc tác T3P trong dung môi theo thời gian 5 Bang 3 Kết quả tong hop PY xúc tác KHSOs trong MeOH . -2 5:5: 3 Bang 4 So sánh xúc tác trao đôi cation khác nhau 2-2 2 2+z+++zxzzzzz 12 Bảng 5 Kết quả tối ưu hóa theo thời gian - 2- 2c ESs9SESE‡EEeEEEEEeEEeExrrxrrrres 13 Bang 6 Kết quả tối ưu hóa khối lượng Xúc tác - 2-2 2 s+++£++£++z+zxzrs 13 Bang 7 Kết quả tối ưu hóa tỉ lệ chất tham gia 2 ¿+ + +x+£Ee£Eezxerxerxered 14

Bang 8 Khảo sát phản ứng theo nhiệt độ - c2 S2 S23 sErsereereserrerree 14

Bang 9 Khảo sát khả năng tái sử dụng của XÚC LC - 5 2s se sssssesrerree 15

Bang 10 Tổng hợp một số dẫn xuất của PY -2¿©22¿©2+22s++cx++zxeszscee 16 Bảng 11 Quy kết các mũi trong phô H-NMR của PYA: -: -: 18 Bang 12 Quy kết các mũi trong phổ !3C-NMR của PYA: 19 Bang 13 Quy kết các mũi trong phổ "H-NMR của PYA2 . 2 5-+: 21 Bang 14 Quy kết các mũi trong phổ !3C-NMR của PYA¿ . : 5-+: 22 Bang 15 Quy kết các mũi trong phố 'H-NMR của PYB¡ 2- 5 2cccccscz 23 Bảng 16 Quy kết các mũi trong phố !3C-NMR của PYB¡ -5- 5-55 cssc+ 24 Bang 17 Quy kết các mũi trong phố 'H-NMR của PYB; -2- 5 5cczccccz 26

Bang 18 Quy kết các mũi trong phố !3C-NMR của PYB¿ -2- 5 525s+ccc+ 27

H-NMR của hợp chất PYB¿ - 5-552555c2

3C-NMR của hợp chất

PYBa -c52-Phổ Phổ Phổ Phổ Phổ

Phổ Phổ Phổ

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC VIET TAT

MMT: Montmorillonite

M"-Mont: xúc tac montmorillonite đã được trao đổi cation M"*

'H-NMR: phố cộng hưởng từ proton

!3C-NMR: Phổ cộng hưởng từ Carbon

PY: 5-phenyl-3,4,4a,5,6, 10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline

PYA:: cis 5-phenyl-3,4,4a,5,6, 10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline

PY Az: trans 5-phenyl-3,4,4a,5,6, 10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline

PYB:: cis 5-(4-methylphenyl)-3,4,4a,5,6, 10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline

PYB:: trans 5-(4-methylphenyl)-3,4,4a,5,6, 10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline

1 MỞ DAU

Ngày nay, cùng với sự phát triển xã hội, Hóa học nói chung và hóa học về các hợp chất dị vòng nói riêng đã và đang ngày một được chú trọng phát triển hơn nữa do có nhiều ứng dụng quan trọng như trong ngành công nghiệp được liệu và cả trong đời sống

hàng ngày Một trong những hợp chat di vòng quan trọng là pyranoquinoline với dược tính nồi bật như an than, chống rụng tóc, chống viêm và nhiều ứng dụng khác trong y

học Chính vì vậy, rất nhiều nghiên cứu và phương pháp mới dé tông hợp hợp chất này

đã ra đời Trong số đó, phản ứng Aza—Diels—Alder giữa N-arylimines và các olefin thân hạch đang tỏ ra nồi bật hơn cả vì tính hiệu qua và đơn giản của phản ứng.

Từ sau công trình tổng hợp của Povarov, các xúc tác acid Lewis đã được chú ý nhiều hơn Tuy nhiên, các acid này khó tìm, giá thành tương đối cao, không có khả năng tái sử dụng và dễ tham gia phản ứng với sản phẩm tạo thành khiến hiệu xuất phản ứng thường không cao Thêm vào đó, một số acid Lewis không thé tham gia vào viéc tao liên kết giữa các aldehyde, amine va enol ether do bi phân hủy hoặc khử bởi các amine

và nước trong quá trình tạo trung gian imine Vì vậy, việc tim ra một xúc tác mới có

hiệu quả và kinh tế hơn dé tổng hợp nên pyranoquinoline và các dẫn xuất dang là một

vân đê cân được đặc biệt chú trọng.

