Nghiên cứu tổng hợp decane 2,3 dione từ acrolein: Khóa luận tốt nghiệp Hóa hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM

------------

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP

DECANE-2,3-DIONE TỪ ACROLEIN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGHÀNH: HÓA HỮU CƠ

KHÓA: 2009 – 2013

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S ĐẶNG CHÍ HIỀN

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN VĂN HẢI

TP.HCM Tháng 05 – 2013

Mục Lục

Mở Đầu ........................................................................................................................ 5

Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................ 7

1.1 PHEROMONE ............................................................................................... 7

1.1.1 Khái niệm ................................................................................................. 7

1.1.2 Phân loại [3,4,9,10] .................................................................................. 7

1.1.3 Cấu trúc pheromone [8,9,10]. .................................................................. 9

1.1.4 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone .......................... 10

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thế giới ................ 11

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam ................. 12

1.2 PHẢN ỨNG GRIGNARD ........................................................................... 13

1.2.1 Phản ứng Grignard ................................................................................. 13

1.2.2 Tác chất Grignard .................................................................................. 13

1.2.3 Phản ứng ghép cặp Grignard[2,9] .......................................................... 15

1.3 Phản Ứng Epoxy Hóa ................................................................................... 16

1.4 Phản Ứng Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua .................... 18

1.5 Các Phản Ứng Đehidro Hóa Và Oxi Hóa Ancol [9] .................................... 19

1.6 Tình Hình Sản Xuất Cà Phê Và Sâu Bệnh Hại Cây Cà Phê ........................ 22

1.6.1 Tình hình sản xuất cà phê của thế giới .................................................. 22

1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê ............................................................... 23

1.6.3 Đặc điểm sinh thái học côn trùng .......................................................... 24

1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Đục Thân Cà Phê Mình Trắng (Xylotrechus

quadripes Chevrolat) ........................................................................................................ 24

1.7.1 Pheromone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat) ............................................................................................................... 24

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây .................................. 25

Chương 2 NGHIÊN CỨU ......................................................................................... 29

2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 29

2.1.1 Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 29

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 31

1.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 33

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein ............................................ 33

2.2.2 Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol ......................................................... 38

2.2.3 Tổng hợp 2,3-decandiol ........................................................................... 43

2.2.4 Tổng hợp 2,3-decandione ............................................................................. 47

Chương 3 THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 51

3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM ............................... 51

3.1.1 Thiết bị và dụng cụ ................................................................................... 51

3.1.2 Hóa chất ................................................................................................... 51

3.1.3 Tinh chế một số hóa chất ......................................................................... 53

3.2 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT....................................................................... 53

3.2.1 Tổng hợp n-heptyl bromua ....................................................................... 53

3.2.2 Tổng hợp 1-decen-3-ol theo phản ứng Grignard ..................................... 54

3.2.3 Tổng hợp 1,2-epoxy-3-decanol.(3) .......................................................... 54

3.2.4 Tổng hợp 2,3-decanediol.......................................................................... 55

3.2.5 Tổng hợp 2,3-decanedione ....................................................................... 56

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 56

KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 59

PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined.

Mở Đầu

Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 75 quốc gia trên thế giới với diện tích trên 10

triệu hecta và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Cà phê là một trong

những thức uống thông dụng toàn cầu, nhu cầu đòi hỏi của người tiêu dùng không ngừng

tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận để thay thế cho cà phê, vì vậy

việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn

đối với nhiều nước, Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy đủ là: sản phẩm cà phê đem ra

thị trường phải đảm bảo chất lượng.

Ở nước ta, cây cà phê là 1 loại cây công nghiệp có giá trị lớn, và được trồng nhiều ở

vùng Tây Nguyên và đã đem lại nhiều lợi ích cho người dân và góp phần phát triển đất

nước. Tuy nhiên, hiện nay, do tình trạng sâu bệnh phát triển, đặc biệt là sâu đục thân, làm

ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất cây trồng tại đây. Sự phun thuốc trừ sâu bừa bãi của

người dân, không theo quy hoạch sẽ làm tàn dư thuốc bảo vệ tăng cao, gây ảnh hưởng

không nhỏ đến sức khỏe người tiêu dùng. Vậy làm thế nào để người dân vừa tiêu diệt được

dịch bệnh mà không ảnh hưởng gì đến sức khỏe người tiêu dùng. Thứ nhất đó là khuyến cáo

người dân phun thuốc bảo vệ thực vật đúng liều lượng, thu hoạch sản phẩm sau khi đã đủ

thời gian ngưng sử dụng thuốc. Thứ hai, dùng 1 phương pháp tiên tiến, hiệu quả hơn đó là

dùng chất dẫn dụ hay còn gọi là pheromone sinh vât. Với việc sử dụng pheromone thì chúng

ta vừa tiêu diệt được sâu hại trên cơ sở dẫn dụ sâu hại đến và tiêu diệt mà không cần phải

phun trực tiếp như các thuốc hóa học thông thường nên không ảnh hưởng gì đến hàm lượng

hóa chất trong cây trồng Pheromone của sâu đục thân cà phê mình trắng Xylotrechus

quadripes có nhiều loại. Chúng tôi chọn tổng hợp 2,3-decanedione, việc đem vào ứng dụng

thực tiễn sẽ có lợi về mặt kinh tế. Từ những yêu cầu trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu

tổng hợp DECAN-2,3-DIONE TỪ ACROLEIN”. Nhằm tạo ra một loại pheromone của sâu

đục thân cây cà phê, từ đó tạo nền tảng để sản xuất pheromone sâu đục thân cây cà phê, áp

dụng vào thưc tế để tăng giá trị kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu tổng hợp decan-2,3-dione –một thành phần pheromone của sâu đục thân

cây cà phê mình trắng, góp phần ứng dụng vào công tác kiểm soát dịch hại mà không gây ô

nhiễm môi sinh, tạo nên một nền nông nghiệp xanh.

Nội dung đề tài

- Tổng hợp decan-2,3-dione từ những nguyên liệu dễ tìm mua hoặc có thể tổng hợp

được trong điều kiện của Việt Nam như acrolein và heptanbromua.

- Phản ứng quan trọng là phản ứng ghép Grignard trong dung môi THF, được tiến

hành dưới điều kiện siêu âm nhằm nâng cao hiệu suất và rút ngắn thời gian phản

ứng. Và phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng phương pháp và kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ như siêu âm trong

tổng hợp pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình trắng (Xylotrechus

quadripes Chevrolat)”, góp phần làm đa dạng và phong phú nguồn chế phẩm có hoạt tính

sinh học phục vụ nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu còn góp phần tìm hiểu sâu hơn về

pheromone decan-2,3-dione, vừa là cơ sở khoa học đồng thời là dữ liệu để ứng dụng trong

việc phòng trừ và kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường.

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 PHEROMONE

1.1.1 Khái niệm

Pheromone là hợp chất dễ bay hơi có hoạt tính sinh học cao lại được tiết ra môi

trường ngoài cơ thể, nhờ không khí vận động mà nó được truyền đến các cơ quan cảm giác

của cơ thể khác để gây nên tác dụng. Chúng được các nhà khoa học nghiên cứu từ thế kỷ

XX. Đến nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu sâu và có nhiều ứng dụng.

Karlson và Lüscher (1959) đã đưa ra thuật ngữ pheromone. Thuật ngữ này là một từ

ghép bắt nguồn từ hai chữ Hy Lạp: pherein có nghĩa là mang đi, truyền đi và hormone có

nghĩa là kích thích. [3,4]

Pheromone, theo định nghĩa của Karlson và Lüscher (1959) là một chất được tiết ra

môi trường bên ngoài từ một cá thể và được nhận biết ở một cá thể thứ hai cùng loài, ở đây

xảy ra một phản ứng đặc trưng, thí dụ nó giải quyết những tập tính nhất định hoặc một phản

ứng sinh lý nhất định.[4]

1.1.2 Phân loại [3,4,9,10]

1.1.2.1 Nhóm các pheromone có tác dụng hấp dẫn

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động dương đối

với con vật. Trong nhóm này bao gồm các loại pheromone như sau:

Pheromone tập hợp

Là một loại pheromone có chức năng như một yếu tố để tập hợp các cá thể của cả hai

giới đực và cái. Đặc biệt khi bị tấn công, việc tập hợp rõ ràng mang tính chất bảo vệ cao.

