Báo cáo khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát phản ứng Mannich với xúc tác Zeolite trao đổi ion kim loại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO KHÓA LUẬN

TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

KHẢO SÁtT PHẢN ỨNG MANNICH VỚI XÚC TÁC

ZEOLITE TRAO ĐỔI ION KIM LOẠI

GVHD: TS. Lê Tín Thanh

SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

MSSV: K38.106.123

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2016

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Lời đầu tiên em xin cám ơn cô, Tiến sĩ Lê Tín Thanh – cô đã trực tiếp tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em để hoàn thành khóa

luận tốt nghiệp này.

Em gửi lời cám ơn chân thành đến các Thầy, Cô trong Khoa đã luôn chỉ

bảo, khuyến khích và hỗ trợ em rất nhiều trong suốt bốn năm học tập tại Trường

Đại học Sư phạm TP.Hồ Chí Minh. Đây là khoảng thời gian em được tiếp thu

rất nhiều kiến thức và kỹ năng cần thiết để trang bị cho tương lai phía trước.

Em xin cám ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh, động viên, hỗ trợ, cho

em những lời khuyên bổ ích để em có được như ngày hôm nay.

Tuy nhiên, vì thời gian và khả năng có hạn nên bài khóa luận này không

tránh được những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của

Thầy Cô và các bạn để bài khóa luận trở nên hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cám ơn !

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 5 năm 2016

B

LỜI CÁM ƠN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 2

1. Tổng quan về Zeolite ............................................................................................... 2

1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 2

1.2. Phân loại Zeolite ................................................................................................ 3

Zeolite được chia làm 2 loại chính: zeolite tự nhiên và zeolite tổng hợp. ...................... 3

1.3. Ứng dụng của zeolite ......................................................................................... 5

2. Zeolite trao đổi ion kim loại trong tổng hợp hữu cơ ................................................ 6

2.1. Khái niệm zeolite trao đổi ion ........................................................................... 6

2.2. Zeolite trao đổi ion kim loại trong tổng hợp hữu cơ ......................................... 7

3. Phản ứng Mannich ................................................................................................... 8

3.1. Giới thiệu về phản ứng Mannich ....................................................................... 8

3.2. Xúc tác trong phản ứng Mannich ...................................................................... 9

Chương 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 14

1. Hóa chất - Dụng cụ ................................................................................................ 14

2. Thực nghiệm .......................................................................................................... 15

2.1. Điều chế xúc tác .............................................................................................. 15

2.2. Khảo sát phản ứng Mannich ............................................................................ 16

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 17

1. Diện tích bề mặt riêng của xúc tác ......................................................................... 17

2. Khảo sát tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng ................................................ 17

3. Khảo sát lượng xúc tác ........................................................................................... 17

4. Khảo sát nhiệt độ phản ứng .................................................................................... 18

5. Khảo sát phản ứng khi sử dụng các dẫn xuất khác nhau của benzaldehyde .......... 18

6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác ............................................................ 19

7. Định danh sản phẩm Mannich ............................................................................... 19

7.1 Phổ hồng ngoại (IR) .......................................................................................... 19 7.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ............................................................. 20

Chương 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 24

1. Kết luận .................................................................................................................. 24

2. Kiến nghị ................................................................................................................ 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 25

DANH MỤC CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 1: Cấu trúc của zeolite 2

Hình 2: Cấu trúc của zeolite A 4

Hình 3: Giản đồ cắt ngang của mordenite 5

Hình 4: Hệ thống mao quản của ZSM-5 5

20

21

Hình 5: Phổ IR của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one Hình 6: Phổ 1H-NMR của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one Hình 7: Phổ 1H-NMR của 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3- 22

(phenylamino)propan-1-one

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG TRANG

Bảng 1: Hiệu suất tái sử dụng của Nagrik 12

Bảng 2: Dụng cụ thí nghiệm 14

Bảng 3: Hóa chất thí nghiệm 14

17 Bảng 4: Kết quả khảo sát phản ứng theo tỉ lệ mol 1:2:3

17 Bảng 5: Kết quả khảo sát phản ứng theo lượng xúc tác

Bảng 6: Kết quả khảo sát phản ứng theo nhiệt độ 18

Bảng 7: Kết quả khảo sát phản ứng của các dẫn xuất benzaldehyde 21

khác nhau

18

19 Bảng 8: Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác Bảng 9: Số liệu phổ 1H-NMR (dung môi CDCl3) (δ, ppm và J, Hz) của

1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one Bảng 10: Số liệu phổ 1H-NMR của 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3- 23

A

(phenylamino)propan-1-one

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TÊN

KÍ HIỆU RT DMSO NMP THF TMG DMF

B

Room Temperature Dimetylsulfoxide N-methyl-2-pyrrolidinone Tetrahydrofuran 1,1,3,3-tetra-methylguanidine Dimetylformamide

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

MỞ ĐẦU

Sử dụng xúc tác dị thể giúp cho quá trình tinh chế sản phẩm trở nên dễ dàng hơn

so với trường hợp của xúc tác đồng thể. Đồng thời, sau khi phản ứng kết thúc, xúc tác

cũng được tách ra khỏi hỗn hợp dễ dàng để thu hồi và tái sử dụng. Do đó, xúc tác dị

thể ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các quy trình tổng hợp hữu cơ.

Phản ứng Mannich là một phương pháp cổ điển để tổng hợp β-amino carbonyl và

là một trong những phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ được sử dụng trong tổng

hợp hợp chất thiên nhiên và tổng hợp dược.

Sự thay thế các chất xúc tác có hại cho môi trường bằng cách sử dụng các chất xúc

tác acid rắn thân thiện với môi trường như xúc tác dị thể là một việc cần thiết. Với

những lợi thế về mặt kinh tế và môi trường, việc thay thế xúc tác đồng thể bằng các

xúc tác dị thể trong tổng hợp hữu cơ được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên

cứu. Trong đó, xúc tác trong phản ứng Mannich cũng được nghiên cứu rất nhiều

nhưng ít các nghiên cứu về việc sử dụng xúc tác zeolite.

Với mong muốn góp phần tìm hiểu khả năng xúc tác của chất xúc tác dị thể,

zeolite, trong phản ứng Mannich để tổng hợp các hợp chất β-amino carbonyl, chúng

tôi đã chọn đề tài “Khảo sát phản ứng Mannich với xúc tác zeolite trao đổi ion kim

1

loại”.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Chương 1: TỔNG QUAN

1. Tổng quan về Zeolite 1.1. Khái niệm

Zeolite là các aluminosilicate tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều với hệ

thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Không gian bên trong gồm những hốc nhỏ được

nối với nhau bằng những đường hầm ổn định. Nhờ hệ thống lỗ và đường hầm này mà

zeolite có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ và đường hầm của chúng và đẩy ra những phân tử có kích thước lớn hơn. [1]

Thành phần chủ yếu của zeolite là Si, Al, O và một số kim loại kiềm, kiềm thổ

khác.