Thêm vào đó, trong quá trình nghiên cứu, tôi nhận thấy việc sử dụng một số xúc tác acid rắn như monmorillonite (MMT) đã và dang mang lại hiệu quả cao về kinh tế, giải quyết được nhược điểm của acid Lewis truyền thống cũng như đáp ứng kịp thời xu

hướng “Hóa học xanh” là sử dụng xúc tác ran dé dàng thu hôi và tái sử dụng.

Như vậy, với những ứng dụng quan trọng của pyranoquinoline và ý tưởng về xúc tac đất sét mới thân thiện và hiệu quả được tiễn hành phản ứng trong điều không dung môi, tôi quyết định chọn đề tài “Ap dụng montmorillonite trao đổi cation biến tính ở nhiệt độ cao xúc tác phản ứng tông hợp dẫn xuất pyranoquinoline”

Diels và Kurt Alder [7].

Với việc tìm ra phản ứng này, hai nhà bác học trên đã nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1950.

Đây là một phan ứng được sử dụng rộng rãi trong tong hợp hữu co Phản ứng thuận lợi về nhiệt động lực học do chuyền đổi liên kết x thành hai liên kết o.

Sơ đồ phản ứng Diels — Alder:

2.1.2 Phản ứng Aza-Diels-Alder

Phan ứng Aza-Diels-Alder là một dạng biến đổi của phản ứng Diels-Alder sử dụng diene chứa di tố hay dienophile chứa di tố dé tạo ra dị vòng 6 cạnh chứa nitrogen hay oxygen tương ứng Sơ đồ phản ứng Aza — Diels - Alder

R— + | ——*® R-, Ry

N vÀ Rị KE

Từ phan ứng Aza-Diels-Alder nay, Povarov đã nghiên cứu, phát trién nên một phản

ứng mới gọi là phản ứng Povarov hay còn gọi là phan ứng imino Diels-Alder.

2.1.3 Phan ứng Povarov

2.1.3.1 Cách tiễn hành Hỗn hợp gồm ethyl vinyl ether hoặc ethyl vinyl sunfide và N-aryl aldimine sử dụng xúc tác BF›:-OEt› Khuấy phản ứng trong 1-2 giờ dé tạo ra tetrahydroquinoline với các nhóm thế ở vị trí 2,4 sau đó dem chưng cất chân không dé thu được quinoline.

Sơ đồ phan ứng Povarov xúc tác BH Et2O [9]:

N-aryl aldimine có thé được tổng hop từ một aniline và một benzaldehyde.

Do đó, phản ứng này có thê xem như là một phản ứng đa thành phần với các chất phản

ứng ban đầu là: aniline, benzaldehyde và một dienophile.

Sơ đồ phản ứng đa thành phần:

NH,

Ri R

2.1.4 Một số phương pháp khác tong hợp theo Povarov

2.1.4.1 Sử dụng xúc tác muỗi GdCls trong dung môi hữu cơ

- Cách tiễn hành:

Hỗn hợp GdC]: (0.2 mmol), benzylideneaniline (1.0 mmol), và

3,4-dihydro-2H-pyran (1.4 mmol) được trộn trong 5 mL acetonitrile trong và khuấy trong 30 phút ở

nhiệt độ phòng Sau 30 phút, thêm nước vào hỗn hợp và sản phẩm được chiết với ELOAc.Lớp hữu cơ được làm khô bằng NazSO: khan, dé bay hơi ta được sản pham thô Sắc kýcột dé thu được san phẩm tinh khiết 5-phenyl-3,4,4a,5,6, I0b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline (PY) [13].