Việc tồn tại các pheromone tập hợp là cần thiết cho nhiều loài côn trùng, đặc biệt những loài

côn trùng sống thành xã hội, nửa xã hội hoặc có quan hệ tạo tổ hay nơi trú ngụ tạm thời.

Pheromone giới tính

Bao gồm các chất do con cái hay con đực tiết ra nhằm hấp dẫn bạn đời. Các loại

pheromone giới tính rất đặc trưng cho từng loài côn trùng và có tác dụng rất mạnh, chúng

đóng một vai trò quan trọng trong đời sống côn trùng. Các pheromone giới tính cũng thuộc

trong hệ thống affine, về hình thức là một sự tập hợp nhưng nội dung lại là những kích thích

làm tăng việc chuẩn bị sẵn sàng giao phối.

Trong những năm gần đây, pheromone giới tính được đặc biệt nghiên cứu mạnh mẽ

không chỉ xác định bản chất sinh học của chúng, mà còn đi sâu phân tích cơ chế tác dụng

sinh lý của chúng cũng như nghiên cứu cách tổng hợp nhân tạo để đưa ra ứng dụng.

Việc sản sinh ra pheromone thường có liên hệ chặt chẽ với hoạt động sinh dục của

con cái. Mặt khác, cường độ phản ứng của con đực đối với pheromone giới tính còn được

thể hiện theo nhịp điệu thời gian nhất định.

Pheromone đánh dấu đường đi hay địa điểm

Pheromone này cũng thuộc vào nhóm các chất có tác dụng thu hút cá thể, thuộc hệ

thống affine, chỉ có một điều khác biệt là “kẻ phát tin” lại không có mục đích cần gắn liền

với “con vật nhận tin”.

Các tín hiệu bằng hóa hoc (pheromone) được để lại trên đường đi (pheromone

đánh dấu đường đi) hay để lại ở một nơi nhất định (pheromone đánh dấu địa điểm).

1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác dụng xua đuổi

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động âm đối với

con vật. Trong nhóm này bao gồm các loại pheromone như sau:

Pheromone báo động

Chất báo động còn được gọi là “chất sơ tán”, chức năng chủ yếu là “báo động”

cho đồng bọn khi có các yếu tố gây nguy hiểm cho chúng từ môi trường ngoài. Chất này

được chủ động tạo ra tùy theo mức độ “bị gây rối loạn” hay sau khi con vật bị thương.

Chúng đặc biệt có ý nghĩa ở những côn trùng sống thành xã hội hoặc sống nửa xã hội.

Pheromone phân tán

Trong khi sự tập hợp đưa đến hệ thống affine thì các yếu tố pheromone phân tán

lại tạo ra hệ thống diffuse, tức là làm cho các cá thể “xa cách” nhau. Ở hàm lượng nhỏ thì

chất này có tác dụng hấp dẫn (appellent), còn khi ở nồng độ cao hơn sẽ hình thành có tính

chất quy luật, một khoảng cách xác định giữa các con vật; còn nếu ở những nồng độ cao

hơn nữa thì chất này là chất gây tác dụng xua đuổi (repellent).

Pheromone xua đuổi và pheromone bảo vệ

Ngược với chức năng của pheromone báo động, pheromone xua đuổi chủ yếu làm

chức năng bảo vệ khỏi sự tấn công và ăn thịt của kẻ thù, đồng thời những chất này cũng

được phân biệt với các chất phân tán điển hình bởi ý nghĩa tác dụng sinh học của nó trong

đời sống con vật. Vì thế, loại hình pheromone này còn được gọi là pheromone bảo vệ.

1.1.3 Cấu trúc pheromone [8,9,10].

Cho đến nay, không phải người ta đã biết đầy đủ cấu trúc hóa học của tất cả các

pheromone đã được tìm ra từ các kết quả thí nghiệm sinh học. Khó khăn cơ bản ở đây là các

pheromone có rất ít trong cơ thể sinh vật. Do vậy, để chiết suất và phân tích chúng hoàn

toàn không dễ dàng. Hầu hết những pheromone đã được nghiên cứu cho thấy chúng là các

rượu, acid mỡ (chủ yếu là acid mỡ đối với mạch carbon có nối đôi); một số khác là các

alkaloid và các dẫn suất của alkaloid.

Về cấu trúc hóa học, cho đến nay mới phát hiện được một số pheromone và căn cứ

vào các dạng cấu trúc hóa học này, bằng phương pháp tổng hợp nhân tạo đã có một số chế

phẩm pheromone được đem ứng dụng vào thực tế của công tác phòng chống côn trùng gây hại. Mặc dù chỉ với nồng độ ≤ 10-12 g, người ta vẫn xem chúng là một trong những chất có

hoạt tính sinh học mạnh nhất mà con người phát hiện ra. Thành phần hóa học của

pheromone rất đa dạng, có thể là: các hợp chất mạch thẳng chứa một vài nối đôi; các hợp

chất dị vòng; các lactone vòng 5, 6, …. Ngoài ra, còn có các hợp chất có chứa carbon bất

đối xứng, sự hiện diện của các carbon bất đối xứng này khiến cho việc nghiên cứu, cô lập,

tổng hợp cấu trúc của pheromone càng phức tạp hơn. Khi đó hoạt tính dẫn dụ côn trùng

không chỉ phụ thuộc vào công thức nguyên, cấu trúc hình học mà còn phụ thuộc vào độ sạch

quang học của các tâm bất đối xứng.

1.1.4 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone

Trong tổng hợp hữu cơ nói chung, tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học

(pheromone) nói riêng, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng phong phú

và được ứng dụng rộng rãi.

Theo tổng kết của K. Mori thì từ giữa năm 1990 đến đầu năm 2003 trên thế giới

người ta đã áp dụng bốn loại phản ứng trong tổng hợp pheromone: thứ nhất là phản ứng cơ

Boran; thứ hai là hóa học cơ kim loại của kim loại chuyển tiếp bao gồm chuyển vị olefine;

thứ ba là epoxide bất đối xứng, hydroxyl hóa bất đối xứng và những quá trình bất đối xứng

khác và cuối cùng là xúc tác sinh học lựa chọn lập thể. [3,8,10].

Tuy nhiên, ngoài những phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác trong

tổng hợp pheromone đặc biệt là những pheromone bất bão hòa dạng monoene, diene liên hợp hoặc

không liên hợp. Chúng được sử dụng trong những phản ứng tạo nối đôi như: phản ứng Wittig; tạo

hợp chất acetylenic rồi sau đó khử hợp chất acetylenic thành alkene; phản ứng chuyển vị allyl; sử

dụng tác chất lithium cuprate bằng cách tác dụng với hợp chất epoxide hoặc tác dụng với acetylene

hoặc hợp chất dạng acetylenic. Bên cạnh đó các nhà khoa học còn sử dụng ngay cả những chất nền

có sẵn cấu hình (Z) hoặc (E) để tổng hợp.

Cùng với sự phát triển của thế giới, ở Việt Nam lĩnh vực tổng hợp pheromone cũng

có những bước phát triển, nhóm nghiên cứu đi đầu trong lĩnh vực này với sự chủ trì của

GS.TSKH Nguyễn Công Hào đã có những thành tựu đáng kể. Một số công trình nghiên cứu

đã được công bố.