Trên phương diện cấu trúc, các zeolite là các cấu trúc tinh thể mô tả bởi các mạng

được liên kết cùng nhau bằng một nguyên tử

lưới 3D tứ diện của [AlO4]5- hay [SiO4]4-

oxy chung tạo thành mạng lưới zeolite, các tứ diện này được sắp xếp theo các trật tự

khác nhau sẽ hình thành các đơn vị thứ cấp khác nhau. Các hình dạng bên trong khác

nhau của mỗi loại zeolite cho phép thay đổi khả năng phản ứng và gây ra sự khác biệt. Vì vậy, zeolite còn được gọi là hợp chất rây phân tử. [2]

Hình 1: Cấu trúc của zeolite

Công thức chung của zeolite là:

M2/nO.Al2O3.xSiO2.y H2O

2

Trong đó: M: Cation có khả năng trao đổi.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

n: Hoá trị của cation

x: Tỉ số mol SiO2/Al2O3.

Y: Số phân tử nước trong đơn vị cơ sở ( khoảng từ 1 ÷ 12 ).

Tỷ số x ≥ 2 thay đổi đối với từng loại zeolite cho phép xác định thành phần và

cấu trúc của từng loại.

Ví dụ: Zeolite A có x = 2.

Zeolite X có x = 2,3 ÷ 3.

Zeolite Y có x = 3,1 ÷ 6.

Mordenite tổng hợp có x ≈ 10. Đặc biệt các zeolite họ pentasit có x = 20 ÷ 1000.

Riêng đối với zeolite ZSM-5 được tổng hợp dùng chất cấu trúc có 7 ≤ x ≤ 200.

Gần đây người ta đã tổng hợp được các loại zeolite có thành phần đa dạng có tỷ

lệ mol SiO2/Al2O3 cao thậm chí có những loại cấu trúc tương tự zeolite mà hoàn toàn

không chứa các nguyên tử nhôm.

1.2. Phân loại Zeolite

Zeolite được chia làm 2 loại chính: zeolite tự nhiên và zeolite tổng hợp.

Các zeolite tự nhiên thường ở gần bề mặt của trái đất nên việc khai thác dễ dàng

và xử lý đơn giản, dẫn đến có giá thành thấp, rẻ tiền. Vì vậy, các zeolite tự nhiên có nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp và bảo vệ môi trường.[3]

Zeolite tự nhiên có trên 40 loại, độ tinh khiết không cao và kém bền nên khả

năng ứng dụng hạn chế, thường chỉ phù hợp với các ứng dụng cần khối lượng lớn và

không yêu cầu nhiều về chất lượng, chẳng hạn như dùng làm chất độn trong chất tẩy

rửa, chất hấp phụ. Hơn nữa do thành phần hoá học biến đổi đáng kể nên chỉ có một

vài loại zeolite tự nhiên có khả năng ứng dụng thực tế như: Analcime, chabazite,

hurdenite, clinoptilonit... và chúng chỉ phù hợp với những ứng dụng mà không yêu cầu

tinh khiết cao. Hiện nay, các zeolite tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực làm

khô và tách các chất lỏng và khí, làm mềm nước cứng, xử lý nước thải và khả năng trao đổi ion tốt.[3]

Zeolite tổng hợp có trên 200 loại, zeolite tổng hợp có nhiều ưu điểm như tính

tinh khiết cao, kích thước các hạt đồng nhất, và khả năng trao đổi ion tốt hơn nên rất

phù hợp cho việc nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp như: zeolite A, zeolite X,

3

zeolite Y, zeolite ZSM-5, ZSM-11... Các zeolite này đã được áp dụng rộng rãi trong

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

nhiều lĩnh vực tách và làm sạch khí, các quá trình tinh lọc dầu mỏ, hóa dầu, và trao đổi ion. [3]

Số lượng zeolite tự nhiên và tổng hợp đã biết hiện nay lên đến hàng trăm, nhưng

có ứng dụng thực tế thì chỉ một số ít các zeolite. Những zeolite thông dụng như zeolite

 Zeolite A: là zeolite có tỉ số Si/Al = 1, ở dạng natri có công thức chung là

A, zeolite faujasit (X và Y), zeolite ZSM-5, mordenite hay clinoptilotit. Dưới đây là cấu trúc một số zeolite tiêu biểu :[4]

và công thức tế bào đơn vị: (Na2O).Al2O3.2SiO2.4,5H2O

Na12[(AlO2)12(SiO2)12].27H2O. Trong zeolite A, tỉ số Si/Al bằng từ 0,7 đến 1,2, số cation Na+ bằng đúng số nguyên tử Al trong mạng lưới. Tinh thể lập phương, hằng số

tế bào nguyên tố a = 12,3 Å. Hệ thống mao quản của zeolite A có kích thước cửa sổ là

4 Å.

Hình 2: Cấu trúc của zeolite A

 Zeolite Mordenite (MOR) là một zeolite tự nhiên, nhưng cũng đã được tổng hợp ở

9

10

nguồn không có tự nhiên. Công thức chung là Na2O.Al2O3. H2O.6H2O. Công thức tế

bào đơn vị: Na8[(AlO2)8(SiO2)40].24H2O. Trong zeolite mordenite, tỉ số Si/Al bằng từ

4,5 đến 5. Mạng lưới của mordenite gồm 2 hệ thống kênh giao nhau. Kênh lớn tạo

thành từ các vòng 12 oxy có kích thước ~ 7,2 x 6,5 Å, kênh nhỏ gồm 8 vòng oxy ~ 5,7

4

x 2,9 Å.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Hình 3: Giản đồ cắt ngang của mordenite

Oxi nằm trên đường thẳng, Silic và nhôm nằm ở điểm cắt các đường

 Zeolite ZSM-5 là một zeolite tổng hợp, có mạng lưới không gian ZSM-5 thuộc nhóm

cấu trúc MFI. Công thức chung là NanAlnSi96-nO192, trong đó n < 27. Tỉ số

SiO2/Al2O3 từ 20 đến 8000. ZSM-5 gồm hệ thống những đường ống cắt nhau, trong

đó, các đường ống thẳng có tiết diện ngang hình elip (5,1 x 5,7 Å) và đường ống

zigzag gần tròn (5,4 x 5,6 Å). Hai kiểu đường ống cắt nhau tạo thành mạng lưới ba

chiều của zeolite.