2.1.4.2 Sử dụng xúc tac Propylphosphonic anhydride (T3P) trong dung môi

- Cách tiền hành:

Khuấy hỗn hợp dung dịch gồm benzaldehyde (1 mmol), aniline (1 mmol),

3,4-dihydro-2H-pyran và T:P (Propylphosphonic anhydride) (0.2 mmol) trong 10 mL

dung môi ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian nghiên cứu Cô quay loại dung môi

4

thu được hỗn hợp sản phẩm thô Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc ký cột với hệ dung môigiải ly Hexane-EtOAc (2-10%) [ 10].

- Sơ đồ phan ứng tông hợp PY xúc tác TsP:

- Kết quả:

Kết quả thu được khi thực hiện phản ứng như trên trong điều kiện như nhau

và thay đôi về dung môi, thời gian phản ứng [10].

Bang 2 Kết qua tông hợp PY xúc tác TsP trong dung môi theo thời gian

sư Dùng môi - Xúctác | Thai sian | mm sult

Pha hữu cơ được rửa với mudi, làm khô bằng Na›SO, sau đó lọc và làm bay dung môi.

Sản phẩm tạo ra được tỉnh chế bằng sắc ký cột với hệ giải ly gôm EtOAc — petroleumether [11]

- Sơ đồ phản ứng tông hợp PY xúc tác KHSO./MeOH

Bang 3 Kết qua tông hop PY xúc tác KHSO¿ trong McOH

STT Thời gian Hiệu suât

nhưng nó cũng được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên thế giới và được biết đến với các tên

gọi khác nhau MMT là thành phần chính của bentonite (chiếm khoảng 80-90% theo

khối lượng của bentonite) [3,7].

2.2.2 Cấu trúcGồm 2 tam tứ diện kẹp 1 tam bát diện (khoáng sét 2:1) Mỗi lớp có độ dày khoảng

1 nm [9] Cau trúc được minh họa trong Hình 1

STRUCTURE OF ]

MAI DD PEA CRIM (PRD

Hình 1 Mô hình cau trúc không gian của MMT

2.2.3 Tính chất vật lý

MMT ton tại ở dạng đơn khoáng, gần giống sáp nên, thường có màu trang, xám,

vàng nhạt, nâu, nâu đỏ có thé màu xám xanh hoặc xanh lục .khi sờ cảm thấy nhờn và

trơn [6].

Tỷ trọng MMT trong khoảng 2,2-2,6 Độ cứng Mohs tương đổi khoảng 1,5 Tốc

độ lắng đọng thấp, thường có hiện tượng kết bông khi gặp môi trường kiểm, có độ pH

cao hoặc khi thay đôi môi trường nhanh chóng MMT có diện tích bề mặt lớn diện tích

lớp cao, kích thước hạt rất mịn, độ déo cao và có tính thắm ướt thấp [5]

2.2.4 Khả năng trao đổi cation

sinh ra này làm thay đôi lực hút tĩnh điện giữa các lớp và ảnh hưởng nhiêu đến khả năng

xúc tác của MMT Bang cách thay thé các cation giữa các lớp bang cation khác, có thé tạo ra nhiều loại MMT có tính chất khác nhau, phù hợp với yêu cầu của người sử dụng

[6].

Khả năng trao đỗi cation (Cation Exchange Capacity-CEC) của MMT thay đổi

trong một khoảng rộng từ 80-140 meq/100 g.

Kha năng trao đối ion còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của các cation trao

đổi, các cation có hóa trị nhỏ dé trao đôi hơn các cation có hóa trị lớn theo thứ tự

M*>M?*>M°* Với các cation có cùng hóa trị, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đôi

cation càng lớn theo thứ tự Li*>Na*>K*>Mg**>Ca**>Fe**>Al* [6].

2.2.5 Khả năng hap phụ

Tính chất hap phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt va cơ cau lớ p

của chúng Do MMT có cấu trúc tinh thé với độ phân tán cao nên có cơ cầu xốp phức

tạp và bè mặt riêng lớn Diện tích bề mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngoài và điện

tích bé mặt trong Diện tích bề mặt trong được xác định bởi bê mặt của khoảng không

gian giữa các lớp trong cơ cấu tinh thé Bê mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt [2]

?

Sự hấp phụ bẻ mặt trong của MMT có thé xảy ra với chat bị hap phụ là các ion vô

cơ, các chất hữu cơ ở dang ion hoặc chat hữu cơ phân cực Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng nhỏ bị hap phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao

đôi năm ở lớp xen giữa (interlayer) hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước

[2].