Hormone sâu non: JH-1

COOCH3

JH-1

O

Pheromone và chất dẫn dụ côn trùng như pheromone côn trùng hại rau, côn

trùng hại màu, côn trùng hại cây ăn trái, côn trùng hại rừng.

Ví dụ:

(Z)-11-hexadecenol - pheromone của sâu tơ Plutella xylostella.

(Z)-3-dodecen-1-ol-(E)-2-butenoate - pheromone của bọ hà khoai lang

Cylasformicarius.

ethyl 4-methyloctanoate - pheromone của kiến vương hại dừa Oryctes rhinoceros L.

(2S,3S)-2-acetoxy-3,7-dimethylpentadecane - pheromone của ong cắn lá thông

Neodiprion lecontei.

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thế giới

Hiệ n nay, việ c nghiên cứ u và ứ ng dụng pheromone đã phát triể n mạnh

mẽ và phổ biế n ở nhiề u quốc gia trên thế giới. Tại Anh, Pháp, Đứ c, Mỹ nhiều

sản phẩm pheromone tổ ng hợ p đã được sử dụng và công nghiệp hóa gầ n 20

năm nay, chủ yếu là để phát hiện và dự tính dự báo. Riêng tạ i Pháp,

pheromone tổng hợp đã được sử dụng để dự tính dự báo trên 25 loài côn

trùng gây hạ i phổ biế n cho nhiều loại cây trồng. Đặ c biệt, pheromone giới

tính của hơn 20 loài bướm đã được thương mại hóa dưới hình thứ c chất quấy

rối sự bắt cặp.

Ngày nay, trên thế giới việc cung ứng pheromone trong việc quản lý côn trùng gây

hại ngày trở nên phổ biến và đa dạng hơn với nhiều hướng khác nhau như:

Phát hiện sự hiện diện và xác định vùng nhiễm côn trùng: Việc sử dụng

pheromone trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) cho việc kiểm dịch thực vật

trước khi nhập nội một loại cây trồng mới là điều cần thiết và phù hợp với xu hướng hiện

nay của thế giới. Đây là biện pháp ngăn ngừa sự xâm nhập các loài côn trùng gây hại từ

nước ngoài vào trong nước, hoặc lây lan giữa các vùng trong nước và là công việc hết sức

quan trọng của bất cứ một quốc gia nào. [13].

Sử dụng làm công cụ khảo sát sự biến động quần thể: Pheromone giới tính của

cá thể cái có tác dụng hấp dẫn mạnh mẽ đối với cá thể đực trong cùng một loài. Do đó, việc

sử dụng chúng như là một công cụ theo dõi sự xuất hiện và đánh giá mức độ biến động mật

số quần thể gây hại trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) là hết sức cần thiết.

Sử dụng làm công cụ phòng trị bằng biện pháp bẫy tập hợp: Biện pháp sử dụng

bẫy pheromone làm bẫy tập hợp đã được nghiên cứu và áp dụng trên 98 loài côn trùng gây

hại, trong đó có 45 loài thuộc Bộ cánh vẩy, 39 loài thuộc Bộ cánh cứng và một số loài thuộc

những Bộ khác.

Quấy rối sự bắt cặp: Cho đến nay, đã có khoảng 140 loài côn trùng gây hại được

quản lý nhờ áp dụng biện pháp quấy rối sự bắt cặp. Trong đó, Bộ cánh vẩy chiếm đa số với

121 loài, Bộ cánh cứng 9 loài.

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam

Ở Việt Nam, pheromone giới tính là một lĩnh vực tương đối mới với số lượng nghiên

cứu còn hạn chế. Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, thử nghiệm ngẫu nhiên ngoài đồng đã

xác định được chất hấp dẫn giới tính của 19 loài bướm. Trong đó, có 4 loài bướm thuộc họ

Noctuidae, họ phụ Plusiinae là những loài bướm sâu hại rau màu. Diễn biến mật số quần thể

của 3 trong 4 loài bướm này đã được ghi nhận.

Tại Hải Dương, thí nghiệm đặt 400 bẫy pheromone/hecta cho thấy khả năng khống

chế sâu tơ (Plutella xylostella Linnaeus, Lepidoptera: Plutellidae) và sâu ăn tạp (Spodoptera litura Fabricius, Lepidoptera: Noctuidae) mà không cần phải phun thuốc trừ sâu.14 Những

kết quả trên cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng pheromone giới tính trong phòng trị sâu

hại theo hướng hạn chế hoặc thay thế thuốc trừ sâu hóa học ở Việt Nam. Các thí nghiệm về

khả năng hấp dẫn của pheromone đối với một số đối tượng sâu hại trên rau hoa thập tự, cà

chua, nho, hành tây, hành ta, dưa hấu, lạc và vải thiều được tiến hành tại Hà Nội, Bắc Ninh,

Bắc Giang, Hải Phòng và nhiều địa phương khác (diện tích mỗi điểm triển khai 5-10

hecta/vụ). Kết quả ghi nhận số lượng bướm sâu tơ (Plutella xylostella), sâu ăn tạp

(Spodoptera litura), sâu xanh (Helicoverpa armigera) và sâu xanh da láng (Spodoptera

exigua) vào bẫy khá lớn (125,8-139,2 con/bẫy/ngày), riêng sâu đục cuống quả vải (Camellia

sinensis) thì rất ít (7,6 con/bẫy/ngày). Năm 2003 đã triển khai áp dụng với tổng diện tích

656,8 hecta tại 9 tỉnh trong cả nước, phòng trừ 6 loại sâu trên 7 loại cây trồng là rau hoa

thập tự, hành tây, cà chua, lạc, dưa hấu, nho và vải thiều. Trong đó, cây trồng áp dụng pheromone lớn nhất là rau hoa thập tự với tổng diện tích 245 hecta.14

1.2 PHẢN ỨNG GRIGNARD

1.2.1 Phản ứng Grignard

Phản ứng Grignard được biết đế n đầu tiên vào năm 1899, do Barbier

nghiên cứ u [32]. Khi đó, Bar bier thự c hiệ n phản ứng giữ a xeton vớ i magie

kim loạ i có mặ t iodometan trong eter tạ o ra alcol. Đế n năm 1900, phản ứng

này mới được nghiên cứ u kĩ về quá trình tạo tác chất cũng như sự ghép cặp

của chúng và được công bố bởi Victi Grignard (học trò của Barbier). Với

nhữ ng ứng dụ ng và phát triể n rộ ng rãi trong việc nối dài mạ ch cacbon đã giúp

V. Grignard nhậ n giả i thưởng Nobel vào năm 1912. Ngày nay, phản ứng

Grignard đóng vai trò hết sức quan trọng trong hóa họ c hữu cơ nói chung và

tổng hợ p hữ u cơ nói riêng.

1.2.2 Tác chất Grignard

1.2.2.1 Điều chế và tính chất

Tác chất Grignard (RMgX) được điều chế từ dẫn xuất halogenur alkyl (RX) với

Magie kim loại (Mg0) trong dung môi eter hoặc THF.

eter hay THF

R MgX

+ R X Mg

Trường hợp trong quá trình điều chế tác chất grignard là sự tự ghép của RX tạo ra

hợp chất tương ứng R – R. Về bản chất, tác chất Grignard rất khó phản ứng với alkyl

halogenur, trừ các halogenur có hoạt tính mạnh như iodometan, allyl halogenur, benzyl

halogenur. Để tránh trường hợp này, trong quá trình tạo tác chất cần nhỏ giọt chậm dung

dịch halogenur vào Mg kim loại.

