Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp dẫn xuất 1,8- dioxodecahydroacridine dùng xúc tác rắn montmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM



KHOA HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP DẪN XUẤT 1,8- DIOXODECAHYDROACRIDINE DÙNG XÚC TÁC RẮN MONTMORILLONITE HOẠT HÓA ACID TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI

SVTH: TRẦN VĂN HÙNG

GVHD: ThS. PHẠM ĐỨC DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 - 2016

MỤC LỤC

Mở đầu ............................................................................................................................ 1 Chương1 Tổng quan ............................................................................................................ 2 Phản ứng Hantzsch ............................................................................................. 3 1.1 Khái niệm ........................................................................................................... 3 1.1.1 Phản ứng đa thành phần ..................................................................................... 3 1.1.1.1 Phản ứng Hantzsch ............................................................................................. 3 1.1.1.2 Cơ chế phản ứng ................................................................................................ 3 1.1.2 Cơ chế phản ứng ................................................................................................ 4 1.1.2.1 1.1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp đã được sử dụng ............................................... 4 1.1.2.2.1 Sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 .............................................................................. 4 1.1.2.2.2 Sử dụng xúc tác SSA (silica-supported sulfuric acid) ....................................... 6 1.1.2.2.3 Sử dụng xúc tác PPA-SiO2 (silica-supported polyphosphoric acid) ................. 6 Ứng dụng của một số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine............................ 7 1.2 Hóa học vi sóng .................................................................................................. 7 1.3 Lịch sử ................................................................................................................ 7 1.3.1 Cơ chế hoạt động ................................................................................................ 7 1.3.2 Ứng dụng vi sóng vào tổng hợp hữu cơ .............................................................. 9 1.3.3 Montmorillonite ................................................................................................. 9 1.4 Lịch sử – Khái niệm ........................................................................................... 9 1.4.1 Cơ cấu – Phân loại .............................................................................................. 9 1.4.2 Tính chất ........................................................................................................... 10 1.4.3 1.4.3.1 Tính chất vật lý ................................................................................................. 10 Tính chất hóa học ............................................................................................. 10 1.4.3.2 1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion ............................................................................................... 10 1.4.3.2.2 Khả năng xúc tác của MMT ............................................................................. 11 Chương 2 Thực nghiệm ..................................................................................................... 12 Hóa chất và thiết bị .......................................................................................... 13 2.1 Hóa chất ........................................................................................................... 13 2.1.1 Thiết bị ............................................................................................................. 13 2.1.2 Điều chế xúc tác ............................................................................................... 13 2.2 Điều chế 1,8-Dioxodecahydroacridine ............................................................ 14 2.3 Quá trình tối ưu hóa ......................................................................................... 14 2.4 So sánh với xúc tác khác .................................................................................. 15 2.5 Tổng hợp các dẫn suất ...................................................................................... 15 2.6 2.7 Định danh sản phẩm ......................................................................................... 15 Chương 3 Kết quả và thảo luận ......................................................................................... 16

3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.6 3.7 3.7.1

3.7.2

3.7.3

3.7.4

Mục đích và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 17 Quy trình tổng hợp ........................................................................................... 17 Tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT ............................................ 17 Tối ưu sản phẩm ............................................................................................... 18 Tối ưu hóa nhiệt độ .......................................................................................... 18 Tối ưu thời gian ................................................................................................ 18 Tối ưu tỉ lệ các chất .......................................................................................... 19 Tối ưu xúc tác ................................................................................................... 19 So sánh với xúc tác khác .................................................................................. 20 Tổng hợp dẫn xuất ........................................................................................... 21 Định danh sản phẩm ......................................................................................... 21 3,3,6,6-tetramethyl-9-phenyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-1,8(2H,5H)- dione (4A) ........................................................................................................ 21 9-(4-nitrophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine- 1,8(2H,5H)-dione (4B) ..................................................................................... 23 9-(4-bromophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine- 1,8(2H,5H)-dione (4C) ..................................................................................... 25 9-(4-methylphenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine- 1,8(2H,5H)-dione (4D) .................................................................................... 27 Chương 4 Kết luận và Đề xuất .......................................................................................... 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 34 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 36

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Kết quả sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 ..................................................................... 4 Bảng 2: Kết quả sử dụng xúc tác SSA................................................................................. 6 Bảng 3: Kết quả sử dụng xúc tác PPA-SiO2 ....................................................................... 7 Bảng 4: Kết quả tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT .................................... 17 Bảng 5: Kết quả tối ưu hóa theo nhiệt độ .......................................................................... 18 Bảng 6: Kết quả tối ưu hóa theo thời gian ......................................................................... 19 Bảng 7: Kết quả tối ưu hóa theo tỉ lệ tác chất ................................................................... 19 Bảng 8: Kết quả tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác ......................................................... 20 Bảng 9: So sánh các loại xúc tác ....................................................................................... 20 Bảng 10: Kết quả tổng hợp dẫn xuất ................................................................................. 21 Bảng 11: Quy kết các mũi proton của chất 4A trong phổ 1H-NMR ................................. 23 Bảng 12: Quy kết các mũi proton của chất 4B trong phổ 1H-NMR .................................. 25 Bảng 13: Quy kết các mũi proton của chất 4C trong phổ 1H-NMR ................................. 27 Bảng 14: Quy kết các mũi proton của chất 4D trong phổ 1H-NMR ................................. 29 Bảng 15: Quy kết phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine ........ 30

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ phản ứng Hantzsch ....................................................................................... 3 Hình 2: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 ......................................... 4 Hình 3: Cơ chế phản ứng xúc tác ZnCl2.SiO2 .................................................................... 5 Hình 4: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác SSA .................................................... 6 Hình 5: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác PPA-SiO2 ........................................... 6 Hình 6: Cơ chế hoạt động của vi sóng ..................................................................................... 8 Hình 7: Mô hình cơ cấu không gian của MMT. .................................................................. 9 Hình 8: Sơ đồ tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine và dẫn xuất ................................... 17 Hình 9: Phổ 1H-NMR của chất 4A .................................................................................... 22 Hình 10: Phổ 1H-NMR của chất 4B .................................................................................. 24 Hình 11: Phổ 1H-NMR của chất 4C .................................................................................. 26 Hình 12: Phổ 1H-NMR của chất 4D .................................................................................. 28

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4A ........................................................ 37 Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4A ......................................................... 38 Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4B ......................................................... 39 Phụ lục 4: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4B ......................................................... 40 Phụ lục 5: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4C ......................................................... 41 Phụ lục 6: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4C ......................................................... 42 Phụ lục 7: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4D ......................................................... 43 Phụ lục 8: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4D ......................................................... 44

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Mở đầu

Kể từ khi nhiều thảm kịch xảy ra trong nền công nghiệp hóa chất, thế giới quan tâm

nhiều vào phát triển bền vững. Năm 1998, Natas và Warner đề xuất 12 nguyên tắc hóa

học xanh như là thước đo “độ sạch” của các qui trình công nghệ hóa chất. Một năm sau

đó, tạp chí Hóa học Xanh (Green Chemistry) chính thức ra đời để xuất bản những bài báo

khoa học liên quan đến lĩnh vực này. Nổi bật trong lĩnh vực hóa học xanh có thể kể đến là

việc áp dụng dung môi xanh (chất lỏng ion), kích hoạt xanh (vi sóng) hay phản ứng trong

điều kiện không dung môi,…

Hầu như tất cả các phản ứng hóa học hữu cơ đều đòi hỏi phải có sự hiện diện của

xúc tác. Trong Hóa học Xanh, một xúc tác “xanh” là một xúc tác an toàn khi thao tác,

thân thiện với môi trường khi hoàn tất phản ứng và hơn nữa là nếu nó có nguồn gốc từ tự

nhiên.