Sự hap phụ các chất hữu cơ không phan cực, các polymer va đặc biệt là vi khuânchỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của MMT

2.2.6 Tính chất hóa học

MMT có công thức hóa học: (Na, Cajo.sa(Al.Mg)o(SisO19)(OH)2.nH20.

Tinh chất đặc biệt của MMT là có thé dùng làm xúc tác trong các phan ứng hữu

cơ nhờ vào độ acid cao Nó có thé được xem là acid Lewis do sự thay thé đông hình các

ion Si** bằng ion AFP* ở tâm tứ điện và ion Mạ”? thay thé ion A+ ở bát diện làm bẻ mặt

của MMT mang điện tích âm Do vậy tâm acid Lewis được tạo thành từ ion AlÊ? và ion

Mg?* Trên bẻ mặt MMT tôn tại các nhóm hydroxyl (-OH) có khả nang nhường proton

để hình thành trên bè mặt MMT những tâm acid Bronsted [5]

2.3 Phương pháp chiếu xạ siêu âm

2.3.1 Định nghĩaSiêu âm (ultrasound) là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền đao động của các

phan tử trong không gian có tan số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người

(16-20 kHz) Ngoài ra, sóng siêu âm còn có bản chất là sóng dọc (longitudinal wave) hay sóng nén (compression wave), nghĩa là trong trường siêu âm các phan tử dao động

theo phương cùng phương truyền sóng [4]

2.3.2 Bản chất của sóng âm

Về ban chat, sóng âm là sóng cơ học, do đó nó tuân theo mọi quy luật đối với

sóng cơ, có thé tạo ra sóng âm bang cách tác động một lực cơ học vao môi trường truyềnâm.

Chuyên động của sóng siêu âm tạo ra rất nhanh, sinh ra nhiệt và bong bóng qua

đó làm tăng tốc độ phản ứng [4]

2.3.3 Sự tạo va vỡ bot (cavitation)

Sóng siêu âm không tạo ra đủ năng lượng đề làm đứt các liên kết hóa học Tuy nhiên, sự chiều xạ siêu âm trong môi trường lỏng lại sinh ra một năng lượng lớn, đó là

8

một hiện tượng vat lý được gọi là cavitation, quá trình này phụ thuộc vao môi trường phản ứng.

Siêu âm được chiều xạ qua môi trường lỏng tạo ra một chu trình dan nở, nó gây

ra áp suất chân không trong môi trường lỏng Hiện tượng cavitation xảy ra khi áp suất

chân không vượt quá độ bèn kéo của chat lỏng, độ bên này thay đổi tùy theo loại va độ

tỉnh khiết của chất lỏng Thông thường sự tạo-vỡ bọt là quá trình tạo mam, bắt nguồn từnhững chỗ yếu nhất trong chất lỏng như một lỗ hỏng chứa khí phân tán lơ lửng trong hệhoặc là những vi bọt tồn tại thời gian ngắn trước khi sự tạo-vỡ bọt xảy ra Hau hết cácchất long đều có đủ những chỗ yếu nay dé hình thành nên cavitation

Những vi bot này qua sự chiều xạ của siêu âm sẽ hap thu dan năng lượng từ sóng

và sẽ phát triên Sự phát triển của bọt phụ thuộc vào cường độ sóng.

Sự nén khí trong chất lỏng chiếu xạ siêu âm diễn ra khi các bọt khí bị vỡ vàotrong dưới áp lực của chất lỏng bên ngoài, sự vỡ này sinh ra một lượng nhiệt tại điểm

đó gọi là sự tỏa nhiệt tại một điểm (hot-spot).

Trong suốt chu trình kéo/nén bọt khí kéo giãn và kết hợp lại cho đến khi cân bằng

hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí Diện tích bề mặt bọt khí trong chu trình kéo

lớn hơn trong chu trình nén vì vậy có sự khuếch tán trong chu trình kéo lớn hơn và kích

thước bọt khí cũng tăng trong mỗi chu trình Các bọt khí lớn dân đến một kích thướcnao đó mà năng lượng sóng siêu âm không đủ duy tri pha khí khiến các bọt khí này vỡ

ra Khi đó các phân tử va chạm với nhau mãnh liệt tạo nên sự sốc sóng trong lòng chất

lỏng kết quả là hình thành những điêm có nhiệt độ và áp suất cao [4].