Về cơ chế, phản ứng tạo tác chất Grignard xảy ra theo cơ chế gốc tự do. [31]

+

MgX2

+ Mg

R R

XR2

+ MgX2

2 MgX

+ MgX

R + MgX2

+

MgX

R Mg X

Điều quan trọng nhất của tác chất Grignard là sự trái ngược giữa liên kết C–X và

C–Mg–X. Một liên kết C–X thông thường thì cacbon có tính thân điện tử, còn trong tác chất

Grignard, cacbon lại có tính thân hạch. Vì thế, tác chất Grignard đóng vai trò như một

cacbanion, có tính bazo rất mạnh (pKa = 25 – 40). Trong tất cả các loại tác chất Grignard thì

metylmagiesium halogenur mạnh nhất, còn tác chất Grignard của vinyl và allyl yếu nhất.

Trong khi đó, tính bazo của RMgCl lại mạnh hơn RMgBr.

1.2.2.2 Ảnh hưởng của dung môi

Hiện nay, người ta vẫn biểu diễn dẫn xuất Grignard dưới dạng R – Mg – X. cấu tạo

thực của chúng phức tạp hơn nhiều. [9] Trong dung dịch, tác chất Grignard không những

tồn tại dạng monomer (RMgX) mà luôn xuất hiện một cân bằng giữa monomer, dime và

trimer. Tùy theo loại dung môi mà nồng độ chúng cao hay thấp. Dạng monomer chiếm ưu

thế khi ở nồng độ thấp tỏng dung môi nucleophin và đối với dẫn xuất bromua, iodua. Khi

tăng nồng độ hợp chất cơ magie đối với dẫn xuất clorua thì chúng chuyển sang dạng dime

(R2Mg2X2) và polime. Trong dung dịch của hợp chất cơ magie trong ete có sự cân bằng

R Mg

Mg R

giữa một số dạng khác nhau với các liên kết cộng hóa trị, liên kết ion và liên kết phức:

+

MgX2

R2Mg

2R MgX

+

RMgX2

R Mg

Tác chất Grignard có thể được điều chế với 3 dung môi khác nhau: eter,

tetrahidrofuran (THF) và trietylamin. Ứng với mỗi dung môi, chúng cho cấu trúc hóa học

khác nhau.

Với ether, tác chất Grignard có thể tồn tại tất cả các dạng cân bằng kể trên. Trong đó,

trạng thái monomer tồn tại chủ yếu ở dạng RMgX cùng với lượng nhỏ R2Mg + MgX2. Phần

còn lại chúng kết hợp với nhau tạo thành dime và trimer với nồng độ trên 0,3M. Do đó,

dung dịch eter của tác chất Grignard thường rất ổn định trong môi trường khí trơ. Thật vậy,

một dung dịch eter của CH3MgI 2N được bảo quản kín khí có thể giữ trên 20 năm mà nồng

độ của chúng không thay đổi.

Trong THF, sự kết hợp xảy ra rất ít, dạng chủ yếu tồn tại hai dạng monomer RMgX

và R2Mg + MgX2 với hàm lượng tương đương.

Trong trimethylamin, phản ứng Grignard rất ít được thực hiện, chỉ dùng với các

alkyl halogenur đơn giản.

Ngoài ra, người ta còn sử dụng dung môi hidrocacbon nhưng phản ứng của alkyl halogenur và magie kim loại phải được thực hiện ở nhiệt độ trên 1000C. Chúng tồn tại chủ

yếu ở dạng R2Mg + MgX2 và dạng kết hợp nhiều phân tử với nhau.

1.2.3 Phản ứng ghép cặp Grignard[2,9]

1.2.3.1 Các loại phản ứng ghép cặp Grignard

Tác chất Grignard có thể phản ứng với các hợp chất sau:

- Oxi

- Lưu huỳnh

- Cacbon disulphid

- Sulfur dioxid

- Hợp chất alkyl halagenur

- Hợp chất cacbonyl: aldehit, ceton, ester, clorua acid, amid.

- Hợp chất chứa hidro hoạt động mạnh: H2O, ROH, NH3, RNH2.

- Hợp chất epoxid.

- Hợp chất cacbon dioxid

Trong khi đó, xúc tác Li2CuCl4 ( được điều chế từ LiCl và CuCl2 trong THF) cũng

được sử dụng trong phản ứng ghép cặp giữa tác chất Grignard và alkyl halogenur. Tolstikov

và các cộng sự đã tổng hợp thành công từ một alkyl halogenur phức tạp là

MgBr

Li2CuCl4, THF

n-C7H15

1–bromo–4–pentadecen với isobutylmagnesium bromur với hiệu suất trên 80%.

Tác chất cơ đồng RCu tạo thành có hoạt tính yếu hơn tác chất Grignard (đồng có điện

tích dương yếu hơn magie). Với tác chất Grignard có gốc R nhỏ (metyl, etyl) thì sự cộng

vào hợp chất cacbonyl liên hợp ( C = C – C = O) theo kiểu 1:2. Trong trường hợp có muối

OMgBr

H3C

Cu(I) làm xúc tác thì phản ứng xảy ra theo cơ chế 1:4 như các ví dụ dưới đây:

CH3MgBr, CuCl, Et2O H3C

1:4

CH3

H3C

CH3 CH3

H3C

CH3MgBr, Et2O

1:2

H2O

CH3

H3C

CH3

CH3 CH3

H3C

CH3

H3C

1.3 Phản Ứng Epoxy Hóa

Epoxit là ete vòng ba cạnh, thường gọi là oxiran. Epoxit là chất trung gian trong tổng hợp

hữu cơ, được dùng để chuyển ankel thành các nhóm chức khác nhau. Alken được chuyển thành

epoxit bằng peoxiaxit (peaxit). [9]

CH2Cl2

O H

+ R C O

C C

+

C C

R C OH O

Epoxi hóa anken rõ ràng là phản ứng oxi hóa vì số nguyên tử oxi được cộng vào nối

đôi. Peaxit là tác nhân oxi hóa chọn lọc cao. Một số peaxit thường gặp như là axit peefomic

HCOOH, axit peaxetic CH3COOOH, axit pebenzoic C6H5COOOH. Peaxit epoxy hóa

anken là quá trình một giai đoạn, trong đó đồng thời một vài liên kết bị đứt ra và hình thành

một vài liên kết khác, không có sự tham gia của ion trung gian kiểu cation hidroxyl OH+.

+

O R C OH

axit

alken

peaxit

epoxit

Trạng thái chuyển tiếp

Hiện nay, người ta thường dùng axit m-clopebenzoic để epoxi hóa. Axit này bền khi

bảo quản trong thời gian dài (đến 1 năm) và hoàn toàn không nguy hiểm khi sử dụng và

hiệu suất oxiran tương đối cao.

CH2Cl2

+

COOH

+

COOOH

0oC

Ngoài epoy hóa ankel dùng tác nhân peraxit. Tuy nhiên để epoxy hóa allyl ancol thì

người ta hay sử dụng phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless.

Phản ứng epoxy hóa Sharpless là phản ứng hữu cơ được dùng để chuyển đổi allyl

ancol đến expoxy ancol sử dụng xúc tác Titanium(IV) isopropoxide, tert–butyl hydroperoxit

(TBHP) và đietyl tactrat (DET) hoặc Điisopropyl tactrat (DIPT).

(-)-DET

Ti(OiPr)4,

t - BuOOH CH2Cl2, -20oC

(+)-DET

CO2Et

(+)-DET = EtO2C

OH (2R,3R)-diethyl 2,3-dihydroxysuccinate

Cấu trúc Ti(OiPr)4 có thể là:

(+)- và (-)-DIPT, diisopropyl tactrarte cũng có thể

được sử dụng và nhiều khi dẫn đến độ chọn lọc cao hơn.