5,1 × 5,7 Å

5,4 × 5,6 Å

Hình 4: Hệ thống mao quản của ZSM-5

1.3. Ứng dụng của zeolite

Do zeolite có nhiều tính chất đặc biệt nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác

nhau như công nghiệp, nông nghiệp, môi trường và y học. Zeolite được sử dụng chủ

yếu để làm khô tác chất, làm khô dung môi, tách chiết chọn lọc đặc thù, xúc tác chọn lọc đặc thù và trao đổi ion chọn lọc. Dưới đây là một vài ứng dụng của zeolite: [5]

 Sản xuất chất tẩy rửa: phần lớn các zeolite được sử dụng theo hướng này, do tính chất

trao đổi cation của zeolite. Zeolite cũng không gây ảnh hưởng đến môi trường và các

5

sinh vật khác như các chất giặt rửa trước đây.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

 Ứng dụng làm chất làm khô và tách chiết: zeolite còn có khả năng làm khô: làm khô

khí công nghiệp và chất chống ẩm trong bảo quản, khả năng tách chiết và tinh chế các

chất do hiệu ứng lưới trong cấu trúc ứng với nhiều loại chất và phân tử đa dạng về kích

thước, hình thù. Zeolite đã được sử dụng để tách các chất khí như CO, CO2, N2,

SO2,O2 và các hydrocarbon.

 Ứng dụng trong y học: zeolite được sử dụng để sản xuất oxy cho bệnh viện từ không

khí do có khả năng hấp phụ khí nitơ mạnh hơn khí oxy và zeolite còn có thể tách các

chất khí khác và loại bỏ hơi nước ra khỏi dòng khí giàu oxy. Ngoài ra, zeolite được sử

dụng để kháng khuẩn, kích thích sự hình thành xương, chữa trị tiểu đường, chữa tiêu

chảy, làm giảm axit trong hệ tiêu hóa và làm các chất mang dược phẩm.

2. Zeolite trao đổi ion kim loại trong tổng hợp hữu cơ 2.1. Khái niệm zeolite trao đổi ion

Gần đây, việc sử dụng zeolite trao đổi ion kim loại đang được nhiều nhà khoa

học quan tâm. Các xúc tác này được tổng hợp dễ dàng, bền trong vài tháng, thu hồi dễ

dàng bằng cách lọc và tái tạo. Thí nghiệm có thể sử dụng dung môi an toàn và ngay cả

không cần dung môi, và điều này hoàn toàn đáp ứng được quy tắc của hóa học xanh.

Sự xuất hiện của các cation bù trong cấu trúc tạo nên tính trao đổi ion một cách

chọn lọc của zeolite. Các cation bù rất linh động và dễ dàng bị trao đổi với các cation

khác. Qua việc trao đổi cation, zeolite có khả năng biến tính để tạo thành nhiều vật liệu có hoạt tính đa dạng, đáp ứng được nhiều yêu cầu để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.[6]

Thông thường, trong zeolite tự nhiên hay tổng hợp ban đầu đều có cation bù là

Na+. Phản ứng trao đổi ion có thể mô tả như sau :

nNa+- Zeol- + Mn+ → Mn+-(Zeol-)n + nNa+

Mn+ là cation kim loại hóa trị n, Zeol- là một điểm mang điện tích âm trên khung

zeolite.

Những ion phổ biến nhất (Cu2+, Zn2+, Fe3+...) đều dễ dàng trao đổi với zeolite. Tuy

nhiên, zeolite có hệ thống lỗ trống với kích thước phân tử đồng đều và xác định nên sự

trao đổi ion cũng có tính chọn lọc, gọi là hiệu ứng lưới. Hiệu ứng lưới này chỉ cho các

6

ion có kích thước bé hơn hay bằng kích thước của lỗ trống trao đổi qua zeolite. Dung lượng trao đổi ion của zeolite phụ thuộc vào tỉ lệ SiO2/Al2O3. Vì mỗi tứ diện [AlO4]5-

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

trong khung sườn của zeolite có một điểm trao đổi ion. Dung lượng trao đổi ion còn

phụ thuộc vào dạng cation trao đổi.

Độ lựa chọn và khả năng trao đổi ion trên zeolite phụ thuộc vào pH (vì H+ là ion

cạnh tranh), nhiệt độ và độ hoạt hóa của nước. Các cation cạnh tranh, dung môi, sự tồn

tại các tác nhân tạo phức, nồng độ dung dịch và các anion là những yếu tố có thể thay

đổi khả năng tách các ion trong dung dịch. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của các yếu tố

trên đối với zeolite không quá phức tạp và có thể dự đoán dễ dàng hơn so với các loại

nhựa trao đổi ion (vì zeolite có khung sườn chắc chắn hơn).

Sự tạo phức sẽ làm thay đổi rõ rệt tính chất của các ion trao đổi. Ví dụ, trong zeolite A, ion Ag+ trao đổi thích hợp với Na+, nhưng Na+ lại thích hợp hơn so với phức +. Do đó, zeolite có thể được tái sinh qua việc ngâm trong dung dịch có tác Ag(NH3)2

nhân tạo phức với ion trao đổi. Điều này cũng là lợi thế cho việc tách chất khi có tác

nhân tạo phức, mà các phương pháp khác không thể đạt được. Dung lượng trao đổi của

zeolite sẽ tăng hơn khi ở nhiệt độ cao.

2.2. Zeolite trao đổi ion kim loại trong tổng hợp hữu cơ

Trong việc nghiên cứu xúc tác dị thể, Loh tại Singapore đã nghiên cứu sử dụng

xúc tác Indium tricloride (InCl3) trong phản ứng Mannich “one-pot”. Phản ứng tiến

hành được tiến hành với nhiều dung môi khác nhau (H2O, CH3CN, THF). Kết quả cho

Ph

OTMS

InCl3 (20 mol%)

NH

O

+

+

PhCHO

PhNH2

THF, r.t, 24h

Ph

Ph

Ph

82%

thấy trong dung môi THF, hiệu suất thu được khá cao (82%) và xúc tác có thể tái sử dụng.[7]

Năm 2008, K. Patil đã thực hiện một công trình nghiên cứu khảo sát các xúc tác

zeolite trao đổi với ion kim loại đồng như là xúc tác “xanh”. Tác giả đã tiến hành sử

7

dụng xúc tác trên phản ứng ba thành phần để tổng hợp các propargylamine ở điều kiện không dung môi.[8]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

CuI-USY

H N

Ph

+

+

N

PhCHO

Ph

80oC

Ph

95%

Một trong những công trình tiêu biểu cho xúc tác zeolite trao đổi ion là công trình

của nhóm tác giả Chassaing. Tác giả đã sử dụng xúc tác dị thể đồng(I)-zeolite trong

các phản ứng đóng vòng. Ví dụ điển hình như phản ứng giữa (Z)-1-benzylidene-5,5-

O

O

CuI-USY

COOEt

+

N N

N N

Toluene, 60oC

Ph

Ph

EtOOC

85%

dimethyl-3-oxopyrazolidin-1ium-2-ide và ethyl propiolate, hiệu suất thu được là 85%.[9]

3. Phản ứng Mannich 3.1. Giới thiệu về phản ứng Mannich

Trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ tạo liên kết C-C và C-N thì Mannich là một

trong những phản ứng được sử dụng khá phổ biến.