Montmorillonite là một xúc tác xanh được sử dụng thông dụng, thân thiện với môi

trường, an toàn khi sử dụng và có thể tái sử dụng nhiều lần. Trong nhiều phản ứng nó

đóng vai trò như một acid rắn.

Trong báo cáo này, tôi trình bày việc điều chế một số xúc tác montmorillonite và

nghiên cứu việc sử dụng các xúc tác vào việc tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Chương1

Tổng quan

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Phản ứng Hantzsch 1.1

1.1.1 Khái niệm

Phản ứng đa thành phần 1.1.1.1

Phản ứng đa thành phần (multi–component reaction, MCR) là quá trình mà trong

đó ba hoặc nhiều thành phần dễ dàng phản ứng với nhau trong một bình phản ứng

duy nhất để tạo ra sản phẩm cuối cùng hiển thị đặc điểm của tất cả các nguyên liệu đầu vào [ 1 ].

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.

Phản ứng Hantzsch 1.1.1.2

Năm 1881, nhà hóa học người Đức Arthur Rudolf Hantzsch báo cáo về phản ứng

ngưng tụ vòng cyclo trên xúc tác acid của một aldehyde, hai β-cetoester và một

ammonium acetate (hoặc amine). Phản ứng Hantzsch là phản ứng đa thành phần tạo ra pyridine hay dihydropyridine[2].

Phản ứng Hantzsch tạo ra 1,8-Dioxodecahydroacridine từ benzaldehyde, 5,5-

CHO

xúc tác

dimethylcyclohexane-1,3-dione (dimedone), ammonium acetate.

+

NH4OAc

2

1 N H 4

3

Hình 1: Sơ đồ phản ứng Hantzsch

1.1.2 Cơ chế phản ứng

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

[3]

1.1.2.1 Cơ chế phản ứng

Cơ chế phản ứng sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2

Ban đầu dimedone bị proton hóa bởi xúc tác ZnCl2.SiO2 sau đó tác dụng với

benzaldehyde rồi tách nước tạo chất trung gian I. Chất trung gian I tác dụng với

dimedone đã bị proton hóa bởi xúc tác tạo ra chất trung gian II. Chất trung gian II tác

dụng với ammonium acetate, tách nước tạo ra chất trung gian III. Cuối cùng trung gian

III đóng vòng và tách nước tạo ra sản phẩm 1,8-Dioxodecahydroacridine (hình 3).

1.1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp đã được sử dụng

CHO

ZnCl2.SiO2

1.1.2.2.1 Sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2

+

NH4OAc

to Solvent free

2

1 N H 4

3

Hình 2: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2

Thực hiện phản ứng với xúc tác ZnCl2.SiO2 và tỉ lệ mol các tác chất 1:2:3=1:2:1[3]

Kết quả sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1: Kết quả sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2

Nhiệt độ (oC) Lượng xúc tác (g) Thời gian (phút) Hiệu suất (%)

60 80 100 120 120 120 120 0,002 0,002 0,002 0,002 0,003 0,003 0,004 180 60 30 15 45 45 30 43 75 83 93 80 82 87

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

ZnCl2.SiO2

1

H2O

ZnCl2.SiO2

2 ZnCl2.SiO2

NH4OAc

I

II

3

H2O

NH2

III

ZnCl2.SiO2

H2O

N H

1,8-dioxodecahydroacridine

Hình 3: Cơ chế phản ứng xúc tác ZnCl2.SiO2

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

CHO

SSA 0.8 mol%

1.1.2.2.2 Sử dụng xúc tác SSA (silica-supported sulfuric acid)

+

NH4OAc

Water 70 oC

2

1 N H 4

3

Hình 4: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác SSA

Thực hiện phản ứng với xúc tác SSA, tỉ lệ mol các tác chất 1:2:3=1:2:1,5 ở nhiệt độ

70 oC trong dung môi nước[4].

Kết quả sử dụng xúc tác SSA được trình bày trong bảng 2.

Bảng 2: Kết quả sử dụng xúc tác SSA

Lượng xúc tác (mol%) Thời gian (giờ) Hiệu suất (%)

0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 64 72 83 95 90 82 4,0 3,0 2,5 1,5 1,0 1,0

Sử dụng xúc tác PPA-SiO2 (silica-supported polyphosphoric

CHO

PPA-SiO2

1.1.2.2.3 acid)

+

NH4OAc

Solvent-Free

2

1 N H 4

3

Hình 5: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác PPA-SiO2

Thực hiện phản ứng với xúc tác PPA-SiO2, tỉ lệ mol các tác chất 1:2:3=1:2:1, lượng

xúc tác 0,02 g trong điều kiện có và không có dung môi[5].

Kết quả sử dụng xúc tác PPA-SiO2 được trình bày trong bảng 3.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 3: Kết quả sử dụng xúc tác PPA-SiO2

Dung môi Nhiệt độ (oC) Thời gian (phút) Hiệu suất (%)

EtOH CH3CN H2O Không Không Không Không 78 81 100 70 80 100 120 300 300 300 110 10 10 10 82 85 72 62 75 92 93

1.2 Ứng dụng của một số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine

Hợp chất 1,8-dioxodecahydroacridine và dẫn xuất của nó có một phần cấu tạo giống

1,4-dihydropyridin, nhận được ít sự quan tâm hơn các dẫn suất của 1,4-dihydropyridine.

Các hợp chất này đã được chứng minh là có hiệu quả phát laser rất cao, khi phản ứng với acid nucleic có khả năng gây đột biến trên vi sinh vật[6]. Hợp chất 1,8-

dioxodecahydroacridine và dẫn xuất của nó thu hút được sự chú ý do tiềm năng về hoạt tính sinh học chống lại bệnh sốt rét, ung thư và bệnh leishmania[4].

1.3 Hóa học vi sóng

1.3.1 Lịch sử

Vào năm 1884, “đèn” Bunsen (một loại đèn khí đốt hình ống nhỏ) được phát

minh và trong suốt thế kỷ 20, thiết bị này được xem là công cụ gia nhiệt tiêu chuẩn

dùng trong công việc gia nhiệt cho các thí nghiệm của các nhà hóa học.

Vào những thập niên cuối thế kỷ 20, bếp đun cách dầu và bếp đun với bề mặt

kim loại phủ kín được xem là những thiết bị đun nóng chủ yếu trong phòng thí nghiệm.