Cơ chế xảy ra có thể tóm tắt như sau: [24,40]

Sơ đồ 1: cơ chế phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless

Tuy nhiên phản ứng xảy ra thường không hoàn toàn, quy trình xử lí thu sản phẩm

thường phức tạp và khó khăn. Trong đó điều kiện phản ứng cũng khắc nghiệt, cần nhiệt độ

thấp (dùng đá khô). Và phải chống ẩm tốt, đặc biệt là xúc tác Titan (IV) isopropoxit rất dễ

hút ẩm và khi đó chức năng xúc tác không còn nữa.

1.4 Phản Ứng Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua

Cấu trúc của phân tử Lithi nhôm hidrua.[44]

Các phản ứng của lithi nhôm hidrua

Sơ đồ 2: các phản ứng của Lithi Nhôm Hidrua

- Khử epoxit (oxiran) đến ancol [9]

Dưới tác dụng của LiAlH4 trong ete hoặc THF, các epoxit được chuyển thành ancol.

Phản ứng bao gồm sự tấn công nucleophin ion hidrua vào nguyên tử cacbon ít bị thế nhất

hoặc không bị án ngữ không gian để tạo thành ancol bậc hai hoặc bậc ba.

1)LiAlH4, ete

C6H5HC CH2

2) H3O+

C6H5HC CH3 OH

H3C

1)LiAlD4, ete

O C C

H3C

CH3

H3C H3C

2) H3O+

H C C D

Phản ứng mở vòng epoxit xảy ra do sự tấn công axial của ion hidrua

1)LiAlH4, ete

(H3C)3C

2) H3O+

1.5 Các Phản Ứng Đehidro Hóa Và Oxi Hóa Ancol [9]

Khi cho hơi ancol có bậc khác nhau đi qua xúc tác kim loại đồng kim loại ở 3000C,

chúng có sự khử khác nhau.

Các ancol bậc 1 và bậc 2 có thể bị đehidro hóa hoặc oxi hóa thành andehit hoặc xeton

tương ứng, trong khi đó các ancol bậc ba lại bị đehidro hóa thành ankel. Người ta thường

R C

R CH2 OH

dùng các phản ứng đó để phân biệt các ancol có bậc khác nhau.

Cu, toC -H2

ancol bâc 1

H aldehid

R C

CH OH

Cu, toC -H2

R R ancol bâc 2

xeton

Cu, toC

R R

R C H

-H2

R R CH2 C R

alken

ancol bâc 3

Phản ứng oxi hóa ancol bằng oxi chỉ dùng trong công nghiệp. Axit Cromic là tác

nhân tốt nhất cho việc oxi hóa ancol bậc 2 thành xeton trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Na2Cr2O7/H2SO4

R CH R' OH

R C R' O

H OH Na2Cr2O7/H2SO4

xiclohexanol

xiclohexanon (90%)

Ví dụ:

Axit cromic được điều chế bằng cách hòa tan natri đicromat (Na2Cr2O7) trong hôn

hợp axit sunfuric và nước. Tác nhân hoạt động trong hỗn hợp có thể là axit cromic, H2CrO4

-. Thêm crom oxit (CrO3) vào H2SO4, ta cũng thu được kết

hay là ion cromat axit, HCrO4

quả tương tự.

Tương tự như nhiều phản ứng khác, cơ chế phản ứng oxi hóa ancol bằng Cr(VI) xảy

ra theo nhiều giai đoạn. Thí dụ phản ứng oxi hóa propan-2-ol thành axeton bằng axit cromic

CH3

(H2CrO4), giai đoạn ban đầu là sự tạo thành este cromat:

+

H2O

H3C C H

O O Cr O

O HO Cr O

Este cromat

H3C C H Propan-2-ol

Axit Cromic

CH3

O +

OH H2O+

H3C C

H3C C H

O O Cr O

H2O

Giai đoạn tiếp theo là phản ứng E2, tạo thành axeton

Axeton

Cr(IV)

Cr(VI)

Như vậy, khi oxi hóa acol bậc hai cho axeton, còn khi oxi hóa ancol bậc một sẽ tạo

thành andehit.

[O]

O R C H

OH R CH H

R C OH

Nhưng andehit khác với xeton, nó dễ dàng bị oxi hóa tiếp theo đến axit.

Ancol bâc 1

Andehit

Axit cacboxylic

Việc điều chế andehit thường khó khăn, vì rằng hầu hết các tác nhân oxi hóa đủ

CH2OH Na2Cr2O7/H2SO4

O C

mạnh để oxi hóa các ancol bậc một cũng oxi hóa được andehit đến axit.

Xyclohexylmetanol

Axit Xiclohexancacboxylic 92%

Tác nhân oxi hóa tốt nhất, hạn chế việc oxi hóa các ancol bậc một, dừng ở giai đoạn

tạo thành aldehit là các dạng Cr(VI) trong môi trường khan. Trước hết phải kể đến phức

crom trioxit-pyridin có công thức (C6H5N)2CrO3 trong môi trường phản ứng điclometan.

(C6H5N)2CrO3

CH3CH2CH(CH2)4CH2OH

CH3CH2CH(CH2)4CHO CH3

CH2Cl2

Tổ hợp này được gọi là tác nhân Collin.

CH3 6-Metyloctan-1-ol

6-Metyloctanal 69%

Hai chất oxi hóa khác tương tự tác nhân Collin là Pyridinium clocromat (PCC), 2- đều xuất xứ từ

- và Pyridinium đicromat (PDC), (C5H5NH)2

2+Cr2O7

C5H5NH+ClCrO3

Cr (VI) và dung môi điclometan.

PCC

CH3(CH2)5 CH2OH

CH2Cl2

Heptan-1-ol

CH3(CH2)5 CHO Heptanal (78%)

PDC

CHO

(H3C)3C

CH2OH

(H3C)3C

CH2Cl2

Ancol p-tert-butylbenzylic

p-tert-Butylbenzandehit 94%

Các ancol bậc 2 cũng được oxi hóa đến axeton bởi những tác nhân dùng oxi hóa các

(C6H5N)2CrO3

H C OH

CH2Cl2

ancol bậc 1:

Diphenylmetanol

C O Benzophenon 96%

1.6 Tình Hình Sản Xuất Cà Phê Và Sâu Bệnh Hại Cây Cà Phê

1.6.1 Tình hình sản xuất cà phê của thế giới

Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 75 quốc gia trên thế giới với diện tích trên 10

triệu hecta và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn. Bốn nước có diện tích cà

phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu hecta chiếm 25% sản lượng cà phê thế giới, Côte

D'Ivoire (Châu Phi), Indonesia (Châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu hecta và Columbia có gần

1 triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700 ngàn tấn. Hạt cà phê được lấy từ hạt

của các loài cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae). Ba dòng cây cà phê chính là Coffea arabica

(Cà phê Arabica) – cà phê chè – và Coffea canephora (Robusta) – cà phê vối, cà phê mít -

Coffea excelsa – với nhiều loại khác nhau. Chất lượng hay đẳng cấp của cà phê khác nhau

tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau. Cà phê Robusta được đánh giá

thấp hơn so với cà phê Arabica do có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn.

Loại cà phê đắt nhất và hiếm nhất thế giới tên là Kopi Luwak (hay "cà phê chồn") của

Indonesia và Việt Nam. Đây không phải là một giống cà phê mà một cách chế biến cà phê

bằng cách dùng bộ tiêu hóa của loài cầy. Giá mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND

(1300 USD) và hàng năm chỉ có trên 200 kg được bán trên thị trường thế giới. Cà phê là

mặt hàng xuất khẩu quan trọng. Năm 2004, cà phê được xuất khẩu nông nghiệp tại 12 nước,

và vào năm 2005, nó xuất khẩu nông nghiệp hợp pháp thứ 7 trên thế giới tính theo giá trị.

Cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu, nhu cầu đòi hỏi của

người tiêu dùng không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận

để thay thế cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này

vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước. Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy

đủ là: sản phẩm cà phê đem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng. Trong cơ chế thị trường:

Tiền nào - của nấy, lại càng đúng với mặt hàng cà phê. Sản lượng cũng như chất lượng cà

phê lại phụ thuộc rất nhiều vào sâu bệnh hiện nay đối với cây.

1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê

Hạn chế lớn nhất đối với việc trồng cà phê đặc biệt là cà phê chè ở nước ta là tác hại

của sâu bệnh. Sâu đục thân (Xylotrechus quadripes) và bệnh gỉ sắt cà phê (Hemileia

vastatrix), là hai đối tượng sâu bệnh gây hại chính và nguy hiểm nhất hiện nay đối với cây

cà phê. Theo Chi cục bảo vệ thực vật tỉnh Lâm Đồng, sâu đục thân cà phê có tên

Xylotrechus quadripes Chevrovat. Khi trưởng thành là con xén tóc. Sâu lớn đẻ trứng vào vết

nứt của vỏ thân, sau khi nở, sâu non đục vào vỏ thành đường vòng xung quanh thân, tiện

ngang các mạch gỗ, sâu đục tới đâu, đùn phân và mùn cây ra phía sau trám kín lỗ lại. Khi

sắp chuyển thành nhộng, sâu đục ra phía gần vỏ, khi vỏ sắp thủng thì dừng lại và ở đó

chuyển thành nhộng. Do đường đục quanh thân cây nên cây rất dễ bị gãy. Do đặc điểm gây

hại như trên nên việc phòng trừ sâu đục thân bằng biện pháp hóa học ít hiệu quả. Theo

Phòng Nông nghiệp Đà Lạt, nếu không diệt trừ ngay bằng cách khoanh vùng và chặt đốt thì

đến tháng 10, 11 (thời điểm trứng phát triển), mức độ nguy hại sẽ cao hơn rất nhiều. (Theo

vietbao.vn).[42]

Sâu đục thân thường gọi là Bore (Xylotrechus quadripes Chevrolat) chỉ tác hại trên

giống cà phê chè ở tuổi cây thường từ cuối năm

thứ 3 trở đi. Sâu đẻ trứng vào kẻ nút của vỏ sau

đó sâu non nỏ vào phá hoại phần gỗ bên trong

thân cây là cho cây héo rồi chết. Loại sâu này

khả năng xuất hiện quanh năm nhưng tập trung

đẻ trứng rộ vào hai thời kỳ xuân, hè (tháng

3,4,5) và thu đông (tháng 10,11). Trồng cây

Hình 1: Thành trùng sâu đục

thân mình trắng (Xylotrechus quadripes)

bóng mát cho cà phê để hận chế sự tác hại của sâu. Dùng Boremun 4% phun phủ kín lên

thân cây từ ngọn đến gốc 1 năm 2 lần để diệt trừ trứng, sâu non và sâu trưởng thành vào

tháng 3-4 (xuân – hè) và tháng 10-11 (vụ thu đông). Những cây bị sâu nặng phải kịp thời

cưa cắt kịp thời để kịp thời diệt nguồn sâu trưởng thành. (Theo nongnghiep.dailyinfo.vn).

[42]

1.6.3 Đặc điểm sinh thái học côn trùng

(Xylotrechus quadripes; tk. sâu đục thân mình trắng), loài sâu họ Xén tóc

(Cerambycidae), bộ Cánh cứng (Coleoptera). Sâu trưởng thành có kích thước 9 - 19 mm,

con đực nhỏ hơn con cái, trên cánh cứng có hai vệt ngang đen nằm phía cuối cánh và nhiều

vệt vàng. Trứng hình bầu dục dài, một đầu tròn to, một đầu dài hẹp, dài 1,2 mm. Sâu non

màu trắng ngà, không có chân ngực và chân bụng, miệng có hàm trên rất cứng màu nâu đen.

Nhộng màu vàng sẫm. Sâu trưởng thành đẻ trứng vào kẽ nẻ vỏ cây. Sâu non mới nở đục vào

trong vỏ thành đường vòng, sau đó chui vào gỗ giữa cây. Khi sắp chui ra khỏi nhộng, sâu

đục một buồng sát vỏ cây, khi trưởng thành cắn vỏ chui ra ngoài. Vòng đời Sâu đục thân

(xén tóc) cà phê (SĐTCP) khoảng 125 - 215 ngày, mỗi năm 2 - 3 lứa. Phá hại nghiêm trọng

cà phê chè, cây bị hại nặng từ 3 tuổi và cây càng già càng bị hại nặng hơn. Cây bị sâu tiện

ngang thân, gặp gió to, cây cành gãy ngang vết đục. Sâu có ở tất cả các nước trồng cà phê.

Biện pháp phòng trừ: chăm sóc, làm cỏ, bón phân đầy đủ để cây phát triển tốt; hằng năm,

dùng thuốc trừ sâu quét thân hai lần. Ngoài SĐTCP, còn gặp sâu đục thân mình đỏ (Zeuzera

coffeae) thuộc họ Ngài đục thân gỗ (Cossidae) cũng gây hại cà phê.[43]

1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Đục Thân Cà Phê Mình Trắng

(Xylotrechus quadripes Chevrolat)

1.7.1 Pheromone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat)

- Công trình về pheromone của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat) đầu tiên do Jayarama, et al. (1998) công bố trong tạp chí Indian Coffee [21] xác

định hợp chất 2-hydroxy-decan-3-one (2-hydroxy-10-3Kt) là pheromone của loại sâu này.

- Năm 2001, Marc Rhainds et al. trong tạp chí Appl. Entomol. Zool. [32] đã công bố tổ

hợp pheromone của sâu đục thân cà phê là 2 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one

(2S-hydroxy-10-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) với tỷ lệ 100 : 2/mồi nhử.

decane-2,3-dione

(2S)-2-hydroxydecan-3-one

- Năm 2006, Hall D.R. et al. trong tạp chí J. Chem. Ecol. [20] lại công bố tổ hợp

pheromone của sâu đục thân cà phê là 7 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one

(2S-hydroxy-10-3Kt) : 3-hydroxydecan-2-one (3-hydroxy-10-2Kt) : (2S,3S)-octanediol

(2S3S-octanediol) : 2-hydroxyoctan-3-one (2-hydroxy-8-3Kt) : decane-2,3-dione

(10-2Kt3Kt) : 2-phenylethanol : caprylic acid với tỷ lệ 100 : 7 : 7 : 0.5 : 2 : 3 : 4/mồi nhử.

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây

Racemate

Đáng chú ý có công trình của Marc Rhainds et al. (2001) tổng hợp decane-

2,3-dione từ 2-octene, 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde và 3-hydroxydecan-2-one từ

octanal.[32]

Sơ đồ 3 Tổng hợp decane-2,3-dione từ 2-octene

Sơ đồ 4 Tổng hợp 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde

Sơ đồ 5 Tổng hợp 3-hydroxydecan-2-one từ octanal

Quang hoạt

- Công trình của Marc Rhainds et al. (2001) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt

(2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol.[32]

Sơ đồ 6: Tổng hợp (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol

- Công trình của Hall D.R. et al., (2006) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của

2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl ester của S-lactic acid.[20]

Sơ đồ 7: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl

ester của S-lactic acid

- Công trình của Lacey et al., (2007) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của

3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động học của racemate bằng Amamo AK lipase.[28]

Sơ đồ 8: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động

học của racemate bằng Amamo AK lipase

- Công trình của Hanks et al., (2007) công bố Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ

racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng periodic acid với xúc tác oxy hóa

ruthenium.[19]

Sơ đồ 9 Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng

periodic acid với xúc tác oxy hóa ruthenium

- Công trình của Lacey et al., (2008) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3-

alkanediol bằng phản ứng khử và tách đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh.[29]

Sơ đồ 10: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3-alkanediol bằng phản ứng khử và tách

đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh

- Công trình của Ryutaro Kiyota et al., (2009) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt

(2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol từ hexanoic acid.[27]

Sơ đồ 11: Tổng hợp (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol của Kiyota R.