Phản ứng Mannich là phản ứng tạo các hợp chất β-aminoalkyl carbonyl thông qua

con đường cho enol phản ứng với imine, imine này được hình thành bằng cách cho một aldehyde tác dụng với môt amine bậc một hay bậc hai. [10]

Phản ứng Mannich diễn ra được giải thích theo nhiều cơ chế tùy thuộc vào chất

tham gia và điều kiện phản ứng được tiến hành.

O

R4

Xúc tác

R5

R1 N

+

+

H N

R5

R4

H

R2

R1

R2

R3

O

O

R3

• Sơ đồ tổng quát

8

• Cơ chế tổng quát

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

-H+

O

H+

H+

OH

OH

OH

OH2

R2

R2

R2

NH

H

N

N

N

R3

R3

R3

R3

R3

H R1

R2

H

R1

R1

R1

R2

N

R3

R1

H H

OH

R3

-H+

H+

R2

R2

R5

R5

R5

R4

R4

R4

N

R3

N

R5

R1

O

OH

OH

R1

R4

-H+

R1

R4

N

R5

R2

O

R3

3.2. Xúc tác trong phản ứng Mannich 3.2.1. Xúc tác hữu cơ Xúc tác hữu cơ (đồng thể) thường được sử dụng trong phản ứng Mannich với

các ưu điểm trội, điều kiện phản ứng không quá phức tạp và cho độ chọn lọc lập thể

cao.

Proline là một xúc tác khá phổ biến cho phản ứng Mannich với hiệu suất và độ

CHO

OMe

NH2

O

(S)-Proline (35 mol%)

+

+

HN

O

DMSO 50%

OMe

NO2

NO2

1 e.q

94% ee

1.1 e.q

chọn lọc lập thể cao. Năm 2002, lần đầu tiên Benjamin List và các cộng sự sử dụng L- proline làm xúc tác cho phản ứng Mannich ba thành phần.[11]

Yujiro Hayashi và các cộng sự đã khảo sát phản ứng Mannich của các aldehyde

OMe

OMe

O

10 mol% L-Proline

NaBH4

+

+

PhCHO

HN

H

NMP, -20oC

MeOH

Ph

OH

NH2

90% 98%ee

9

khác nhau cũng với xúc tác L-proline. Kết quả các sản phẩm sau khi khử bằng NaBH4 thu được với hiệu suất từ 90-93%.[12]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

OMe

CHO

OMe

O

10 mol% L-Proline

NaBH4

HN

+

+

H

NMP, -10oC

MeOH

OH

NO2

NH2

O2N

93% 99%ee

Ibrahem đã hoàn thành công trình nghiên cứu vào năm 2005 về việc sử dụng

các xúc tác amino acid và amine bất đối mạch hở trong phản ứng Mannich ba thành

OMe

OMe

O

O

H

O HN

(S)-serine H2O

+

+

60% 94% ee

DMSO, RT, 48h

NO2

NH2

NO2

OMe

OMe

O

O

H

O HN

(S)-alanine H2O

+

+

68% 86% ee

DMSO, RT, 48h

NO2

NH2

NO2

OMe

OMe

O

O

H

O HN

Catalyst (1) H2O

+

+

89% 94% ee

DMSO, RT, 12h

NO2

NH2

NO2

O

O

N

OH

HO

phần. Công trình cho thấy các xúc tác này đem lại hiệu suất phản ứng cũng như là độ chọn lọc lập thể khá cao.[13]

Catalysts

H2N

OH

N

NH2

HN N

NH2

(S)-Serine

(S)-Alanine

(1)

Năm 2012, nhóm tác giả Guo tại San Antonio đã tiến hành nghiên cứu và khảo

sát phản ứng Mannich của benzaldehyde (1), p-toluenesulfonamide (2) và ketone (3)

với xúc tác base. Sau một thời gian khảo sát, nhóm đã thành công khi tìm ra xúc tác và

10

điều kiện tối ưu nhất với hiệu suất 97% khi sử dụng xúc tác là 1,1,3,3-tetra- methylguanidine (TMG) trong dung môi toluene (tại nhiệt độ phòng).[14]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Ts

NH

O

O

O

TMG

H

+ TsNH2 +

Toluene

97%

2

1

3

3.2.2. Xúc tác dị thể Năm 2007, Maggi đã tiến hành khảo sát phản ứng ba thành phần để tổng hợp

Ph

H N

Ph

Ag-NaY (5%)

+

+

Ph

PhCHO

N

100oC, 15h

81% 91%ee

propargylamine từ aldehyde, alkyne và amine bậc hai với xúc tác zeolite trong đổi ion kim loại.[15]

Công trình nghiên cứu về Scandium (III) zeolite đã được Olmos tiến hành trên

O

OSiMe3

OSiMe3

ScIII-USY

O

Ph

+

H

Ph

CH2Cl2, rt

100% Syn:Anti 33:66 O

OSiMe3

OSiMe3

ScIII-USY

O

Ph

+

H

Ph

CH2Cl2, rt

100% Syn:Anti 56:44

phản ứng aldol Mukaiyama vào năm 2009. Xúc tác này cho các kết quả khá khả quan.[16]

Nhóm tác giả Nagrik tại Ấn Độ đã khảo sát phản ứng Mannich của ba hợp chất

aldehyde, ketone và amine để tạo thành các hợp chất -amino carbonyl với xúc tác dị

thể MgO/ZrO2. Công trình nghiên cứu cho thấy việc sử dụng xúc tác này mang lại 𝛽𝛽

11

nhiều ưu điểm như hiệu suất phản ứng cao, thời gian phản ứng thấp và xúc tác có thể tái sử dụng nhiều lần.[17]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O

O HN

NH2

O

MgO/ZrO2 (035:0.65)

H

+

+

CH3CN, 80oC, 8h

91%

Bảng 1: Hiệu suất tái sử dụng của Nagrik

STT Tái sử dụng Hiệu suất (%)