Vào thế kỷ 21, sự phát triển mạnh mẽ của vi sóng trong tổng hợp hữu cơ đã và đang mở

ra một kỷ nguyên gia nhiệt mới. Bên cạnh đó, lò vi sóng là công cụ kích hoạt phản

ứng thân thiện với môi trường, cung cấp nhiệt nhanh cho hiệu suất cao với độ chọn

lọc đồng phân tốt, năng lượng thất thoát ra bên ngoài ít, không cần sử dụng dung môi nhưng vẫn cho phản ứng với chất nền ở thể rắn[7].

1.3.2 Cơ chế hoạt động

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Tần số của vi sóng nằm giữa bước sóng hồng ngoại và sóng radio có tần số vào

khoảng 0,3-300 GHz. Để tránh làm nhiễu sóng viễn thông và sóng radar nên tần số

của vi sóng trong tất cả các thiết bị dùng trong cuộc sống hằng ngày và công nghiệp đều sử dụng độ dài sóng 12,2 cm (2450 MHz)[9].

Magnetron (thiết bị tạo ra vi sóng) phát ra vi sóng để tạo nhiệt cung cấp cho

phản ứng. Dưới tác dụng của từ trường, các phân tử lưỡng cực sắp xếp lại thẳng hàng,

sự quay lưỡng cực dưới tác dụng của từ trường tạo nên hiện tượng ma sát giữa các

phân tử là cơ chế phát sinh nhiệt (hình 6). Khả năng hấp thu vi sóng được tính theo

Tan δ =

ε'' ε'

công thức:

Trong đó ε’’: năng lượng bức xạ điện từ chuyển thành nhiệt năng

ε’: hằng số điện môi.

Tan δ càng lớn thì khả năng hấp thu vi sóng càng cao. Nói chung, chất càng

phân cực thì khả năng hấp thu vi sóng càng cao. Ví dụ: hằng số điện môi của aceton

va ethanol lần lượt là 20,6 và 24,6 nhưng tan δ của ethanol lại lớn hơn (0,941 so

với 0,054), điều này được giải thích là do ethanol phân cực hơn aceton nên hấp thu vi sóng tốt hơn[8].

Hình 6: Cơ chế hoạt động của vi sóng

So sánh giữa gia nhiệt cổ điển và vi sóng: Khi sử dụng phương pháp gia nhiệt

cổ điển (bếp đun cách dầu) nhiệt lượng truyền từ bề mặt bếp qua lớp dầu đến bình

phản ứng và cuối cùng mới làm nóng hỗn hợp phản ứng. Do đó, hao phí một lượng lớn

nhiệt năng do thất thoát ra môi trường xung quanh. Trong khi đó, vi sóng xuyên qua

bình chứa và làm nóng hỗn hợp từ bên trong tránh thất thoát nhiệt.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

1.3.3 Ứng dụng vi sóng vào tổng hợp hữu cơ

Vi sóng được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ. Cả vi sóng gia

dụng (multimode) và vi sóng chuyên dụng (monomode) đều được khảo sát trong

nhiều phản ứng trong điều kiện không dung môi. Chẳng hạn như phản ứng: acyl hóa

và alkyl hóa Friedel-Crafts, súc hợp, cộng đóng vòng, bảo vệ và tháo nhóm bảo vệ,

ester và transester hóa, tổng hợp dị hoàn, oxide hóa, hoàn nguyên, chuyển vị, phản ứng với tác chất hữu cơ kim loại,…[9,10,11,12]

1.4 Montmorillonite

1.4.1 Lịch sử – Khái niệm

Montmorillonite (MMT) là một khoáng sét phillosilicat rất mềm, là thành

phần chính của bentonite (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[13].

1.4.2 Cơ cấu – Phân loại

Hình 7: Mô hình cơ cấu không gian của MMT.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

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[13]. Cơ cấu của MMT được minh họa trong hình 7.

1.4.3 Tính chất

1.4.3.1 Tính chất vật lý

MMT là dạng đơn khoáng, gần giống sáp nến, màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu,

nâu đỏ, có thể màu xám xanh hoặc xanh lục… khi 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[14].

1.4.3.2 Tính chất hóa học

−

[

4 ]

5 ]

Si O 4 10

AlSi O 3 10

+→ [

− Si + 3 (

)

1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion

Kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết hợp trực tiếp vào vị trí

oxygen đáy (Ob) của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực van der Waals hoặc

nối hydrogen. 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

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

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+ [14,15].

1.4.3.2.2 Khả năng xúc tác của MMT

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

→

M (H O)

- (OH) + H

n-1

nhóm hydroxyl có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt MMT những tâm acid Brönsted. Những cation ở bề mặt liên lớp cũng có khả năng phân ly ra H+ tạo ra tính acid Brönsted[14,15].

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Chương 2

Thực nghiệm

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất

Montmorillonite (Lâm Đồng) •

Benzaldehyde (Trung Quốc) •

Ammonium acetate (Sigma-Aldrich) •

5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione (Dimedone) (Sigma-Aldrich) •

Ethanol (Chemsol) •

Acetone (Chemsol) •

p-Nitrobenzaldehyde (Sigma-Aldrich) •

p-Bromobenzaldehyde (Sigma-Aldrich) •

p-Methylbenzaldehyde (Sigma-Aldrich) •

2.1.2 Thiết bị

Cân điện tử Sartotius •

Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET •

Máy tổng hợp vi sóng CEM •

Máy hút chân không •

Máy đo nhiệt độ nóng chảy Buchi •

Máy đo NMR •

2.2 Điều chế xúc tác

 Hoạt hóa acid montmorillonite Lâm Đồng

Cân 10 g montmorillonite Lâm Đồng, khuấy với 200 ml dung dịch acid H2SO4 có các nồng độ 10 %, 20%, 30%, 40% và 50 % trong 4 giờ tại nhiệt độ 70 oC. Sản phẩm 2- (thử bằng dung dịch BaCl2 1 M, được lọc, rửa trên phễu Büchner tới khi hết ion SO4

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

hoặc sử dụng quỳ tím nhận biết ion H+), sấy khô đến khối lượng không đổi tại nhiệt độ 110 oC. Sản phẩm được nghiền mịn qua rây 120 mesh. Kí hiệu xúc tác lần lượt là LD10,

LD20, LD30, LD40, LD50.

 Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hóa acid

Thêm từ từ 3 g montmorillonite hoạt hóa acid vào 100 ml dung dịch muối CuSO4

2 M, khuấy từ trong 5 giờ ở nhiệt độ phòng. Chất rắn sau đó được lọc, rửa sạch dung

dịch CuSO4, sấy khô và nghiền mịn thu được xúc tác montmorillonite hoạt hóa acid trao đổi ion Cu2+, ký hiệu Cu2+-Mont. Phương pháp này được áp dụng cho một số muối vô cơ khác để trao đổi những cation khác. Ký hiệu chung là Mn+-Mont.