2.3.4 Uu và nhược điểm phương pháp chiếu xạ siêu âm

Ưu điểm:

- Thiết bị dé sử dụng, an toàn.

- Làm tăng tốc độ hòa tan chất phản ứng, tăng tốc độ phản ứng

Nhược điềm:

- Chỉ áp dụng được với quy mô nhỏ.

- Nhiệt độ tang, cần phải kiêm soát tốt nhiệt độ phản ứng [4]

3 THỤC NGHIỆM

3.1 Điều chế xúc tác

3.1.1 Điều chế montmorillonite tỉnh chế

Pat sét thô được nghiên sơ hòa tan vào nước với nồng độ 4 %, sau đó thêm vào

(NaPOs)6 5 % với ty lệ 5 ml dung địch (NaPO3)6 cho 20 g đất sét khô Hỗn hợp đượckhuấy liên tục trong 24 h, sau đó tiến hành sa lắng Thời gian và khoảng cách thu lớp

huyền phù được tính theo định luật sa lắng Stock Lớp huyền phù hút ra được sấy, nghiền

min qua ray 80 mesh [1] Kí hiệu LDTC.

3.1.2 Hoạt hóa acid montmorillonite Lâm Đông

Cân 10 g montmorillonite tinh chế Lâm Đồng khuấy với 200 ml dung dich acid

HSO: có nông độ 30% trong 4 h tại nhiệt độ 70 °C Sản phẩm được lọc, rửa trên phéu

Biichner tới khi hết ion SO,” (thử bằng dung địch BaCl; 1 M), say khô tại nhiệt độ 110

°C Sản phẩm được nghiên min qua rây 80 mesh [1].

3.1.3 Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hóa acid

Thêm từ từ 3 gam montmorillonite hoạt hóa acid vào 100 ml dung dich muốiCuSO, 1 M, khuấy từ trong 5 h ở nhiệt độ phòng Chat rin sau đó được lọc, rửa sạchdung dịch CuSO, say khô và nghiền mịn thu được xúc tác montmorillonite hoạt hóaacid trao đôi ion Cu ký hiệu Cu°*Mont và tiên hành nung xúc tác ở nhiệt độ 300°C.Phương pháp này được áp dụng cho một số muỗi vô cơ khác dé trao đổi những cation

khác Ký hiệu chung là M"*Mont [1].

3.2 Điều chế 5-Phenyl]-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline (PY)

Điều kiện tối ưu ban dau: 0.1590 gam benzaldehyde (1,5 mmol), 0,093 gam aniline

(1 mmol) và 100 mg xúc tác khuấy đều trên bếp khuấy từ 15 phút, sau đó thêm 0,1450

gam 3,4-dihydro-2H-pyran (1,5 mmol) khuấy trên bếp khuấy từ và đánh sóng siêu âm

trong 60 phút ở điều kiện nhiệt độ phòng Sau khi kết thúc phản ứng, phần mẫu được rửa nhiều lần với EA và làm khan bang NazSO¿, tinh chế sản phẩm bằng sắc ký cột với

hệ dung môi n-hexane: EA (95:5).

10

3.3 Quá trình tối ưu

Các yêu t6 được tiền hành tối ưu:

Khảo sát xúc tác sử dụng:

Giữ cô định điều kiện phản ứng ban đầu, thay đồi làn lượt các xúc tác MTM

Mont_ nung.

Tối ưu hóa thời gian:

Sử dụng xúc tác đã tối ưu, tiến hành thay đôi thời gian phản ứng từ 45-120 phút.Các điều kiền phản ứng khác không đồi

Tối ưu hóa khối lượng xúc tác:

Giữ cô định chat xúc tác, thời gian tôi ưu, tiền hành thay đôi khối lượng chất xúc

tác từ 75 mg đến 200 mg xúc tác

Tối ưu hóa tỉ lệ chất tham gia phản ứng:

Giữ cô định chất xúc tác, khối lượng xúc tác và thời gian tôi ưu Tiền hành thay

đôi tỉ lệ chất tham gia phan ứng.