1 Lần 1 91

2 90 Lần 2

3 89 Lần 3

4 87 Lần 4

5 87 Lần 5

Sharghi đã sử dụng hạt nano Cu/C làm xúc tác dị thể trong phản ứng Mannich

của các amine bậc hai, aldehyde và alkyne. Đồng thời, xúc tác này dễ dàng thu hồi

Ph

O

Cu/C (5 mol%)

+

+

Ph

HCHO

N

O

H2O, 3h, rt/H2O

N H

92%

bằng cách lọc và tái sử sụng ít nhất 10 lần. Phản ứng giữa morpholine, formalin, phenylacetylene thực hiện trong dung môi nước đạt hiệu suất khá cao.[18]

Năm 2013, Vadivel đã tiến hành phản ứng Mannich của các aniline với

aldehyde để tổng hợp các hợp chất -amino carbonyl có sự có mặt của MCM-41 như

là một xúc tác acid rắn. Phương pháp này có nhiều ưu điểm và dễ tiến hành với thời 𝛽𝛽

gian phản ứng ngắn và hiệu suất sản phẩm cao.

Một phản ứng tiêu biểu mà tác giả thực hiện giữa benzaldehyde, acetophenon

12

và aniline trong dung môi là ethanol cho hiệu suất 95%.[19]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O

O HN

NH2

O

MCM-41

H

+

+

EtOH, reflux, 6h

95%

Các zeolite trao đổi ion kim loại được biết đến là các xúc tác dị thể tuyệt vời.

Các xúc tác zeolite trao đổi đồng (I) được sử dụng trong phản ứng các phản ứng 1-3-

dipolar hay ngưng tụ Mannich. Trong khi đó các zeolite trao đổi Scandium (III) làm

xúc tác cho phản ứng aldol hóa Mukaiyama. Các xúc tác này dễ dàng chuẩn bị, bền

trong vài tháng, thu hồi dễ dàng bằng cách lọc và tái sử dụng. Phản ứng có thể sử dụng

dung môi an toàn và đôi khi không cần dung môi. Do đó điều này hoàn toàn đáp ứng

được quy tắc của hóa học xanh.

Ứng dụng khá tiêu biểu cho nhóm xúc tác dị thể là công trình của nhóm tác giả

người Iran, Ahmad Reza Massah, với việc sử dụng xúc tác là ZSM-SO3H có vai trò là

CHO

NH2

O

NH O

NH O

ZSM-5-SO3H, rt

+

+

+

Solvent free, 1h

Anti

Syn

97% Anti/Syn 100:0

13

một tâm acid xúc tác cho phản ứng Mannich diễn ra dưới điều kiện không dung môi. Sản phẩm thu được với hiệu suất cũng như độ chọn lọc lập thể cao.[20]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Chương 2: THỰC NGHIỆM

1. Hóa chất - Dụng cụ

Bảng 2: Dụng cụ thí nghiệm

STT Tên dụng cụ thí nghiệm

1 Pipet

2 Máy khuấy từ có bộ phận điều nhiệt

3 Cốc

4 Bình cầu (100ml, 25ml)

5 Ống sinh hàn

6 Tủ sấy

7 Chén sứ, chày sứ

8 Tủ nung

9 Bình định mức

10 Phễu lọc xốp

11 Máy lọc hút chân không

12 Máy cô quay chân không

13 Cột sắc kí

14 Cân phân tích

15 Máy đo nhiệt độ nóng chảy GALLEN KAMP 220V-50W

16 Máy đo phổ 1H-NMR BRUKER ADVANCED 500MHz

17 Máy đo phổ IR SHIMADZU FTIR 8400S

Bảng 3: Hóa chất thí nghiệm

14

STT Tên hóa chất Công thức Xuất xứ

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

1

ZSM-5

Zinnitrate Hexahydrate Trung Quốc 2 Zn(NO3)2.6H2O

Aniline Aros organic 3 C6H5NH2

Benzaldehyde Aros organic 4 C6H5CHO

Acetophenone Aros organic 5 C6H5COCH3

4-Methoxybenzaldehyde Merck 6 p-CH3OC6H5CHO

4-Chlorobenzaldehyde Merck 7 p-ClC6H5CHO

Hexane Việt Nam 8 C6H14

Ethyl Acetate Việt Nam 9 CH3COOC2H5

2. Thực nghiệm 2.1. Điều chế xúc tác Quy trình điều chế xúc tác zeolite trao đổi ion kim loại (Zn-ZSM)

3g ZSM nghiền nhỏ

Đun hồi lưu Đun hồi lưu trong 8 gio 8h

30 ml Zn2+ 1M Bình cầu

Hỗn hợp

2 lần Lọc, rửa bằng nước khử ion

Chất rắn

Sấy ở 120oC trong 8 giờ Sấy ở 120oC, 8h

Chất rắn

Nung ở 550oC trong 4 giờ Nung ở 550oC, 4h

15

Chất xúc tác

(Zn-ZSM 1M)

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Cân 3g ZSM đã nghiền nhỏ cho vào bình cầu. Sau đó cho thêm vào 30ml dung dịch Zn2+ 1M, đun hồi lưu trong 8 giờ. Đem hỗn hợp đi lọc chân không bằng phễu lọc

xốp và rửa sạch bằng nước khử ion. Thu lấy phần chất rắn, sấy khô ở 120°C trong 8 giờ. Tiếp tục bỏ phần chất rắn này vào bình cầu, thêm tiếp 30ml dung dịch Zn2+ 1M và

lặp lại một lần nữa các bước trên. Cuối cùng, đem chất rắn đi nung ở 550°C trong 4

giờ ta sẽ được xúc tác Zn-ZSM 1M. Phương pháp này có thể sử dụng để trao đổi với các ion kim loại khác sử dụng các muối vô cơ khác.[21]

2.2. Khảo sát phản ứng Mannich

O

NH2

O HN

O

Zn-ZSM 1M

H

+

+

2.2.1. Tổng hợp 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

3

1

2

4a 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one

Cân 0,212g benzaldehyde (2mmol), 0,186g aniline (2mmol), 0,24g

acetophenone (2mmol) cho vào bình cầu. Thêm vào 0,05g xúc tác zeolite Zn-ZSM 1M. Khuấy và đun hỗn hợp bằng bếp điều nhiệt, ở 60oC trong 5 giờ. Sau 5 giờ, hỗn

hợp thu được lọc bằng phễu xốp. Rửa xúc tác nhiều lần bằng ethyl acetate. Tiếp theo,

đem dung dịch màu vàng thu được cô quay loại bỏ dung môi thu được sản phẩm thô.