2.3 Điều chế 1,8-Dioxodecahydroacridine

Cho vào ống nghiệm chuyên dụng cho máy tổng hợp vi sóng CEM 0,110 g (1,5

mmol) ammonium acetate và 0,106 g (1 mmol) benzaldehyde rồi khuấy đều. Tiếp đó

cho thêm 0,280 g (2 mmol) dimedone khuấy đều và gia nhiệt trên bếp khuấy từ ở nhiệt độ 100 oC đến khi dimedone nóng chảy hết. Sau đó thêm 0,1 g xúc tác khuấy đều. Thực hiện phản ứng trong máy tổng hợp vi sóng CEM ở điều kiện 100 oC, công suất 50 W,

trong thời gian 10 phút. Sau khi thực hiện phản ứng sử dụng ethanol nóng để hòa tan sản

phẩm và lọc bỏ xúc tác. Cô quay hỗn hợp để loại bỏ ethanol rồi kết tinh lại trong 10 ml

ethanol nước tỉ lệ thể tích 1:1 (làm lạnh khoảng 1 giờ thu được tinh thể màu vàng nhạt).

Sau cùng lọc chất rắn, để khô ở nhiệt độ phòng, cân và tính hiệu suất.

2.4 Quá trình tối ưu hóa

So sánh xúc tác •

Tối ưu hóa nhiệt độ •

Tối ưu hóa thời gian •

Tối ưu hóa tỷ lệ chất tham gia phản ứng •

Tối ưu hóa khối lượng xúc tác •

Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác •

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

2.5 So sánh với xúc tác khác

Thực hiện phản ứng ở điều kiện tối ưu thu được, thay đổi xúc tác tối ưu bằng các xúc tác Cu2+-Mont, Pb2+-Mont, Ni2+-Mont, Al3+-Mont, Cr3+-Mont, Fe3+-Mont, Cd2+-

Mont.

2.6 Tổng hợp các dẫn suất

Thực hiện phản ứng áp dụng điều kiện đã tối ưu hóa ở trên hay đổi benzaldehyde

bằng các dẫn xuất p-nitrobenzaldehyde, p-bromobenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde.

2.7 Định danh sản phẩm

Đo nhiệt độ nóng chảy, 1H-NMR của sản phẩm từ đó định danh sản phẩm thu được.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Chương 3

Kết quả và thảo luận

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

3.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Xúc tác MMT còn có đặc tính ưu việt là giá thành rẻ, dễ sử dụng, dễ xử lý và thu

hồi. Mục đích của đề tài là nghiên cứu phương pháp tổng hợp 1,8-

Dioxodecahydroacridine bằng phản ứng đa thành phần Hantzsch với xúc tác MMT được

hoạt hóa acid. 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: nồng độ acid hoạt

hóa MMT, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỉ lệ giữa các tác chất và khối lượng

xúc tác.

CHO

xúc tác

3.2 Quy trình tổng hợp

+

NH4OAc

2

1 N 4

3

Hình 8: Sơ đồ tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine và dẫn xuất

3.3 Tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT

Cố định thời gian phản ứng thời gian 10 phút, khối lượng xúc tác 0,1 g, nhiệt độ 100 oC, công suất 50 W, thay đổi loại xúc tác lần lượt dùng LD10, LD20, LD30, LD40,

LD50. Kết quả được trình bày trong bảng 4.

Bảng 4: Kết quả tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT

Xúc tác Hiệu suất (%)

LD10 LD20 LD30 LD40 LD50 36 46 51 57 40

Vậy nồng độ H2SO4 dùng hoạt hóa MMT tốt nhất là 40 %. Sử dụng nồng độ này để

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

thực hiện phản ứng.

3.4 Tối ưu sản phẩm

Điều kiện phản ứng ban đầu: 0,110 g (1,5 mmol) ammonium acetate và 0,106 g (1

mmol) benzaldehyde, 0,280 g (2 mmol) dimedone, 0,1 g xúc tác.

3.4.1 Tối ưu hóa nhiệt độ

Cố định thời gian phản ứng thời gian 10 phút, khối lượng xúc tác 0,1 g, công suất 50

W và thay đổi nhiệt độ từ 70-120 oC. Kết quả được trình bày trong bảng 5.

Bảng 5: Kết quả tối ưu hóa theo nhiệt độ

Hiệu suất (%)

Nhiệt độ oC 70 80 90 100 110 120 38 56 57 57 61 51

Kết quả bảng 5 cho thấy nhiệt độ tốt nhất để thực hiện phản ứng là 110 oC. Phản

ứng gần như không xảy ra ở nhiệt độ thường nên cần cung cấp năng lượng bằng với năng

lượng hoạt hóa của phản ứng để phản ứng có thể xảy ra. Hơn nữa khi tăng nhiệt độ thì tốc

độ phản ứng cũng tăng theo, điều này thuận lợi trong tổng hợp cần rút ngắn thời gian

phản ứng. Nhưng khi tăng nhiệt độ quá cao thì sản phẩm bị phân hủy, thực nghiệm thấy rằng khi tăng nhiệt độ đến 120 oC thì hỗn hợp phản ứng có màu đen (bị cháy).

3.4.2 Tối ưu thời gian

Cố định nhiệt độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu, khối lượng xúc tác 0,1 g, công suất 50

W và thời gian phản ứng được thay đổi từ 5-20 phút. Kết quả được trình bày trong bảng

Kết quả bảng 6 cho thấy thời gian tối ưu thực hiện phản ứng là 14 phút. Thời gian

ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phản ứng. Nếu không đủ thời gian thì phản ứng xảy ra

không hoàn toàn, ngược lại thời gian phản ứng quá lâu thì sản phẩm sẽ bị phân hủy.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 6: Kết quả tối ưu hóa theo thời gian

Thời gian (phút) Hiệu suất (%)

5 10 13 14 15 17 20 40 59 57 68 65 54 39

3.4.3 Tối ưu tỉ lệ các chất

Cố định nhiệt độ phản ứng, thời gian ở điều kiện tối ưu, khối lượng xúc tác 0,1g,

công suất 50 W và thay đổi tỷ lệ mol của tác chất. Kết quả được trình bày trong bảng 7.

Bảng 7: Kết quả tối ưu hóa theo tỉ lệ tác chất

Hiệu suất (%) 1:2:3

1:2:1,5 1,2:2:1,5 1,5:2:1,5 1,7:2:1,5 1:1,5:1,5 1:2,5:1,5 1:3:1,5 1:2:1 1:2:1,2 1:2:2,5 68 61 54 42 42 42 38 65 59 59

Kết quả bảng 7 cho thấy tỉ lệ mol tối ưu là 1:2:3=1:2:1,5.

3.4.4 Tối ưu xúc tác

Cố định nhiệt độ phản ứng, thời gian, tỷ lệ chất tham gia phản ứng ở điều kiện tối

ưu, công suất 50 W, thay đổi khối lượng xúc tác. Kết quả được trình bày trong bảng 8.

Kết quả bảng 8 cho thấy khi lượng xúc tác quá ít thì không đủ để xúc tác cho phản

ứng nên hiệu suất thu được cũng không cao. Mặt khác xúc tác ở thể rắn nên khi tăng

lượng xúc tác tỉ lệ pha lỏng giảm, diện tích tiếp xúc giữa các chất giảm dẫn đến hiệu suất

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

giảm. Khảo sát thấy lượng xúc tác tối ưu cho phản ứng là 0,15 g.