Chương 2

NGHIÊN CỨU

2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là tổng hợp

2,3-decanedione, một thành phần pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình

trắng Xylotrechus quadripes Chevrolat, bằng một số kỹ thuật và phương pháp mới trong

tổng hợp hữu cơ.

2,3-decanedione là một diketone 10C, ketone ở vị trí 2 và 3, không có chọn lọc lập

thể. Diketone được oxi hóa từ alcohol.. alcohol có thể được tạo thành từ phản ứng ghép

Grignard (giữa tác chất Grignard với một andehit như acrolein) có thể dễ dàng thực hiện ở

điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt.

Sự tạo nối carbon - carbon là một nhóm phản ứng rất quan trọng trong tổng hợp hữu

cơ. Trước đây, chúng ta đã biết phản ứng của RX với Na, Zn, Ag; vinyl halide dưới tác

dụng CuCl, Zn-NiCl2 hay Cu; phản ứng của các allyl với propagyl halide. Ngoài ra, các

phản ứng hình thành liên kết carbon - carbon tiêu biểu đã và đang được quan tâm nghiên

cứu thực hiện như: phản ứng ghép đôi Heck, phản ứng Suzuki, phản ứng Tsuji-Trost (hay

còn gọi là phản ứng alkyl hóa allylic).

So với nhiều phương pháp để tạo nối carbon - carbon thì phản ứng ghép Grignard là

một trong những phản ứng quan trọng, đồng thời cũng được xem là một hướng đi thuận tiện

trong tổng hợp pheromone do có thể dễ dàng nghiên cứu thực hiện ở điều kiện Việt Nam và

cho hiệu suất khá tốt.

Hơn nữa, nguồn nguyên liệu đầu luôn giữ vai trò quyết định cho việc lựa chọn hướng

đi của sơ đồ tổng hợp. Do đó, lựa chọn nguồn nguyên liệu ban đầu thích hợp không kém

phần quan trọng, đôi khi giữ vai trò quyết định thành công cho cả sơ đồ tổng hợp

pheromone.

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein

Phản ứng Grignard được sử dụng để nối mạch cacbon giữa acrolein với

n-heptan bromua và n-pentan bromua

RMgBr

CHO

Phản ứng

Acrolein

R = C7H15, C5H11

 Nghiên cứu tổng hợp epoxy

Cho allyl ancol tác dụng với Diisopropyl tactrate (DIPT) với xúc tá Titan (IV)

isopropxide và tert–butyl hydroperoxit (TBHP).

(-)-Diisopropyl (D) tartrate

Titanium(IV) isopropoxide

tert-butyl hydroperoxide CH2Cl2, -20oC

Sơ đồ tổng hợp

a

b

c

d

Sơ đồ 12. Sơ đồ tổng hợp dencan-2,3-dione từ acrolein

Tác chất

a) Mg, THF, 0 – 5oC, siêu âm; b) Titanium (IV)isopropoxide, TBHP, DIPT, CH2Cl2 khan; c) LiAlH4, Et2O khan, 0 – 5oC, khuấy từ; d) PCC, CH2Cl2 khan, khuấy từ.

Sơ đồ chúng tôi lựa chọn có những đặc điểm sau:

Thứ nhất: nguyên liệu đầu, các tác chất cũng như xúc tác được lựa chọn là những hóa

chất cơ bản, có thể dễ tìm kiếm hoặc tổng hợp được trong điều kiện Việt Nam, đồng thời có

ý định thông qua các kết quả nghiên cứu đạt được trên các dẫn xuất của allyl ancol sẽ tiếp

tục mở rộng ứng dụng và phát triển để tổng hợp hoàn chỉnh pheremone của sâu đục thân cây

cà phê.

Thứ 2: Phản ứng có đặc tính lập thể có tính chọn lọc cao.

Thứ 3: Đưa ra một quy trình tổng hợp decane-2,3-dione với con đường hoàn toàn

khác so với những nghiên cứu trước đây.

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Việc xác đinh cấu trúc sản phẩm được thực hiên bằng các phương pháp phân tích

hiện đại: phổ cộng hưởng từ 1H-NMR và phổ 13C-NMR, IR, GC.

2.1.2.1 Qui ước và tính toán

Độ sạch: % theo GC, (đã lọc qua cột sắc ký).

% =

m tt % x m lt

Hiệu suất cô lập của các chất tổng hợp được tính theo công thức:

Trong đó: H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được (%)

mtt: khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (g)

mlt: khối lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (g)

2.1.2.2 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng

Chúng tôi chọn những điều kiện khảo sát để tìm ra những điều kiện thích hợp cho

phản ứng tổng hợp các ancol nhị có nối đôi, phản ứng epoxy hóa, khử hóa như:

- Thời gian phản ứng.

- Tỉ lệ mol của phản ứng.

- Nhiệt độ phản ứng.

Tổng hợp n-heptyl bromua

Phản ứng được tiến hành giữa n-heptanol, HBr và H2SO4 đậm đặc, H2SO4 được nhỏ

giọt chậm vào bình phản ứng đồng thời kết hợp với đun hồi lưu. Khi kết thúc nhỏ giọt thì

tiếp tục đun hồi lưu 30-40 phút. Hỗn hợp sau phản ứng được rửa với HCl đậm đặc, nước,

dung dịch NaHCO3 bão hòa, nước rồi làm khan bằng CaCl2. Sản phẩm thu được bằng

phương pháp chưng cất với điểm sôi 156ºC.

Tổng hợp 1-decen-3-ol

Sử dụng các kết quả nghiên cứu trước đây [5,6] về ứng dụng siêu âm trong phản ứng

Grignard, tác chất Grignard được tạo thành bằng bồn siêu âm trong 1 giờ. Phản ứng

Grignard được thực hiện bằng thanh siêu âm giữa halogenua ankylmagnesium và Acrolein ở 00C biên độ siêu âm 50% và khảo sát theo thời gian.

Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol

Quá trình tổng hợp dựa trên tài liệu tham khảo [25]:

Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm. Phản ứng được

thực hiện trên hệ thống khuấy từ.

Phản ứng giữa 1-decen-3-ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide

được thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản

ứng xảy ra lâu và xử lí phức tạp.

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột để loại bỏ một phần

ancohol còn dư, DIPT chưa bị xử lí hết rồi tiến hành phản ứng kế tiếp.

Tổng hợp decan-2,3-diol

Ete được làm khô trong Natri vụn, rồi chưng cất để thu được ete khô. Tiếp theo, cho

LiAlH4 vào bình 3 cổ được làm khô kĩ, thổi khí Nitơ để không lọt ẩm, thêm tiếp một lượng

ete, rồi hỗn hợp được làm lạnh trong 5 phút. Nhỏ giọt 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol trong ete

vào hỗn hợp phản ứng trong 30 phút. Tỉ lệ LiAlH4 và epoxy được khảo sát cho tỉ lệ thích

hợp là 1:1.5. Sau đó tiếp tục khuấy hỗn hợp qua đêm ở nhiệt độ phòng. Kết thúc phản ứng,

hỗn hợp được đem lọc nhanh qua cột silicagel bằng THF để loại bỏ chất khử dư. Rửa lại với

dung dịch NaCl bão hòa rồi làm khô bằng MgSO4 khan.

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, lọc cột silicagel để để thu được sản phẩm sạch.