Kết tinh lại trong ethyl acetate : hexane (1:3) thu được sản phẩm rắn màu trắng, nhiệt độ nóng chảy đo được là 166,7oC – 168,8oC.

2.2.2. Khảo sát phản ứng Mannich

 Khảo sát tỉ lệ mol của chất tham gia phản ứng

 Khảo sát hàm lượng xúc tác

 Khảo sát nhiệt độ

 Phản ứng Mannich với các dẫn xuất của benzaldehyde

 Khảo sát khả năng tái sử dụng

2.2.3. Định danh sản phẩm và thông số hóa lý của xúc tác

16

 Đo diện tích bề mặt riêng của xúc tác zeolite Zn-ZSM 1M bằng phương pháp BET.  Các sản phẩm thu được định danh bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, IR

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1. Diện tích bề mặt riêng của xúc tác

Diện tích bề mặt riêng được đo bằng hấp phụ N2 theo phương pháp của

Brunauer-Emmett-Teller (BET). Kết quả cho thấy mẫu Zn-ZSM 1M có diện tích bề mặt riêng là 283 m2/g.

2. Khảo sát tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng

Ảnh hưởng của tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng được khảo sát ở điều kiện nhiệt độ 60oC, thời gian 5h, lượng xúc tác ZSM-5-Zn2+ (1 M) là 0,05 g. Các phản ứng

được thực hiện trong điều kiện không dung môi. Kết quả được trình bày trong Bảng 4.

Bảng 4: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng

STT Tỉ lệ mol 1:2:3 (mmol) Hiệu suất (%)

1 1:1:1,2 42,2

2 1:1:1 100

Từ bảng 4 ta thấy rằng khi cố định lượng aniline và benzaldehyde, thay đổi

lượng acetophenone khác nhau với cùng một nhiệt độ, thời gian phản ứng và cùng một

xúc tác có khối lượng giống nhau cho hiệu suất khác nhau. Với tỉ lệ 1:1:1 (mmol) của

các chất tham gia phản ứng cho hiệu suất đạt 100%. Khi tăng lượng acetophenone thì

hiệu suất giảm (42,2%).

3. Khảo sát lượng xúc tác

Với mong muốn khảo sát việc giảm lượng xúc tác ảnh hưởng đến hiệu suất của

phản ứng, chúng tôi thực hiện phản ứng với lượng xúc tác sử dụng lần lượt là 50mg và

25mg, tỉ lệ 1:2:3 là 1:1:1, thời gian 5 giờ, nhiệt độ 60ºC.

Bảng 5: Kết quả khảo sát phản ứng theo lượng xúc tác

STT Lượng xúc tác Hiệu suất (%)

(mg)

1 50 100

17

2 25 33,0

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Kết quả bảng 5 cho thấy với lượng xúc tác 50mg, phản ứng đạt hiệu suất cao

nhất, khi giảm lượng xúc tác xuống còn 25 mg thì hiệu suất giảm đáng kể, còn 33%.

Do đó, chúng tôi chọn lượng xúc tác 50 mg cho các khảo sát tiếp theo.

4. Khảo sát nhiệt độ phản ứng

Yếu tố nhiệt độ cũng được chúng tôi tiến hành khảo sát. Phản ứng được thực

hiện với tỉ lệ 1:2:3 là 1:1:1, thời gian 5 giờ, lượng xúc tác là 50 mg, nhiệt độ phản ứng

lần lượt là 70ºC, 60ºC và 50ºC.

Bảng 6: Kết quả khảo sát phản ứng theo nhiệt độ

STT Nhiệt độ (oC) Hiệu suất (%)

1 70 85,5

2 60 100

3 50 33,0

Kết quả bảng 6 cho thấy với lượng xúc tác 50mg phản ứng đạt hiệu suất cao

nhất (100%) khi tiến hành tại 60°C. Khi tăng hoặc giảm nhiệt độ thì hiệu suất phản ứng giảm. Tại 70oC, hiệu suất giảm có thể do sản phẩm bị phân hủy. Do đó, nhiệt độ

phản ứng tối ưu là 60°C.

5. Khảo sát phản ứng khi sử dụng các dẫn xuất khác nhau của benzaldehyde

Thực hiện phản ứng với các điều kiện đã tối ưu ở trên với các dẫn xuất của

benzaldehyde (4-chlorobenzaldehyde và 4-mehoxybenzaldehyde), tỉ lệ mol dẫn xuất

benzaldehyde:2:3 = 1:1:1, lượng xúc tác 50mg, thời gian 5 giờ, nhiệt độ 60°C

O

NH2

O

O HN

Zn-ZSM 1M

H

+

+

R

R

Bảng 7: Kết quả khảo sát phản ứng của các dẫn xuất benzaldehyde khác nhau

3

2

4a-c

18

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

STT R Sản phẩm Hiệu suất

(%)

1 H 100 4a

2 4-OMe 0 4b

3 4-Cl 2,6 4c

Kết quả bảng 7 cho thấy khi thay benzaldehyde bằng các dẫn xuất khác thì

phản ứng không xảy ra trong trường hợp của 4-mehoxybenzaldehyde hoặc hiệu suất

thấp (2,6%) đối với 4-chlorobenzaldehyde.

6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác

Để khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác Zn-ZSM, chúng tôi thực hiện tái

sử dụng xúc tác trên phản ứng Mannich với các điều kiện tối ưu bên trên: tỉ lệ mol

1:2:3 = 1:1:1, lượng xúc tác 50mg, thời gian 5 giờ, nhiệt độ 60°C.

Bảng 8: Khảo sát hiệu suất sau khi tái sử dụng xúc tác

Tái sử dụng xúc tác Hiệu suất (%)

0 100

1 60,6

Kết quả tái sử dụng lần thứ nhất cho thấy hiệu suất giảm từ 100% xuống còn

60,6%. Điều này cho thấy việc tái sử dụng xúc tác kém hiệu quả. Để tăng hiệu suất của

phản ứng cần cho thêm xúc tác vào.

7. Định danh sản phẩm Mannich

7.1 Phổ hồng ngoại (IR)

Trên phổ hồng ngoại (IR) của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

(Hình 5), chúng tôi nhận thấy trên phổ có xuất hiện các vân hấp thụ phù hợp với các

liên kết đặc trưng trong sản phẩm :

 Vân hấp thụ sắc nhọn ở khoảng 3387 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của

19

liên kết N-H trong phân tử.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

 Các đỉnh hấp thụ tại 1674 cm-1đặc trung cho dao động hóa trị của nhóm C=O.  Các vân hấp thụ của Csp3-H no thể hiện ở vùng 2877-2916 cm-1.  Trong vùng 1450-1388 cm-1, phổ xuất hiện các vân hấp thụ đặc trưng cho các

dao động biến dạng của C=C.