Bảng 8: Kết quả tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác

Xúc tác (g) Hiệu suất (%)

0 0,050 0,125 0,150 0,175 0,200 54 67 67 79 68 48

Kết quả sau quá trình tối ưu hóa điều kiện phản ứng:

• Thời gian tối ưu: 14 phút

• Nhiệt độ tối ưu: 110 oC

• Khối lượng xúc tác tối ưu: 0,15 g

• Tỉ lệ mol tối ưu: 1:2:3=1:2:1,5

3.5 So sánh với xúc tác khác

Thực hiện phản ứng ở điều kiện tối ưu thu được, thay đổi xúc tác tối ưu bằng các xúc tác Cu2+-Mont, Pb2+-Mont, Ni2+-Mont, Al3+-Mont, Cr3+-Mont, Fe3+-Mont, Cd2+-

Mont. Kết quả được trình bày trong bảng 9.

Bảng 9: So sánh các loại xúc tác

Xúc tác Hiệu suất (%)

LD40 Cu2+-Mont Pb2+-Mont Ni2+-Mont Cd2+-Mont Al3+-Mont Cr3+-Mont Fe3+-Mont 79 60 50 52 41 61 47 47

Kết quả bảng 9 cho thấy xúc tác trao đổi cation H+ bằng những cation kim loại cho

hiệu suất thấp hơn xúc tác LD40.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

3.6 Tổng hợp dẫn xuất

Thực hiện phản ứng áp dụng điều kiện đã tối ưu hóa thay benzaldehyde bằng các

dẫn xuất p-nitrobenzaldehyde, p-bromobenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde. Kết quả

được trình bày trong bảng 10.

Bảng 10: Kết quả tổng hợp dẫn xuất

Mẫu R

H 4-NO2 4-Br 4-Me Hiệu suất (%) 78,9 79,2 81,3 67,5 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 277-278 302-303 330-332 325-327 4A 4B 4C 4D

Kết quả bảng 10 cho thấy dẫn xuất có nhóm đẩy electron (4-Me) làm giảm hiệu suất

của phản ứng do làm giảm điện tích dương trên carbonyl carbon của dẫn xuất

benzaldehyde nên giảm khả năng phản ứng của nó. Ngược lại các dẫn xuất có nhóm rút

electron (4-NO2, 4-Br) làm tăng khả năng phản ứng của dẫn xuất benzaldehyde nên làm

tăng hiệu suất. Nhưng ở đây ta thấy với các dẫn xuất của nhóm rút electron hiệu suất

không thay đổi nhiều, do điều kiện phản ứng chưa được tối ưu hóa lại. Các dẫn xuất khi

chiếu vi sóng, do có độ phân cực lớn hơn benzaldehyde nên dễ bị cháy hơn trong cùng

một điều kiện. Khi kết tinh sản phẩm trong ethanol nước tỉ lệ thể tích 1:1 do các dẫn xuất

có độ tan tốt hơn nên cũng làm giảm hiệu suất.

3.7 Định danh sản phẩm

3,3,6,6-tetramethyl-9-phenyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-1,8(2H,5H)-

3.7.1 dione (4A)



 Tnc=277-278 oC Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6)

Tín hiệu ở δ=0,99 ppm và δ=0,84 ppm có cường độ tương đối bằng 6 dạng singlet

được quy kết cho các nhóm methyl H3a và H6a.

Tín hiệu ở δ=1,97 ppm, δ=2,15 ppm, δ=2,31 ppm và δ=2,43 ppm (cường độ tương

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

đối bằng 2) dạng doublet đều có J=17 Hz được quy kết cho H2, H7, H4 và H5 (phụ lục 1). Các proton H2, H7, H4 và H5 có sự ghép spin-spin với proton trên cùng carbon nên có

dạng doublet. Độ chuyển dịch của chúng cao hơn vì các nhóm CH2 liên kết với nhóm

DXbenzal-DMSO HDX-DMSO-1H

4 5 2 . 9

7 3 1 . 7

9 2 1 . 7

7 2 1 . 7

5 1 0 . 7

8 0 0 . 7

1 0 0 . 7

6 9 7 . 4

6 4 4 . 2

2 1 4 . 2

7 2 3 . 2

2 9 2 . 2

7 6 1 . 2

5 3 1 . 2

5 8 9 . 1

3 5 9 . 1

0 9 9 . 0

3 4 8 . 0

carbonyl làm δ chuyển về trường thấp.

9c

9b

9d

9e

9a

8

9

1

7

2

6

3 6a

3a

4

5 6a

3a

10 N H 4A

6 9 . 0

4 0 . 5

6 9 . 0

0 2 . 2

2 0 . 2

1 0 . 2

9 9 . 1

7 9 . 5

5 9 . 5

-1

9 8 f1 (ppm)

Hình 9: Phổ 1H-NMR của chất 4A

Tín hiệu ở δ=4,80 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết cho H9 do nó không có tương tác spin-spin, nó có độ dịch chuyển cao vì nhóm CH có liên

kết với nhân thơm.

Trên phổ có một cụm tín hiệu δ=6,99-7,14 ppm có cường độ tương đối bằng 5 được

thuộc vùng thơm được quy kết cho H9a-e (phụ lục 2).

Tín hiệu ở δ=9,25 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết

cho H10 liên kết trực tiếp với nitrogen.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 11: Quy kết các mũi proton của chất 4A trong phổ 1H-NMR

Proton

H3a, H6a δ (ppm) tham khảo [4] 0,88 (s, 6H) 0,95 (s, 6H)

H2, H4, H5, H7 2,22-2,44 (m, 8H)

H9 H9a-e H10 δ (ppm) 0,84 (s, 6H) 0,99 (s, 6H) 1,97 (d, 2H, J=17 Hz) 2,15 (d, 2H, J=17 Hz) 2,31 (d, 2H, J=17 Hz) 2,43 (d, 2H, J=17 Hz) 4,80 (s, 1H) 6,99-7,14(m, 5H) 9,25 (s, 1H) 5,13 (s, 1H) 7,13-7,44 (m, 5H) 10,25 (s, 1H)

9-(4-nitrophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

3.7.2 1,8(2H,5H)-dione (4B)  Tnc=302-303 oC  Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6)

Về cơ bản thì các proton gắn với carbon no của chất 4B có tín hiệu tương đồng với

chất 4A. Do có nhóm thế nitro trên vòng thơm nên các proton trên vòng thơm của chất

4B có pic hấp thụ khác với chất 4A.

Tín hiệu ở δ=0,99 ppm và δ=0,84 ppm có cường độ tương đối bằng 6 dạng singlet

được quy kết cho các nhóm methyl H3a và H6a.

Tín hiệu ở δ=1,99 ppm, δ=2,17 ppm, δ=2,33 ppm và δ=2,46 ppm (cường độ tương đối bằng 2) dạng doublet đều có J=17 Hz được quy kết cho H2, H7, H4 và H5 (phụ lục 3). Các proton H2, H7, H4 và H5 có sự ghép spin-spin với proton trên cùng carbon nên có

dạng doublet. Độ chuyển dịch của chúng cao hơn vì các nhóm CH2 liên kết với nhóm

carbonyl làm δ chuyển về trường thấp.

