intTypePromotion=1
ADSENSE

Khóa luận tốt nghiệp đại học: Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác monmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi

Chia sẻ: Huyền Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

12
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Montmorillonite là một trong những chất xúc tác mang rắn hiệu quả được sử dụng trong các phản ứng hữu cơ hiện nay do có tính acid mạnh, rẻ tiền, đem lại hiệu suất phản ứng cao, dễ sử dụng và thân thiện với môi trường. Có hai loại montmorilonite được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ là montmorilonite hoạt hóa acid và montmorilonite trao đổi cation. Nhằm mục đích phát triển các phương pháp tổng hợp chọn lọc thân thiện với môi trường, tác giả chọn đề tài “ Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác monmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi”.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác monmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM ---------- KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP DẪN XUẤT 3,4-DIHYDROPYRIMIDIN-2(1H)-ONE DÙNG XÚC TÁC MONTMORILLONITE HOẠT HÓA AXIT TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI SVTH: NGUYỄN THỊ LỆ QUYÊN GVHD: ThS.PHẠM ĐỨC DŨNG TP.Hồ Chí Minh, tháng 5-2016
  2. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 Chương 1: Tổng quan .................................................................................................. 2 1.1 Phản ứng Biginelli ..................................................................................... 3 1.1.1 Khái niệm .................................................................................................. 3 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần ............................................................................ 3 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli ..................................................................................... 3 1.1.2 Cơ chế phản ứng ........................................................................................ 3 1.2 Ứng dụng của một số dẫn xuất DHPM ..................................................... 4 1.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli đã được thực hiện.............. 5 1.4 Xúc tác phản ứng ....................................................................................... 9 1.4.1 Cơ cấu khoáng sét ..................................................................................... 9 1.4.1.1 Tấm tứ diện ............................................................................................... 9 1.4.1.2 Tấm bát diện .............................................................................................. 9 1.4.2 Phân loại .................................................................................................... 9 1.4.2.1 Lớp 1:1 ...................................................................................................... 9 1.4.2.2 Lớp 2:1 .................................................................................................... 10 1.4.3 Montmorillonite....................................................................................... 10 1.4.3.1 Cơ cấu ...................................................................................................... 10 1.4.3.1.1 Tính chất vật lý ........................................................................................ 10 1.4.3.1.2 Tính chất hóa học .................................................................................... 11 1.4.3.1.2.1 Tính trao đổi ion ...................................................................................... 11 1.4.3.1.2.2 Hấp phụ ................................................................................................... 11 1.4.3.1.2.3 Tính trương nở......................................................................................... 11 1.4.3.1.2.4 Khả năng xúc tác của MMT .................................................................... 11
  3. Chương 2: Thực nghiệm............................................................................................ 12 2.1 Hóa chất và thiết bị.................................................................................. 13 2.1.1 Hóa chất ................................................................................................... 13 2.1.2 Thiết bị .................................................................................................... 13 2.2 Điều chế chất xúc tác............................................................................... 13 2.3 Điều chế 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM) .............................. 13 2.4 Quá trình tối ưu hóa................................................................................. 14 2.5 Tổng hợp một số dẫn xuất của DHPM .................................................... 14 2.6 Xác định sản phẩm .................................................................................. 14 Chương 3: Kết quả và thảo luận ................................................................................ 15 3.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 16 3.2 Quy trình tổng hợp .................................................................................. 16 3.3 Khảo sát xúc tác sử dụng......................................................................... 16 3.4 Tối ưu sản phẩm ...................................................................................... 17 3.4.1 Tối ưu hóa thời gian ................................................................................ 