Tối ưu hóa nhiệt độ:

Cố định các điều kiện đã tối ưu: xúc tác, thời gian, tỉ lệ chất tham gia phản ứng

Tiến hành thay đổi nhiệt độ phản ứng từ nhiệt độ phòng đến 45°C.

3.4 Tái sử dụng xúc tác

Xúc tác được thu hỏi sau phản ứng và rửa nhiều lần với EA để loại các chất của phản

ứng trước trong xúc tác Dé bay hơi dung môi va sử dụng cho lần tái sử dụng sau.

3.5 Tổng hợp mật số dẫn xuất PY

Áp dụng điều kiện đã tối ưu ở trên để xác định ảnh hưởng của nhóm thế bằng cách:

Thay đổi benzaldehyde bằng 4-methylbenzaldehyde, 2-fluorobenzaldehyde

3.6 Xác định cơ cấu sản phẩm

Các dẫn xuất được định danh bằng phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy, phd cộng

hưởng từ hạt nhân ('H-NMR, C-NMR).

11

4 KET QUA VÀO THẢO LUẬN

4.1 Tong hợp 5-Phenyl-3,4,4a,5,6,10b-hexahydro-2H-pyrano[3,2-c]quinoline (PY)

4.1.1 Sơ do tổng hợp

Sơ đồ phản ứng tông hop PY xúc tác M"'-MonL_nung:

Z

| |" H cHo NH) = x °

4.1.2 Khảo sat xúc tác sứ dung

Điều kiện áp dụng khi tiến hành khảo sát xúc tác sử đụng là 1:2:3=1,5:1:1,5 (mmol), thời gian 60 phút nhiệt độ phòng lượng xúc tác là 100 mg với các chất xúc tác montmorillonite hoạt hóa acid trao đổi ion của 9 cation kim loại khác nhau lần lượt là:

Na*-Mont nung, Pb**-Mont_nung, Mg”*-Mont nung, Cu?*-Mont nung, Mont_ nung, Co**-Mont_nung, Cr*-Mont_ nung, Al**-Mont_nung, Fe**-Mont_nung.

Zn**-Bang 4 So sánh xúc tác trao đổi cation khác nhau

St Xúc tác (M°'-Mont_ nung) Hiệu suat (%) Ti lệ 4:5

Kết quả Bang 4 cho thay xúc tác trao đôi cation H* bằng những cation kim loại

(hóa trị II) cho hiệu suất tông hợp PY trung bình (thí nghiệm 8,9,10) Khi trao đôi vớinhững cation kim loại (hóa trị II) thì hiệu suất tông hợp PY của mẫu xúc tác Co°“-

12

Mont_nung tại cùng điều kiện (thí nghiệm 7) cho hiệu suất khả quan nhất Vì vậy, chọn

mẫu xúc tác Co**-Mont_nung đề tiễn hành tôi ưu hóa phản ứng tong hop PY

4.1.3 Khao sát thời gian phản ứng

Ti lệ chất tham gia phản ứng (R=H) là 1:2:3=1,5:1:1,5, 100 mg xúc tác

Co°*-Mont_nung ở điều kiện nhiệt độ phòng, thời gian phản ứng từ 45 phút đến 120 phút Kết

quả thu được trong Bang Š.

Bang 5 Kết quả tối ưu hóa theo thời gian

St Thời gian (phút Hiệu suất(%) — Tilé 4:5

4.1.4 Tối ưu hóa lượng xúc tác

Cố định điều kiện ban đầu của phản ứng (R=H) là 1:2:3=1,5:1:1,5, tiền hành phan

ứng trong 90 phút ở nhiệt độ phòng với khối lượng xúc tác Co?*-Mont_nung thay đôi từ

75 mg đến 200 mg.