Tín hiệu ở δ=4,90 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết cho H9 do nó không có tương tác spin-spin, nó có độ dịch chuyển cao vì nhóm CH có liên

kết với nhân thơm.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

6500

DX4NO2-DMSO DX4NO2-DMSO-1H

8 3 8 . 0

3 9 9 . 0

3 5 9 . 1

5 8 9 . 1

3 5 1 . 2

6 8 1 . 2

0 2 3 . 2

4 5 3 . 2

3 4 4 . 2

8 7 4 . 2

9 9 8 . 4

5 9 3 . 7

2 1 4 . 7

3 4 0 . 8

1 6 0 . 8

9 3 4 . 9

6000

NO2

5500

9c

9b

5000

9d

9a

4500

4000

8

9

1

7

2

3500

3

6 6a

3a

3000

4

5 6a

10 N H

2500

3a

4B

2000

1500

1000

500

-500

4 0 . 6

4 1 . 6

6 0 . 2

4 0 . 2

6 2 . 2

0 0 . 1

0 1 . 2

4 0 . 2

7 9 . 0

-1

9 8 f1 (ppm)

Hình 10: Phổ 1H-NMR của chất 4B

Tín hiệu ở δ=7,40 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9a và H9d. Proton H9a và H9d lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9b và H9c nên cho tính hiệu doublet (phụ lục 4).

Tín hiệu ở δ=8,05 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9b và H9c (phụ lục 4). Proton H9b và H9c lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9a và H9d nên cho tính hiệu doublet. Do ảnh hưởng của nhóm rút electron -NO2

nên tín hiệu của chúng chuyển về vùng trường yếu hơn, độ chuyển dịch tăng.

Tín hiệu ở δ=9,44 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết

cho H10 liên kết trực tiếp với nitrogen.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 12: Quy kết các mũi proton của chất 4B trong phổ 1H-NMR

Proton

H3a, H6a δ (ppm) tham khảo[4] 0,99 (s, 6H) 1,04 (s, 6H)

H2, H4, H5, H7 2,32-2,56 (m, 8H)

H9 H9a, H9d H9b, H9c H10 δ (ppm) 0,84 (s, 6H) 0,99 (s, 6H) 1,96 (d, 2H, J=17 Hz) 2,17 (d, 2H, J=17 Hz) 2,33 (d, 2H, J=17 Hz) 2,46 (d, 2H, J=17 Hz) 4,90 (s, 1H) 7,40 (d, 2H, J=8,5 Hz) 8,05 (d, 2H, J=9 Hz) 9,44 (s, 1H) 5,44 (s, 1H) 7,34 (d, 2H, J=8,2 Hz) 7,83 (d, 2H, J=8,2 Hz) 10,69 (s, 1H)

9-(4-bromophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

3.7.3 1,8(2H,5H)-dione (4C)  Tnc=330-332 oC  Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6)

Hợp chất 4C có nhóm rút electron trên vòng thơm (4-Br) tương tự hợp chất 4B nên

về cơ bản phổ 1H-NMR của chất 4C giống với phổ 1H-NMR của chất 4B.

Tín hiệu ở δ=1,01 ppm và δ=0,86 ppm có cường độ tương đối bằng 6 dạng singlet

được quy kết cho các nhóm methyl H3a và H6a.

Tín hiệu ở δ=1,98 ppm, δ=2,17 ppm, δ=2,33 ppm và δ=2,45 ppm (cường độ tương đối bằng 2) dạng doublet đều có J=17 Hz được quy kết cho H2, H7, H4 và H5 (phụ lục 5). Các proton H2, H7, H4 và H5 có sự ghép spin-spin với proton trên cùng carbon nên có

dạng doublet. Độ chuyển dịch của chúng cao hơn vì các nhóm CH2 liên kết với nhóm

carbonyl làm δ chuyển về trường thấp.

Tín hiệu ở δ=4,78 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết cho H9 do nó không có tương tác spin-spin, nó có độ dịch chuyển cao vì nhóm CH có liên

kết với nhân thơm.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

14000

DX4Br-DMSO DX4Br-DMSO-1H

3 6 8 . 0

7 0 0 . 1

0 7 9 . 1

2 0 0 . 2

5 5 1 . 2

7 8 1 . 2

8 0 3 . 2

2 4 3 . 2

0 3 4 . 2

5 6 4 . 2

7 7 7 . 4

5 9 0 . 7

1 1 1 . 7

0 4 3 . 7

6 5 3 . 7

0 1 3 . 9

13000

12000

9c

9b

11000

9d

9a

10000

9000

8

9

1

7

2

8000

3

6

7000

6a

3a

6000

4

5 6a

10 N H

3a

5000

4C

4000

3000

2000

1000

-1000

2 1 . 6

3 1 . 6

1 1 . 2

9 0 . 2

0 1 . 2

0 0 . 1

1 1 . 2

7 0 . 2

9 9 . 0

-1

6 f1 (ppm)

Hình 11: Phổ 1H-NMR của chất 4C

Tín hiệu ở δ=7,10 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9a và H9d. Proton H9a và H9d lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9b và H9c nên cho tính hiệu doublet (phụ lục 6).

Tín hiệu ở δ=7,35 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9b và H9c (phụ lục 6). Proton H9b và H9c lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9a và H9d nên cho tính hiệu doublet. Do ảnh hưởng của nhóm rút electron -Br nên

tín hiệu của chúng chuyển về vùng trường yếu hơn, độ chuyển dịch tăng.

Tín hiệu ở δ=9,31 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết

cho H10 liên kết trực tiếp với nitrogen.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 13: Quy kết các mũi proton của chất 4C trong phổ 1H-NMR

Proton

H3a, H6a δ (ppm) tham khảo[4] 0,91 (s, 6H) 1,00 (s, 6H)

H2, H4, H5, H7 2,19-2,41 (m, 8H)

5,37 (s, 1H)

7,14-7,46 (m, 4H)

H9 H9a, H9d H9b, H9c H10 δ (ppm) 0,86 (s, 6H) 1,01 (s, 6H) 1,98 (d, 2H, J=17 Hz) 2,17 (d, 2H, J=17Hz) 2,33 (d, 2H, J=17 Hz) 2,45 (d, 2H, J=17 Hz) 4,78 (s, 1H) 7,10 (d, 2H, J=8 Hz) 7,35 (d, 2H, J=8 Hz) 9,31 (s, 1H) 11,08 (s, 1H)

9-(4-methylphenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

3.7.4 1,8(2H,5H)-dione (4D)  Tnc=325-327 oC  Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6)

Về cơ bản thì các proton gắn với carbon no của chất 4D có tín hiệu tương đồng với

chất 4A. Do có nhóm thế methyl trên vòng thơm nên các proton trên vòng thơm của chất

4B có pic hấp thụ khác với chất 4A.

Tín hiệu ở δ=1,00 ppm và δ=0,86 ppm có cường độ tương đối bằng 6 dạng singlet

được quy kết cho các nhóm methyl H3a và H6a.

Tín hiệu ở δ=2,18 ppm (cường độ tương đối bằng 5), trùng với tín hiệu của nhóm

CH2 (dạng doublet, cường độ tương đối bằng 2) nên cường độ tương đối bằng 3, có dạng singlet được quy kết cho proton H11 (nhóm CH3, không có tương tác spin-spin).