17 3.4.2 Tối ưu hóa nhiệt độ ................................................................................. 18 3.4.3. Tối ưu hóa tỉ lệ các chất .......................................................................... 18 3.4.4 Tối ưu hóa khối lượng xúc tác ................................................................ 19 3.4.5 Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác .............................................................. 20 3.5 Tổng hợp một số dẫn xuất của DHPM. ................................................... 21 3.6 Định danh sản phẩm ................................................................................ 21 3.6.1 Hợp chất 4A ............................................................................................ 21 3.6.2. Hợp chất 4B............................................................................................. 23 3.6.3 Hợp chất 4C ............................................................................................ 25 3.6.4 Hợp chất 4D ............................................................................................ 27 3.6.5 Hợp chất 4E............................................................................................. 29
  4. Chương 4: Kết luận – Đề xuất ................................................................................... 32 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 34 Phụ lục ................................................................................................................. 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ tổng hợp DHPM. ...................................................................................... 3 Hình 2: Sơ đồ cơ chế theo Sweet và Fissekis .................................................................. 4 Hình 3: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác FeCl 3 .6H 2 O ..................................................... 6 Hình 4: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O ............................................... 7 Hình 5: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid ............................................ 7 Hình 6: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác zeolite ............................................................... 8 Hình 7: Mô hình cơ cấu không gian của MMT ............................................................. 10 Hình 8: Sơ đồ tổng hợp DHPM ..................................................................................... 16 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 Hình 13: Phổ 1H-NMR của chất 4E .............................................................................. 29 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác FeCl 3 .6H 2 O ..................................................6 Bảng 2: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O ...........................................7 Bảng 3: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid ........................................8 Bảng 4: Kết quả tổng hợp dẫn xuất DHPM xúc tác zeolite. ...........................................9 Bảng 5: Kết quả khảo sát xúc tác sử dụng.....................................................................16 Bảng 6: Kết quả tối ưu theo thời gian ...........................................................................17 Bảng 7: Kết quả tối ưu theo nhiệt độ .............................................................................18 Bảng 8: Kết quả tối ưu theo tỉ lệ các chất......................................................................19
  5. Bảng 9: Kết quả tối ưu theo khối lượng xúc tác ............................................................19 Bảng 10: Kết quả tái sử dụng xúc tác ............................................................................20 Bảng 11: Kết quả tổng hợp một số dẫn xuất DHPM .....................................................21 Bảng 12: Quy kết các proton trong phổ 1H-NMR của chất 4A .....................................23 Bảng 13: Quy kết các proton trong phổ 1H-NMR của chất 4B .....................................25 Bảng 14: Quy kết các proton trong phổ 1H-NMR của chất 4C .....................................27 Bảng 15: Quy kết các proton trong phổ 1H-NMR của chất 4D .....................................28 Bảng 16: Quy kết các proton trong phổ 1H-NMR của chất 4E .....................................30 Bảng 17: Độ dịch chuyển hóa học trong phổ 1H-NMR của DHPM và một số dẫn xuất. .......................................................................................................................................31
  6. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận, em đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ từ các Thầy cô, các anh chị, bạn bè, các em và từ gia đình. Em luôn ghi nhớ và với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Phạm Đức Dũng, Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em rất tận tình để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa hóa, các phòng ban quản lí phòng thí nghiệm của trường đại học Khoa học tự nhiên đã tạo điều kiện cho em trong việc sử dụng phòng thí nghiệm cũng như cơ sở vật chất và các trang thiết bị của trường trong quá trình em thực hiện luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô đã tạo điều kiện học tập, dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Tp.HCM. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến Cha Mẹ, anh chị em, bạn bè đã tạo điều kiện, luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Em xin gửi lời chúc sức khỏe chân thành đến mọi người!