Bang 6 Kết quả tối ưu hóa khối lượng xúc tác

Stt Lượng xúc tic (mg) Hiệu suât(%) Tỉ lệ 4:5

Kết quả bang 6 cho thay, trong cùng điều kiện phan ứng với khối lượng xúc tác

175 mg cho hiệu suất tống hợp PY cao hơn (thí nghiệm 5) so với khối lượng xúc tác ít

hơn hoặc nhiều hơn

13

4.1.5 Tôi wu hóa tỉ lệ chất tham gia phản ứng

Cố định các điều kiện đã tối ưu, tiễn hành phản ứng trong 90 phút ở nhiệt độ phòng

với xúc tác Co?*-Mont_nung và thay đôi ti lệ các chất tham gia phản ứng Kết quả được

trình bày trong Băng 7.

Bảng 7 Kết quả tôi ưu hóa ti lệ chất tham gia

Stt 1:2:3(mmol) Hiệu suat (9%) Tilé 4:5

lệ 3,4-dihydro-2H-pyran, thấy rằng hiệu suất phản ứng tăng (thí nghiệm 7), tuy nhiên

khi tang ti lệ 3,4-dihydro-2H-pyran lên cao thì hiệu suất giảm (thí nghiệm 8) Vậy chọn

tỉ lệ 1:2:3=3:1:1.5 là tỉ lệ các chất đầu tham gia phản ứng tốt nhất

4.1.6 Tôi ưu hóa nhiệt độ phản ứng

Có định các điều kiện đã tối ưu, tỉ lệ 1:2:3=3:1:1,5 với khối lượng xúc tác

Co?*-Mont_nung là 175 mg, trong khoảng thời gian là 90 phút và thay đôi nhiệt cao hơn.

Bang 8 Khảo sát phản ứng theo nhiệt độ

Su Nhiệtđộ(C) Hiệu suâật(%) Tỉ lệ 4:5

Kết luận điều kiện tối ưu:

Bảng 9 Khao sát kha năng tái sử dụng của xúc tác

Số lan tất sử dụng _ Hiệu suat(%) Tile 4:5

0 65 89:11

1 63 85:15

2 59 91:9

3 56 87:13

Kết quả trình bay trong Bảng 9 cho thay hiệu suất tạo thành sản phẩm PY giảm dần

theo số lần tái sử dụng xúc tác, điều này xảy ra có thê là do trong quá trình phản ứng

cation Co** trong xúc tác bị thay thé bởi những cation khác sinh ra khi các tác chất phan

ứng Vì vậy hàm lượng cation Co** trong mẫu xúc tác giảm dan dẫn đến khả năng xúc

tác giảm dân.

4.3 Tổng hợp một số dẫn xuất của PY

Ap dụng điều kiện phan ứng tông hợp PY đã tôi ưu, chúng tôi nghiên cứu tông hợp

một số dẫn xuất PY khác dựa trên sự thay đỗi benzaldehyde thành những dẫn xuất của

benzaldehyde.

Bang 10 Tông hợp một số dẫn xuất của PY

Mẫu R Trạng thái Hiệu suất

PYA¿¡ H Chât răn, màu trăng

PYA: H Dâu màu vàn

PYB¿( 4-Me_ Chat ran, màu trăng 42

PYB:2 4-Me Dau, mau vàng

65

15

5 ĐỊNH DANH SAN PHAM

5.1 Hợp chat PY Ai: cis

vế XAM 1d Rede SOISIIOGIS

Y Sot v eects ‘on

Dựa vào Hình 2 ta thấy có tổng cộng 19 proton được tách thành các tín hiệu có

cường độ tương đối là 1:3:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:4.

Tín hiệu singlet có cường độ tương đối bằng 1, độ địch chuyển hóa học 5=5,92

ppm được quy kết cho He

Cụm tín hiệu có cường độ bằng 4, độ dịch chuyền hóa học =7,34-7,41 được quy

kết cho bốn hydro vị trí Hau-H:sr và Hsc-Hse; năm cụm tín hiệu có cường độ tương đốibằng 1, độ địch chuyên hóa học 5=6,59-6,62 ppm; 5=6.67-7,69 ppm; ồ=6.95-6.98 ppm;Š=7,16-7,18 ppm; 5=6,25-7,28 ppm là các tín hiệu của các hydro trên vòng thơm (Hsa,

H;, Hs, Ho, Hip).

Tín hiệu doublet có cường độ tương đối bằng 1, độ dich chuyển hóa học 5=5,22ppm được quy kết cho Hs (J=5,5 Hz)

16