Tín hiệu ở δ=1,97 ppm, δ=2,16 ppm, δ=2,31 ppm và δ=2,44 ppm (cường độ tương đối bằng 2) dạng doublet đều có J=17 Hz được quy kết cho H2, H7, H4 và H5 (phụ lục 7). Các proton H2, H7, H4 và H5 có sự ghép spin-spin với proton trên cùng carbon nên có

dạng doublet. Độ chuyển dịch của chúng cao hơn vì các nhóm CH2 liên kết với nhóm

carbonyl làm δ chuyển về trường thấp.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

8000

DX4Me-DMSO DX4Me-DMSO-1H

2 6 8 . 0

4 0 0 . 1

6 5 9 . 1

8 8 9 . 1

2 4 1 . 2

7 7 1 . 2

5 9 2 . 2

9 2 3 . 2

0 2 4 . 2

4 5 4 . 2

8 6 7 . 4

5 3 9 . 6

1 5 9 . 6

7 2 0 . 7

3 4 0 . 7

6 2 2 . 9

7500

7000

11 CH3

6500

6000

9c

9b

5500

9d

9a

5000

4500

4000

8

9

1

7

2

3500

3

6 6a

3a

3000

4

5 6a

10 N H

3a

2500

4D

2000

1500

1000

500

-500

8 2 . 6

1 1 . 6

9 0 . 2

5 1 . 5

1 1 . 2

7 0 . 2

0 0 . 1

0 1 . 2

5 1 . 2

8 9 . 0

-1

f1 (ppm)

Hình 12: Phổ 1H-NMR của chất 4D

Tín hiệu ở δ=4,77 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết cho H9 do nó không có tương tác spin-spin, nó có độ dịch chuyển cao vì nhóm CH có liên

kết với nhân thơm.

Tín hiệu ở δ=7,40 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9a và H9d (phụ lục 8). Proton H9a và H9d lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9b và H9c nên cho tính hiệu doublet.

Tín hiệu ở δ=6,94 ppm có dạng doublet (cường độ tương đối bằng 2) được quy kết cho proton H9b và H9c ((phụ lục 8). Proton H9b và H9c lần lượt có tương tác spin-spin với proton H9a và H9d nên cho tính hiệu doublet. Do ảnh hưởng của nhóm đẩy electron –CH3

nên tín hiệu của chúng chuyển về vùng trường mạnh hơn, độ chuyển dịch giảm.

Tín hiệu ở δ=9,23 ppm có dạng singlet (cường độ tương đối bằng 1) được quy kết

cho H10 liên kết trực tiếp với nitrogen.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Bảng 14: Quy kết các mũi proton của chất 4D trong phổ 1H-NMR

Proton

H3a, H6a

H11 δ (ppm) tham khảo[4] 0,86 (s, 6H) 0,99 (s, 6H) 2,18 (s, 3H)

H2, H4, H5, H7 2,11-2,29 (m, 8H)

5,31 (s, 1H)

7,15-7,38 (m, 4H)

H9 H9a, H9d H9b, H9c H10 δ (ppm) 0,86 (s, 6H) 1,00 (s, 6H) 2,18 (s, 3H) 1,97 (d, 2H, J=17 Hz) 2,16 (d, 2H, J=17Hz) 2,31 (d, 2H, J=17 Hz) 2,44 (d, 2H, J=17 Hz) 4,77 (s, 1H) 7,04 (d, 2H, J=8 Hz) 6,94 (d, 2H, J=8 Hz) 9,23 (s, 1H) 10,92 (s, 1H)

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Kết quả quy kết phổ 1H-NMR được tóm tắt trong bảng 15.

Bảng 15: Quy kết phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine

Hợp chất 4A (δ) 4B (δ) 4C (δ) 4D (δ) Proton

H3a, H6a

H2, H4, H5, H7

H9a-e 0,84 (s, 6H) 0,99 (s, 6H) 1,97 (d, 2H, J=17 Hz) 2,15 (d, 2H, J=17 Hz) 2,31 (d, 2H, J=17 Hz) 2,43 (d, 2H, J=17 Hz) 4,80 (s, 1H) 6,99-7,14(m, 5H)

H10 9,25 (s, 1H)

0,84 (s, 6H) 0,99 (s, 6H) 1,96 (d, 2H, J=17 Hz) 2,17 (d, 2H, J=17 Hz) 2,33 (d, 2H, J=17 Hz) 2,46 (d, 2H, J=17 Hz) 4,90 (s, 1H) 7,40 (d, 2H, J=8,5 Hz) 8,05 (d, 2H, J=9 Hz) - 0,86 (s, 6H) 1,01 (s, 6H) 1,98 (d, 2H, J=17 Hz) 2,17 (d, 2H, J=17Hz) 2,33 (d, 2H, J=17 Hz) 2,45 (d, 2H, J=17 Hz) 4,78 (s, 1H) 7,10 (d, 2H, J=8 Hz) 7,35 (d, 2H, J=8 Hz) - 0,86 (s, 6H) 1,00 (s, 6H) 1,97 (d, 2H, J=17 Hz) 2,16 (d, 2H, J=17Hz) 2,31 (d, 2H, J=17 Hz) 2,44 (d, 2H, J=17 Hz) 4,77 (s, 1H) 7,04 (d, 2H, J=8 Hz) 6,94 (d, 2H, J=8 Hz) 2,18 (s, 3H) H11 -

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Chương 4

Kết luận và Đề xuất

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

 Kết luận

Phương pháp tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine từ benzaldehyde, 5,5-

dimethylcyclohexane-1,3-dione (dimedone), ammonium acetate và xúc tác LD40 là một

phương pháp dễ thực hiện với các điều kiện tối ưu là:

• Thời gian: 14 phút.

• Nhiệt độ: 110 oC

• Khối lượng xúc tác: 0,15 g

• Tỉ lệ tác chất 1:2:3=1:2:1,5

Dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine tổng hợp được:

• 3,3,6,6-tetramethyl-9-phenyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-1,8(2H,5H)-

dione (4A)

• 9-(4-nitrophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

1,8(2H,5H)-dione (4B)

• 9-(4-bromophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

1,8(2H,5H)-dione (4C)

• 9-(4-methylphenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-

1,8(2H,5H)-dione (4D)

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.

 Đề xuất

Qua nghiên cứu này tôi có một số đề nghị:

Nghiên cứu khả năng sử dụng tái xúc tác của LD40.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

Khảo sát phản ứng khi sử dụng hai β-cetoester là dimedone và etylacetoacetat.

Tiến hành thăm dò hoạt tính sinh học của những dẫn xuất đã tổng hợp được.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]

A. Dömling, I. Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew. Chem. Int.

[2] Martin N, Quinteiro M, Seoane C, Soto J L, Mora A, Suarez M, Ochoa E, Morales A, to 1,4-

Ed., 39, 3170-3172, (2000).

[3]

Synthesis and conformational study of acridine derivatives related dihydropyridines, Journal of Heterocyclic Chemistry, 32, 235-238, (1995).