  7. LỜI MỞ ĐẦU Ngành sản xuất hóa chất đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống. Việc sản xuất các hóa chất là nguồn gốc của nhiều sản phẩm cần thiết cho cuộc sống như các loại dược phẩm, chất dẻo, xăng và các loại nhiên liệu khác hay các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp như phân bón, thuốc bảo vệ thực vật. Tuy nhiên một số hóa chất hay qui trình tạo ra chúng lại gây tổn hại cho môi trường, và sức khỏe của con người cũng như làm cạn kiệt các nguồn tài nguyên. Đó chính là những thách thức mà ngành sản xuất hóa chất công nghiệp đang gặp phải. Đứng trước những thách thức này, hóa học xanh là một hướng đổi mới quan trọng để giúp ngành công nghiệp hóa chất phát triển theo hướng bền vững, đem lại những lợi ích tích cực cả về kinh tế, môi trường và xã hội cho nhân loại Công nghệ xúc tác đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất. Thiết kế và lựa chọn xúc tác thích hợp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các sản phẩm hóa chất bằng các quy trình không chất thải. Một lĩnh vực của công nghệ xúc tác phát triển nhanh chóng và càng thu hút sự quan tâm của cộng đồng hóa học là sử dụng xúc tác trên chất mang rắn. Bằng cách sử dụng chất xúc tác rắn, quá trình tách và tinh chế sản phẩm trở nên dễ dàng hơn so với trường hợp xúc tác đồng thể. Sau khi phản ứng kết thúc, xúc tác rắn được tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng dễ dàng bằng phương pháp lọc hay ly tâm đơn giản. Xúc tác sau khi tách ra có khả năng thu hồi và tái sử dụng. Montmorillonite là một trong những chất xúc tác mang rắn hiệu quả được sử dụng trong các phản ứng hữu cơ hiện nay do có tính acid mạnh, rẻ tiền, đem lại hiệu suất phản ứng cao, dễ sử dụng và thân thiện với môi trường. Có hai loại montmorilonite được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ là montmorilonite hoạt hóa acid và montmorilonite trao đổi cation. Nhằm mục đích phát triển các phương pháp tổng hợp chọn lọc thân thiện với môi trường, chúng tôi chọn đề tài “ Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác monmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi”. 1
  8. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Chương 1: Tổng quan 2
  9. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 1.1 Phản ứng Biginelli 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần Phản ứng đa thành phần (multi-component reaction, MCR) là một phản ứng hóa học có sự tham gia của ba hay nhiều thành phần phản ứng với nhau trong một quá trình để tạo ra một sản phẩm chứa đựng hầu hết các nguyên tử của 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.[1] 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli Năm 1893, một phương pháp đơn giản và trực tiếp để tổng hợp 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM), được báo cáo bởi nhà hóa học người Ý Pietro Biginelli, gồm một quá trình ngưng tụ vòng của một aldehyde, một β-ketoester và urea hay thiourea trên điều kiện xúc tác acid mạnh. Phản ứng Biginelli là phản ứng đa thành phần tạo ra 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one từ ethyl acetoacetate, aldehyde thơm (như benzaldehyde), và urea (Hình 1).[2] CHO O EtOOC O O NH + Xúc tác + + H2O H2N NH2 OEt H3C N O H Hình 1: Sơ đồ tổng hợp DHPM. 1.1.2 Cơ chế phản ứng Cơ chế phản ứng theo Sweet và Fissekis được đề ra năm 1973 qua ion carbenium trung gian (Hình 2).[3] 3