O HN

 Các vân hấp thụ vùng 3024-3055 cm-1 chứng tỏ có các liên kết Csp2-H.

Hình 5: Phổ IR của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

7.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR

a) 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

20

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O HN

Hình 6: Phổ 1H-NMR của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

Để tăng tính chính xác trong việc xác định cấu trúc của sản phẩm Mannich, chúng tôi tiến hành đo phổ 1H-NMR của sản phẩm (Hình 6). Kết quả đo được trình

bày trong bảng 9.

Bảng 9: Số liệu phổ 1H-NMR (dung môi CDCl3) (δ, ppm và J, Hz) của 1,3-diphenyl-

O

NH

3-(phenylamino)propan-1-one (4a)

CH

NH

CH2

HAr

HAr HAr HAr

HAr

HAr

HAr

HAr

7,45-

3,53-

7,90

7,56

7,32

7,23

7,08

6,66

6,56

5,00

4,63

7,42

3,41

(d,

(t, 1H,

(t, 2H,

(t, 2H,

(t, 2H,

(t, 1H,

(d,

(br,

(dd,

1H,

2H,

1H)

2H,

(m,

(m,

J=7,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=5,

J=7,5)

4H)

2H)

J=7,5)

J=2,5)

21

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

 Dựa vào phổ 1H-NMR, các proton của nhân thơm được quy kết với các tín hiệu

từ 6,56 ppm đến 7,9 ppm (3 vòng thơm).

 Các tín hiệu tại δ = 3,53-3,41 ppm có cường độ tích phân bằng 2 tách mũi

multiplet được quy kết cho proton của nhóm CH2.

 Tín hiệu tại δ = 5,00 ppm có cường độ tích phân bằng 1 dạng doublet-doublet

(J = 5 Hz; J = 2,5 Hz) được quy kết cho proton của CH.

 Tín hiệu tại δ = 4,63 ppm có cường độ tích phân bằng 1 dạng singlet được quy

kết cho proton linh động của NH.

7

6

8

7'

O HN

6'

1

4'

5'

2

4

1'

3

Cl

5

2'

b) 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4c)

Hình 7: Phổ 1H-NMR của 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3-(phenylamino)propan-1-one

22

(4c)

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Dựa vào phổ 1H-NMR (Hình 7) của hợp chất 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3-

(phenylamino)propan-1-one (4c), tín hiệu tại δ = 7,91 (J = 7,5 Hz) có cường độ tích

phân bằng 2 dạng doublet được quy kết cho proton H1. Tín hiệu triplet tại δ = 7,60

(1H, J = 7,5 Hz) được quy kết cho proton H3. Tín hiệu triplet tại δ = 7,48 (J = 7,5 Hz)

có cường độ tích phân bằng 2 được quy kết cho proton của H2.

Các tín hiệu doublet tại δ = 7,42 (2H, J = 8,5 Hz) và tại δ = 7,30 (2H, J = 8,5

Hz) có cường độ tích phân bằng 2 được quy kết cho các proton H5, H4.

Tín hiệu triplet tại δ = 7,14 (J = 7,5 Hz) có cường độ tích phân bằng 2 được

quy kết cho proton H7. Tín hiệu tại δ = 6,76 (J = 7,5 Hz) có cường độ tích phân bằng 1

dạng triplet được quy kết cho proton H8. Tín hiệu doublet tại δ = 6,63 (J = 7,5 Hz) có

cường độ tích phân bằng 2 được quy kết cho proton H6.

Tín hiệu triplet tại δ = 4,98 (J = 6,0 Hz) có cường độ tích phân bằng 1 được

quy kết cho proton CH. Các proton của nhóm CH2 cho tín hiệu doublet tại δ = 3,51 (J

= 6,0 Hz).

Proton của N-H linh động đã trao đổi proton với dung môi nên tín hiệu có thể

trùng với tín hiệu của dung môi.

Kết quả quy kết tín hiệu của các proton của hợp chất 3-(4-chlorophenyl)-1-

phenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4c) được trình bày như trong Bảng 9.

7

6

8

7'

O HN

6'

1

4'

5'

2

4

1'

3

Cl

5

Bảng 10: Số liệu phổ 1H-NMR (dung môi CDCl3) (δ, ppm và J, Hz) của 3-(4- chlorophenyl)-1-phenyl-3-(phenylamino)propan-1-one (4c) [22]

CH

CH2

2' H5

H1

H2

H3

H4

H6

H7

H8

7,91

7,48

7,60

7,30

7,42

6,63

7,14

6,76

4,98

3,51

(d, 2H,

(t, 2H,

(t, 1H,

(d, 2H,

(d, 2H,

(d, 2H,

(t, 2H,

(t, 1H,

(t,1H,

(d, 2H,

J=7,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=8,5)

J=8,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=7,5)

J=6,0)

J=6,0)

23

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Chương 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Dựa vào cơ sở kết quả đạt được của đề tài, chúng tôi rút ra được các kết luận

sau :

- Đã hoàn thành được mục tiêu của đề tài đã đề ra là thực hiện trao đổi ion với

xúc zeolite ZSM và sử dụng xúc tác zeolite trao đổi ion kẽm Zn-ZSM vào phản ứng

Mannich.

- Dùng xúc tác tổng hợp được khảo sát các yếu tố để tìm ra điều kiện tối ưu

nhất cho phản ứng Mannich là: tỉ lệ mol benzaldehyde:aniline:acetophenone = 1:1:1,

lượng xúc tác Zn-ZSM 1M 50mg, thời gian 5 giờ, nhiệt độ ở 60°C.

2. Kiến nghị Vì thời gian và nội dung thực hiện khóa luận tốt nghiệp có hạn, chúng tôi chỉ

dừng lại điều chế và sử dụng xúc tác zeolite Zn-ZSM để khảo sát các yếu tố của phản

ứng Mannich. Để đề tài thêm tính phát huy và nghiên cứu sâu vào zeolite, chúng tôi đề

xuất hướng nghiên cứu tiếp theo là:

 Khảo sát phản ứng Mannich với các dẫn xuất khác của benzaldehyde, aniline và

cetone.

 Sử dụng có zeolite khác để khảo sát phản ứng Mannich.

 Tổng hợp các hợp chất mới bằng phản ứng từ các chất nền và xúc tác zeolite

24

khác nhau.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mai Tuyên (2002), Xúc tác zeolit trong hóa dầu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật, trang 9.