Tayebeh Sanaeishoar, Mitra Saremi, A One-Pot Synthesis

[4]

S. Sheik Mansoor, K. Aswin, K. Logaiya, S.P.N. Sudhan, Aqua-mediated synthesis of acridinediones with reusable silica-supported sulfuric acid as an efficient catalyst, Journal of Taibah University for Science, 8, 265-275, (2014).

[5]

Farid Moeinpour, Amir Khojastehnezhad, An Efficient One-Pot Synthesis of 1,8- Dioxodecahydroacridines UsingSilica-Supported Polyphosphoric Acid (PPA-SiO2) under Solvent-Free Conditions, E-Journal of Chemistry, 9(2), 504-509, (2012). [6] Saeed Balalaie, Fatemeh Chadegani, Fatemeh Darviche, Hamid Reza Bijanzadeh, One-pot Synthesis of 1,8-Dioxo-decahydroacridine Derivatives in Aqueous Media, Chinese Journal of Chemistry, 27, 1953-1956, (2009).

[7] James Clark, Duncan Macquarrie, Handbook of Green Chemistry & Technology,

1,8- dioxodecahydroacridine Using Zinc Chloride Silica gel-supported Catalyst under Solvent-Free Conditions, International Journal of Heterocyclic Chemistry, 2(1), 39- 44, (2012).

[8] Loupy André, Microwaves in Organic Synthesis, Wiley-VCH: Weinheim, (2006). [9] Christopher Strauss, Robert Trainor, Developments in microwave-assisted organic

Blackwell: Oxford, (2002).

[10] Nils Elander, John Jones, Shui-Yu Lu, Sharon Stone-Elanderc, Microwave-enhanced

chemistry, Aust. J. Chem., 48, 1665-1692, (1995).

[11] Pelle Lidström, Jason Tierney, Bernard Wathey, Jacob Westman, Microwave assisted

radiochemistry, Chem. Soc. Rev., 29, 239-249, (2000).

[12] David Adam, Microwave chemistry: out of the kitchen, Nature, 421, 571-572,

organic synthesis: a review, Tetrahedron, 57, 9225-9283, (2001).

[13] Ola Karnland, Martin Birgersson, Montmorillonite stability with special respect to

(2003).

[14] H.H Murray, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, Elsevier’s Science & Technology, Oxford, 12-27, (2007).

[15] Navjeet Kaur, Dharma Kishore, Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and

KBS-3 conditions, Clay Technology, 7-10, (2006).

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 4, 991-993, (2012).

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

PHỤ LỤC

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

10000

DXbenzal-DMSO HDX-DMSO-1H

6 4 4 . 2

2 1 4 . 2

7 2 3 . 2

2 9 2 . 2

7 6 1 . 2

5 3 1 . 2

5 8 9 . 1

3 5 9 . 1

9000

8000

7000

6000

5000

y t i s n e t n I

4000

3000

2000

1000

7 9 . 1

2 0 . 2

1 0 . 2

9 9 . 1

2.75

2.70

2.65

2.60

2.55

2.50

2.45

2.40

2.35

2.30

2.25

2.15

2.10

2.05

2.00

1.95

1.90

1.75

1.70

1.65

1.60

2.80

1.85

1.80

2.20 f1 (ppm)

Phụ lục 1: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4A

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

10000

7 3 1 . 7

9 2 1 . 7

7 2 1 . 7

5 1 0 . 7

8 0 0 . 7

1 0 0 . 7

DXbenzal-DMSO HDX-DMSO-1H

9000

8000

7000

6000

5000

y t i s n e t n I

4000

3000

2000

1000

4 0 . 5

7.24

7.22

7.14

7.12

7.26

7.20

7.16

7.10

7.06

7.04

7.02

7.00

6.96

6.94

6.92

6.90

7.28

7.18

6.98

6.88

6.86

7.08 f1 (ppm)

Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4A

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

DX4NO2-DMSO DX4NO2-DMSO-1H

6 8 1 . 2

3 5 1 . 2

5 8 9 . 1

8 7 4 . 2

3 4 4 . 2

4 5 3 . 2

0 2 3 . 2

3 5 9 . 1

3600

3400

3200

3000

2800

2600

2400

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

-200

6 2 . 2

4 0 . 2

6 0 . 2

2.70

2.65

2.60

2.55

2.50

2.45

2.40

2.35

2.30

2.25

2.20

2.15

2.10

2.05

2.00

1.95

1.90

1.75

1.85

1.80

f1 (ppm)

Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4B

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

1800

1 6 0 . 8

3 4 0 . 8

2 1 4 . 7

5 9 3 . 7

DX4NO2-DMSO DX4NO2-DMSO-1H

1700

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

-100

4 0 . 2

0 1 . 2

7.95

7.90

7.65

7.60

7.55

7.50

7.45

7.40

7.35

7.30

7.25

7.20

7.70

8.25

8.20

8.15

8.10

8.05

8.00

7.85

7.80

7.75 f1 (ppm)

Phụ lục 4: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4B

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

DX4Br-DMSO DX4Br-DMSO-1H

5 6 4 . 2

0 3 4 . 2

2 4 3 . 2

8 0 3 . 2

7 8 1 . 2

5 5 1 . 2

2 0 0 . 2

0 7 9 . 1

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 1 . 2

9 0 . 2

1 1 . 2

2.60

2.55

2.50

2.45

2.40

2.35

2.30

2.25

2.20

2.15

2.10

2.05

2.00

1.95

1.90

1.75

1.85

1.80

f1 (ppm)

Phụ lục 5: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4C

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

4000

6 5 3 . 7

0 4 3 . 7

1 1 1 . 7

5 9 0 . 7

DX4Br-DMSO DX4Br-DMSO-1H

3800

3600

3400

3200

3000

2800

2600

2400

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

-200

7 0 . 2

1 1 . 2

7.65

7.60

7.55

7.50

7.45

7.40

7.35

7.30

7.25

7.15

7.10

7.05

7.00

6.95

6.90

6.75

6.85

6.80

7.20 f1 (ppm)

Phụ lục 6: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4C

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

DX4Me-DMSO DX4Me-DMSO-1H

6 5 9 . 1

8 8 9 . 1

2 4 1 . 2

7 7 1 . 2

5 9 2 . 2

9 2 3 . 2

0 2 4 . 2

4 5 4 . 2

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

9 0 . 2

5 1 . 5

1 1 . 2

7 0 . 2

2.75

2.70

2.65

2.60

2.55

2.50

2.45

2.40

2.35

2.30

2.25

2.20

2.15

2.10

2.05

2.00

1.95

1.90

1.75

1.70

1.85

1.80

f1 (ppm)

Phụ lục 7: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4D

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng

3200

DX4Me-DMSO DX4Me-DMSO-1H

3 4 0 . 7

7 2 0 . 7

1 5 9 . 6

5 3 9 . 6

3000

2800

2600

2400

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

-200

5 1 . 2

0 1 . 2

7.14

7.12

7.20

7.16

7.10

7.06

7.04

7.02

7.00

6.94

6.92

6.90

6.76

6.74

6.72

7.18

7.08

6.98

6.88

6.86

6.84

6.82

6.80

6.78

6.96 f1 (ppm)

Phụ lục 8: Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 4D