  10. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên CHO H EtOOC H+ + O O O O HO O O OEt OEt OEt O H 2N NH2 Ph O CO2Et H OEt HN O O N Me H 2O NH H O H2N Hình 2: Sơ đồ cơ chế theo Sweet và Fissekis 1.2 Ứng dụng của một số dẫn xuất DHPM Vào năm 2009 hơn 33 triệu người nhiễm virus HIV, tác nhân gây hội chứng suy giảm miễn dịch (AIDS). Hiện có 25 thuốc thuộc về 6 lớp chất ức chế khác nhau cho điều trị lây nhiễm HIV. Sự ra đời của liệu pháp kháng retrovirus hoạt tính cao (HAART) - một chế độ điều trị kết hợp 3-4 loại thuốc kháng virus từ các lớp chất ức chế khác nhau đã cải thiện được đáng kể chất lượng cuộc sống của người bị nhiễm bệnh bằng cách trì hoãn sự tiến triển của bệnh và giảm sự ốm yếu do bệnh. Tuy nhiên, HAART có những nhược điểm nghiêm trọng do HIV-1 có khuynh hướng thay đổi nhanh chóng. Điều trị HAART kéo dài dẫn đến sự xuất hiện của các chủng kháng thuốc của virus. Ngoài ra, các tác dụng phụ của liệu pháp phối hợp đã làm giới hạn tác dụng lâm sàn của nó. Vì vậy, tiếp tục phát triển thuốc chống HIV mới với tính độc có thể chấp nhận được và có khả năng chống HIV đặc trưng là cần thiết.[4] Trong một cuộc chiến dịch có tính sàng lọc cao để phát hiện thuốc kháng virus mới, người ta đã phát hiện ra một loạt các chất có khung của dihydropyrimidone có hoạt tính ức chế sự nhân lên của HIV. Các dẫn xuất của dihydropyrimidione đã được báo cáo để trình bày các hoạt tính sinh học đa dạng của nó như chống vi khuẩn, chống nấm, chống ung thư và chất chống oxi hóa.[4] 4
  11. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Ngoài ra, DHPM và các dẫn xuất của nó đóng vai trò quan trọng trong cơ thể người. DHPM có cấu trúc là một loạt các hợp chất thiên nhiên (acid nucleic, vitamin B 1 ), tổng hợp các loại thuốc hóa trị liệu (florouracil).[5] Một số dẫn xuất của pyrimidin có giá trị trong dược liệu như :  Monastrol là một phát hiện mới nó có khả năng chống ung thư.[5] OH O O NH H3C N S H Monastrol  Thuốc hạ huyết áp[5] NO2 O O PrO N NH2 H 3C N O H 1.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli đã được thực hiện.  Sử dụng xúc tác FeCl 3. 6H 2 O để tổng hợp dihydropyrimidinones dưới điều kiện vi sóng. Những lợi ích chính của việc thực hiện phản ứng dưới điều kiện vi sóng là cải thiện tốc độ phản ứng đáng kể và đem lại hiệu suất sản phẩm cao. Phản ứng Biginelli tiếp tục được nghiên cứu với sự ngưng tụ vòng của acyl, ethyl acetoacetate và urea hoặc thiourea dưới điều kiện chiếu xạ vi sóng, không dung môi (Hình 3). FeCl 3. 6H 2 O được sử dụng như một chất xúc tác đồng thể, không bay hơi, giá rẻ, mang tính kinh tế và có sẵn.[6] 5
  12. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên O R O O FeCl3.6H2O H OAc X EtO N R + + H 2N NH2 OEt H3C OAc N O H Hình 3: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác FeCl 3 .6H 2 O Hỗn hợp gồm FeCl 3. 6H 2 O (1 mmol), acyl (1 mmol), ethyl acetoacetate (1 mmol) và urea (1,5 mmol) được trộn trong một ống nghiệm chiếu xạ vi sóng (Hình 3). Hỗn hợp thu được được chiếu xạ vi sóng ở 180 W. Tổng thời gian chiếu xạ vi sóng là 15 phút. Sau khi phản ứng xong, hỗn hợp được hòa tan trong ethanol và đổ vào trong nước lạnh. Kết tủa được lọc ra, rửa sạch với nước, kết tinh từ ethanol 70% để thu được dihydropyrimidinone tinh khiết. Sử dụng điều kiện phản ứng tối ưu này và sau đó nghiên cứu phản ứng của các loại acyl khác nhau, ethyl acetoacetate và urea hoặc thiourea.