[2] Stefan Chassaing, Aure´lienAlix, AndreaOlmos, MurielKeller, Jean Sommer, and

Patrick Pale (2010), Metal-doped Zeolites as GreenCatalysts for Organic Synthesis,

Z.Naturforsh, vol 65b, pp. 783-790.

[3] Ruren Xu, Wenqin Pang, Jihong Yu, Qisheng Huo, Jiesheng Chen (2007),

Chemistry of Zeolites and Related Porous Materials: Synthesis and Structure, John

Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd, pp. 2-3.

[4] Mai Tuyên (2009), Zeolit- rây phân tử và những khả năng ứng dụng thực tế đa

dạng, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,

trang 5-12.

[5] Mai Tuyên (2009), Zeolit- rây phân tử và những khả năng ứng dụng thực tế đa

dạng, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,

trang 46-56.

[6] Mai Tuyên (2009), Zeolit- rây phân tử và những khả năng ứng dụng thực tế đa

dạng, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam,

trang 24-26.

[7] Teck-Peng Loh, Sarah B. K. W. Liung, Kee-Leng Tan and Lin-Li Wei (2000),

Three Component Synthesis of b-Amino Carbonyl Compounds Using Indium

Trichloride-Catalyzed One-pot Mannich-type Reaction in Water, Tetrahedron, vol. 56,

pp. 3227-3237.

[8] Meghshyam K. Patil, Murielle Keller, Benjaram M. Reddy, Patrick Pale, and Jean

Sommer (2008), Copper Zeolites as Green Catalysts for Multicomponent Reactions of

Aldehydes, Terminal Alkynes and Amines: An Efficient and Green Synthesis of

Propargylamines, European Journal of Organic Chemistry, pp. 4440-4445.

[9] Stefan Chassaing, Aurélien Alix, Thirupathi Boningari, Karim Sani Souna Sido,

25

Murielle Keller, Philippe Kuhn, Benoit Louis, Jean Sommer, Patrick Pale (2010),

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Copper(I)-Zeolites as New Heterogeneous and Green Catalysts for Organic Synthesis,

Synthesis 2010, No.9, pp. 1557–1567.

[10] T.W. Graham Solomons và Craig B. Fryhle, Organic chemistry, 10th edition, pp.

894-895.

[11] Benjamin List, Peter Pojarliev, William T. Biller, and Harry J. Martin (2002), The

Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Three-Component Mannich Reaction: Scope,

Optimization, and Application to the Highly Enantioselective Synthesis of 1,2-Amino

Alcohols, Journal of the American Chemical Society, Vol. 124, pp. 827-833.

[12] Yujiro Hayashi, Wataru Tsuboi, Itaru Ashimine, Tatsuya Urushima, Mitsuru

Shoji, and Ken Sakai (2003), The Directand Enantioselective, One-

Pot,ThreeComponent, Cross-Mannich Reaction of Aldehydes, Angewandte Chemie

International Edition, vol. 43, pp. 3677-3680.

[13] Ismail Ibrahem, Weibiao Zou, Magnus Engqvist, Yongmei Xu, and Armando

C0rdova (2005), Acyclic Chiral Amines and Amino Acids as Inexpensive and Readily

Tunable Catalysts for the Direct Asymmetric Three-Component Mannich Reaction,

Chemistry – A European Journal , vol. 11, pp. 7024–7029.

[14] Qunsheng Guo, John Cong-Gui Zhao, Hadi Arman (2012), Base-catalysted three-

component direct Mannich reaction of enolize ketones with high syn-selectives,

Tetrahedron Letters, vol. 53, pp. 4866-4869.

[15] Raimondo Maggi, Alessandra Bello, Chiara Oro, Giovanni Sartori, Laura Soldi

(2008), AgY zeolite as catalyst for the effective three-component synthesis of

propargylamines, Tetrahedron, vol. 64, pp. 1435-1439.

[16] Andrea Olmos, Aurélien Alix, Jean Sommer and Patrick Pale (2009), ScIII-Doped

Zeolites as New Heterogeneous Catalysts: Mukaiyama Aldol Reaction, Chemistry – A

European Journal, vol. 15, pp. 11229-11234.

[17] Deepak.M. Nagrik, D.M.Ambhore, Manoj.B. Gawande (2010), One-pot

Preparation of β–amino Carbonyl Compounds by Mannich Reaction Using

MgO/ZrO2 as Effective and Reusable Catalyst, International Journal of Chemistry,

26

vol. 2, pp. 98-101.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

[18] H. Sharghia, R. Khalifeha, F. Moeini, M.H. Beyzavi, A. Salimi Beni and M.M.

Doroodmand (2011), Mannich Reaction of Secondary Amines, Aldehydes and Alkynes

in Water Using Cu/C Nanoparticles as a Heterogeneous Catalyst, Journal of the

Iranian Chemical Society, vol.8, pp. S89-S103.

[19] Pullar Vadivel, Cinnathambi Subramani Maheswari, Appaswami Lalitha (2013),

Synthesis of β-Amino Carbonyl Compounds via Mannich reaction using sulfated

MCM-41, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering,

vol.2, pp. 267-270.

[20] Ahmad Reza Massah, Roozbeh Javad Kalbasi and Neda Samah (2011), Highly

Selective Synthesis of β-Amino Carbonyl Compounds over ZSM-5-SO3H under

Solvent-free Conditions, Bulletin of the Korean Chemical Society, vol. 32, pp. 1703-

1708.

[21] Vijikumar S. Marakatti, Anand B. Halgeri and Gana V. Shanbhag (2014), Metal

ion-exchanged zeolites as solid acid catalysts for green synthesis of Nopol from Prins

reaction, Catalysis Science & Technology, vol. 4, pp. 4065-4074.

[22] Muthusamy Poomalai Pachamuthu, Kannan Shanthi, Rafael Luque and Anand

Ramanathan (2013), SnTUD-1: a solid acid catalyst for three component coupling

27

reactions at room temperature, Green Chem., vol.15, pp. 2158-2166.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Kết quả diện tích bề mặt riêng của xúc tác Zn-ZSM

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O HN

Phụ lục 2: Phổ hồng ngoại của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O HN

Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR của 1,3-diphenyl-3-(phenylamino)propan-1-one

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

O HN

Cl

Phụ lục 4: Phổ 1H-NMR của 3-(4-chlorophenyl)-1-phenyl-3-

(phenylamino)propan-1-one

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hiếu Thuận

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG

……………………………………………………..

……………………………………………………..

……………………………………………………..

……………………………………………………..

……………………………………………………..

…..…………………………………………………

…..…………………………………………………

…..…………………………………………………

…..…………………………………………………

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 5 năm 2016

Chủ tịch Giảng viên hướng dẫn

TS. Bùi Xuân Hào TS. Lê Tín Thanh