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) tartrate R
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:
GC m x
H m
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.