[6] Bảng 1: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác FeCl 3 .6H 2 O STT R X Hiệu suất (%) 1 Ph O 85 2 4-ClC 6 H 4 O 92 3 2-CH 3 C 6 H 4 O 84 4 Ph S 72 5 4-ClC 6 H 4 S 60 6 2-CH 3 C 6 H 4 S 68 7 4-CH 3 OC 6 H 4 S 55  Tổng hợp dihydropyrimidinones trong điều kiện nghiền không dung môi sử dụng Fe(NO 3 ) 3. 9H 2 O hoặc clayfen làm xúc tác. Các ưu điểm của phương pháp này là tránh các dung môi hữu cơ, đem lại hiệu suất cao, hiệu quả năng lượng, biến đổi chất nền và sử dụng xúc tác rẻ tiền. Xúc tác clayfen có thể tái sử dụng hơn 3 lần. Hơn nữa, xúc tác Fe(NO 3 ) 3. 9H 2 O vẫn giữ được hoạt tính của nó trong methanol và acetone là môi trường phản ứng.[7] 6
  13. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên O O X Fe(NO3)3.9H2O HN NH CH3 CHO + + R H2N NH2 R= -OMe, Me, Br, Cl, OH R Hình 4: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O Hỗn hợp của acetophenone (1 mmol), aldehyde (1 mmol), urea (1,5 mmol), và Fe(NO 3 ) 3. 9H 2 O (hoặc clayfen) (0,1 mmol) được nghiền mịn đến kích thước thích hợp (Hình 4). Hỗn hợp trở thành một hỗn hợp nhão, nhớt trong quá trình phản ứng và cuối cùng rắn lại. Hỗn hợp sản phẩm được rửa bằng dung dịch bão hòa lạnh NaHCO 3 (5 ml) và sau đó được lọc qua phễu để thu được sản phẩm thô, tiếp tục tinh chế bằng cách kết tinh trong ethanol. Đối với chất xúc tác clayfen hỗn hợp phản ứng được hòa tan trong ethanol nóng và lọc. Lượng clayfen không tan rửa nhiều lần với ethanol nóng và để khô trong bình hút ẩm để tái sử dụng.[7] Bảng 2: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O STT R X Hiệu suất (%) Thời gian (Phút) 1 C6H5 O 90 35 2 4ClC 6 H 4 O 95 75 3 4-MeOC 6 H 4 O 92 90 4 2-ClC 6 H 4 O 85 25 5 3-NO 2 C 6 H 4 S 80 80 6 4-NO 2 C 6 H 4 S 85 2  Tổng hợp 3,4-Dihydropyrimidin-2(1H)-on xúc tác silica sulfuric acid. O R1 O O X H Silica Sulfuric Acid R1-CHO + + R3 N R2 R3 H 2N NH2 EtOH, 6h, heat R2 N X X=O,S H Hình 5: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid Một hỗn hợp gồm aldehyde (2 mmol), hợp chất dicarbonyl (2 mmol), urea hoặc thiourea (3 mmol) và sulfuric silica acid (0,23 g, tương ứng với 0,6 mmol H+) trong 7
  14. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên ethanol (10 ml) được đun hồi lưu 6 h (Hình 5). Sau khi hoàn thành phản ứng, dung môi được làm bay hơi dưới áp suất thấp. Hỗn hợp rắn đã được rửa sạch bằng nước lạnh (20 ml) để loại bỏ urea hoặc thiourea dư và sau đó được lọc. Chất rắn còn lại đã được rửa sạch bằng ethyl acetate nóng (30 ml). Dung dịch lọc được làm bay hơi hết dung môi và sản phẩm rắn được kết tinh từ ethyl acetate/n-hexane hoặc ethanol.[8] Bảng 3: Kết quả tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid STT R1 R2 R3 X Hiệu suất (%) 1 C6H5 Me OEt O 91 2 4-NO 2 C 6 H 4 Me OEt O 94 3 4ClC 6 H 4 Me OEt O 95 4 4-NO 2 C 6 H 4 Me OEt S 91 5 4-OHC 6 H 4 Me OEt S 92  Tổng hợp 3,4-Dihydropyrimidin-2(1H)-one xúc tác zeolite trong điều kiện không dung môi. COOEt EtOOC R O H 2N NH2 + Zeolite (TS-1) + N N R H 50°C H H O X X Hình 6: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác zeolite Một hỗn hợp của benzaldehyde (0,50 g, 4,71 mmol), ethyl acetoacetate (0,613 g, 4,71 mmol), urea (0,424 g, 7,07 mmol), và chất xúc tác TS-1 (0,01 g, 2% trọng lượng của benzaldehyde đã sử dụng) được đun ở 50 °C trong 10 phút (Hình 6). Hỗn hợp phản ứng sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng được đổ vào nước đá vụn và khuấy trong 5-10 phút. Chất rắn tách ra được rửa sạch với nước lạnh và lọc. Để tách chất xúc tác từ sản phẩm, hỗn hợp được xử lí bằng ethanol nóng và lọc. Phần còn lại là chất xúc tác được sấy khô và tái sử dụng.[2] 8
  15. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Bảng 4: Kết quả tổng hợp dẫn xuất DHPM xúc tác zeolite. STT R X Hiệu suất (%) Thời gian (Phút) 1 Ph O 98 10 2 CH 3 O 93 10 3 4-OHC 6 H 4 O 94 30 4 2-NO 2 C 6 H 4 O 90 35 5 3-OHC 6 H 4 S 33 25 6 4-ClC 6 H 4 S 95 20 1.4 Xúc tác phản ứng 1.4.1 Cơ cấu khoáng sét 1.4.1.1 Tấm tứ diện Mỗi tứ diện chứa một cation T (cation tứ diện thường là Si4+, Al3+ và Fe3+) liên kết với bốn nguyên tử oxygen, và liên kết với các tứ diện kế cận bằng ba oxygen đáy (O b , the basal oxygen atom) tạo thành một mô hình mạng lưới vòng sáu cạnh hai chiều vô tận.[9] 1.4.1.2 Tấm bát diện Mỗi bát diện chứa một cation T (Cation bát diện thường là Al3+, Fe3+, Mg2+ và Fe2+. Ngoài ra còn có một số ion khác như Li+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, V3+, Cr3+ và Ti 4 +) liên kết với sáu nhóm hydroxyl. Trong tấm bát diện, sự liên kết giữa mỗi bát diện O và các bát diện kế cận là bởi các cạnh trải rộng theo hai chiều trong mặt phẳng.[9] 1.4.2 Phân loại Sự sắp xếp giữa tấm tứ diện và tấm bát diện thông qua các nguyên tử oxygen một cách liên tục tạo nên mạng tinh thể của khoáng sét. Có 2 kiểu sắp xếp chính:[9] 1.4.2.1 Lớp 1:1 Cơ cấu của lớp 1:1 là sự sắp xếp trật tự tuần hoàn của một tấm bát diện và một tấm tứ diện (TO).[9] 9
  16. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 1.4.2.2 Lớp 2:1 Cơ cấu của lớp 2:1 bao gồm một tấm bát diện nằm giữa hai tấm tứ diện, mỗi ô mạng bao gồm 6 bát diện và 8 tứ diện.[9] 1.4.3 Montmorillonite 1.4.3.1 Cơ cấu Các khoáng montmorillonite thuộc nhóm smectite, trong đó tất cả các khoáng chất có cấu trúc lớp nối với nhau. Độ dày của một lớp khoảng 1 nm và mở rộng ra theo hai hướng khác nhau thì thường lên đến vài trăm nm. MMT có cơ cấu lớp 2:1 bao gồm hai tấm tứ diện và một tấm bát diện.[10] Cơ cấu của MMT được minh họa như sau: Hình 7: Mô hình cơ cấu không gian của MMT 1.4.3.1.1 Tính chất vật lý MMT ở dạng đơn khoáng, có màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu, đỏ, có thể màu xám xanh hoặc xanh lục.. . , gần giống sáp nến, khi sờ cảm thấy nhờn và trơn.[11] MMT có kích thước hạt rất mịn, diện tích bề mặt lớn, diện tích lớp cao, độ dẻo cao và có tính thấm ướt thấp. Độ cứng Mohs tương đối khoảng 1,5. Tỷ trọng MMT trong khoảng 2,2-2,6.[10] 10
  17. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 1.4.3.1.2 Tính chất hóa học 1.4.3.1.2.1 Tính trao đổi ion Sự thay thế cation ở tâm tứ diện thể hiện khả năng trao đổi cation của MMT, khả năng này thay đổi trong một khoảng rộng từ 80–140 meq/100g và phụ thuộc vào hóa trị, 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+.[11] 1.4.3.1.2.2 Hấp phụ Tính chất hấp phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng quy định. Do MMT có cơ cấu tinh thể và độ phân tán cao nên có cơ cấu xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Diện tích bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt.[12] 1.4.3.1.2.3 Tính trương nở Sự trương nở (swelling capacity) của MMT có thể xảy ra do sự hấp phụ nước hoặc dung môi hữu cơ phân cực vào giữa các tinh thể hoặc giữa các lớp trong tinh thể, hoặc tiếp xúc trực tiếp với môi trường có áp suất hơi của chất lỏng cao, thậm chí có thể do sự thay thế cation nhỏ ở lớp xen giữa bằng các cation hữu cơ lớn hơn. Mỗi dạng trương nở khác nhau sẽ có những quá trình khác nhau và chịu sự điều khiển bởi các yếu tố khác nhau.[13] 1.4.3.1.2.4 Khả năng xúc tác của MMT MMT có thể làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ là do nó có tính chất cơ bản là tính acid. Nó có thể được xem là các 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 tâm bát diện làm bề mặt của MMT mang điện tích âm. Các ion thay thế Al3+, Mg2+ có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng không được bù trừ bởi các ion dương. Do vậy tâm acid Lewis được tạo thành từ ion Al3+ và ion Mg2+. Trên bề mặt MMT tồn tại các nhóm hydroxyl có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt MMT những tâm acid Bronsted.[14] 11
  18. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Chương 2: Thực nghiệm 12
  19. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 2.1 Hóa chất và thiết bị 2.1.1 Hóa chất Montmorillonite Lâm Đồng, benzaldehyde (Sigma-Aldrich), ethyl acetoacetate (Sigma-Aldrich), urea (Merck). Các dẫn xuất của benzaldehyde: 4-methylbenzaldehyde (Sigma-Aldrich), 4- chlorobenzaldehyde (Sigma-Aldrich), 3-chlorobenzaldehyde (Sigma-Aldrich), 2- chlorobenzaldehyde (Sigma-Aldrich). 2.1.2 Thiết bị • Cân điện tử Sartotius • Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET • Máy hút chân không • Máy đo nhiệt độ nóng chảy Buchi • Máy đo NMR 2.2 Điều chế chất xúc tác Hoạt hóa acid montmorillonite Lâm Đồng Cân 10 g montmorillonite Lâm Đồng, khuấy với 200 ml dung dịch acid H 2 SO 4 có nồng độ 20%, 30%, 40%, 50% trong 4 h tại nhiệt độ 70 oC. Sản phẩm được lọc, rửa trên phễu Büchner tới khi hết ion SO 4 2- (thử bằng dung dịch BaCl 2 1 M), sấy khô tại nhiệt độ 110 oC. Sản phẩm được nghiền mịn qua rây 80 mesh. Kí hiệu chung là LD20, LD30, LD40, LD50 tương ứng với nồng độ acid. 2.3 Điều chế 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM) Cho vào bình phản ứng 0,212 g benzaldehyde (2 mmol), 0,120 g urea (2 mmol), 0,260 g ethyl acetoacetate (2 mmol) và 0,1 g xúc tác montmorillonite hoạt hóa acid. Hỗn hợp được trộn đều, khuấy từ điều nhiệt trong điều kiện không dung môi tại 110 oC trong thời gian 2 h. Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp được hòa trong ethanol nóng, lọc để loại bỏ xúc tác, dung dịch qua lọc được cho bay hơi dung môi dưới áp suất kém, chất rắn kết tinh lại trong ethanol tại nhiệt độ phòng thu được sản phẩm DHPM tinh khiết. 13
  20. Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 2.4 Quá trình tối ưu hóa Điều kiện phản ứng ban đầu: 0,212 g benzaldehyde (2 mmol), 0,120 g urea (2 mmol), 0,260 g ethyl acetoacetate (2 mmol) và 0,1 g xúc tác khuấy từ điều nhiệt trên bếp dầu trong điều kiện không dung môi trong thời gian 2 h ở nhiệt độ 110 oC. Tối ưu hóa các điều kiện phản ứng. • Khảo sát xúc tác sử dụng • Tối ưu hóa thời gian • Tối ưu hóa nhiệt độ • Tối ưu hóa tỷ lệ chất tham gia phản ứng • Tối ưu hóa khối lượng xúc tác 2.5 Tổng hợp một số dẫn xuất của DHPM Thay đổi benzaldehyde bằng các dẫn xuất 4-methylbenzaldehyde, 4- chlorobenzaldehyde, 3-chlorobenzaldehyde, 2-chlorobenzaldehyde. Áp dụng điều kiện đã tối ưu ở trên để xác định ảnh hưởng của nhóm thế. 2.6 Xác định sản phẩm Các dẫn xuất được định danh bằng phương pháp: Đo nhiệt độ nóng chảy, đo phổ 1H-NMR của sản phẩm. 14
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2