Tổng hợp decan-2,3-dione

Phản ứng oxi hóa ancol thành keton chúng tôi sử dụng tác chất là pyridin

clorocromat trong dung môi điclometan khan. Tỉ lệ giữa PCC và ancol là 1:1.5

Sản phẩm thô thu được lọc nhanh qua cột Silicagel, sau đó xử lí để thu được sản

phẩm thô. Kiểm tra bằng TLC, lọc qua cột silicagel để thu được sản phẩm sạch.

1.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein

Các tài liệu trước đây, đã chỉ rõ hiệu quả của việc siêu âm kết hợp với khuấy cơ trong

THF

C7H15MgBr,

C7H15

CHO

phản ứng Grignard, nên trong đề tài này, chúng tôi chỉ tiến hành khảo sát thời gian phản ứng tối ưu cho hiệu suất cao nhất. Phản ứng được thực hiện ở 0 – 5oC (đá muối)

00C

Tác chất acrolein ban đầu đã được tổng hợp với độ sạch 99%. Theo các tài liệu trước

đây, thì tỉ lệ mol thích hợp nhất cho acrolein : C7H15Br là 1 : 2.0. Và phương pháp thực

hiện khuấy cơ kết hợp với siêu âm cho thời gian phản ứng rút ngắn hơn nhiều. Qua đó cho

thấy hiệu quả của sóng siêu âm thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các

bán chu kì tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra. Với sự hỗ trợ của siêu âm phản

ứng Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa. Tóm lại, phản ứng

Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn thời gian phản ứng, ít tốn dung môi

hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng

cũng được nâng cao đáng kể.

Dung môi cũng là một vấn đề cần nói tới, vì phản ứng Grignard cần tránh ẩm tốt nên

dung môi sử dụng cũng cần được xử lí để loại toàn bộ nước. Như vậy THF mua về, cần

được ngâm trong KOH trong môi trường khí Nito. Khi thực hiện phản ứng thì cho lọc qua

Nhôm oxit để loại toàn bộ các epoxit có thể tồn tại trong quá trình bảo quản, sau đó được

ngâm trong kim loại Natri vụn để loại toàn bộ nước sau đó chưng cất để thu được THF

khan.

Để tìm yếu tố thích hợp cho phản ứng, chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian tiến

hành phản ứng

Các yếu tố cố định:

• Tỉ lệ mol acrolein : n-heptyl bromua 1:2

• Phương pháp thực hiện: khuấy cơ kết hợp siêu âm

• Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ 0 – 5oC.

Yếu tố thay đổi: Thời gian của phản ứng

Bảng 1: So sánh hiệu quả phản ứng giữa acrolein và C7H15Br theo thời gian:

TT Phương pháp Thời gian (giờ) GC (%) Hiệu suất (%) Phụ lục

1 0,5 95.81 83.97 1

2 1,0 98.36 84.66 2 Khuấy cơ + Siêu âm

3 2,0 96.01 83.34 3

Ở bảng trên chúng tôi nhận thấy phương pháp kết hợp vừa khuấy cơ vừa siêu âm rút

ngắn thời gian rất nhiều (1 giờ). Qua đó cho thấy hiệu quả của sóng siêu âm trong hoạt hóa

và thúc đẩy phản ứng thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các bán chu kỳ

tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra. Với sự hỗ trợ của siêu âm phản ứng

Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa. Tóm lại, phản ứng

Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn được thời gian phản ứng, ít tốn dung

môi hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản

ứng cũng được nâng cao đáng kể (> 84%).

A: giai đoạn tạo tác chất Grignard B: giai đoạn phản ứng

Hình 2: Phản ứng tổng hợp 1-decen-3-ol từ acrolein kết hợp khuấy cơ và siêu âm

Trong quá trình tạo tác chất, có xảy ra phản ứng cạnh tranh giữa tác chất Grignard

MgBr

vừa hình thành với halogenua alkyl thêm vào.

+

Tetradecan

Phản ứng thế giữa tác chất Grignard với RX

Để phản ứng xảy ra tốt và đạt kết quả cao cần lưu ý:

Phản ứng phải tiến hành trong điều kiện khan nước, phải sấy kỹ dụng cụ thí

nghiệm, dung môi và tác chất phải được xử lý thật khan (THF phải được xử lý lại, làm khan,

chưng cất trong Na có sục N2 để tránh hút ẩm trước khi tiến hành làm phản ứng). Tác chất

Grignard là base mạnh nên dễ phản ứng với các hợp chất hydroxylic như alcohol và nước.

Hydroxide kim loại được tạo thành khi tác chất Grignard tiếp xúc với không khí ẩm đó là

một chất rắn màu trắng. Khi đó, lớp magnesium oxide tạo thành bao phủ ngoài kim loại làm

cho phản ứng khó xảy ra.

Khi tiến hành điều chế tác chất Grignard, có một lượng magnesium bị lắng xuống

đáy bình mà không phản ứng hoàn toàn nên khi nhỏ giọt alkyl halide vào sẽ dễ tạo điều kiện

sinh ra sản phẩm tự ghép của alkyl halide mà không tác dụng hết với tác chất Grignard, sản

phẩm đó sẽ chiếm ưu thế so với sản phẩm chính. Để hạn chế quá trình tự ghép xảy ra cần

đặc biệt chú ý một số điểm như tốc độ nhỏ giọt vừa phải, không để phản ứng xảy ra quá

mãnh liệt và không gia nhiệt bồn siêu âm trong lúc chưa nhỏ giọt hết

alkyl halide.

Về cơ chế phản ứng, thực chất đây là phản ứng cộng hợp giữa tác chất Grignard với

nối đôi C=O cho ra ancol bậc 2.

Cơ chế phản ứng trình bày như sau:

O

MgBr H3O+

OH

O

MgBr

O

+

C7H15MgBr

+ MgBrOH

C7H15

H

C7H15

H

C7H15

Nhận danh sản phẩm:

• 1-decen-3-ol là chất lỏng không màu, có nhiệt độ sôi ở 211,4oC/760 mmHg.

• Phổ IR (phụ lục 4)

Mũi hấp thu đặc trưng của 1-decen-3-ol là dao động hóa trị của liên kết O – H ở ν = 3351,69 cm-1. Ngoài ra còn có dao động hóa trị của H trên C sp2 ở ν = 2927,2 cm-1.

dao động hóa trị của C=C ở ν = 1644 cm-1.

Như vậy dựa trên phổ IR ta có thể kết luận có nhóm OH, có liên kết đôi.

• Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (Phụ lục 5,6,7)

0.9 (3H, t, J=7, H-10), 1,2–1,35 (10H, m, H-5->H-9), 1.46 - 1.56 (2H, m, H-4), 2.1 (1H, s, OH), 4.08 (1H, m, H-3), 5.09 (1H, d, J = 10, Ha), 5.2 (1H, d, J = 17, Hb), 5.8

– 5.9 (1H, m, H-2)

• Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 8)

Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C

Xuất hiện peak của nhóm C-OH tại 73.16 và của C=C tại 114 và 141 ppm

• Dựa trên phổ DEPT: (Phụ lục 9)

DEPT 135: 7 nhóm CH2 và 3 nhóm gồm (CH và CH3)

DEPT 90: 2 nhóm CH ở 75 và 140 ppm

 δC < 20 ppm là của CH3.

Bảng 2 : Dữ liệu phổ 1H–NMR của 1-decen-3-ol. (phụ lục 5,6, 7)

TT Số H và liên kết δ ppm Mũi

1 0.9 t, J = 7 3H, H-10

2 1.3 M 10H, H-5, H-6, H-7, H-8, H9

3 1.5 M 2H, H-4

4 2.1 S 1H, OH

5 4.1 M 1H, H-3

6 5.85 M 1H, H-2

7 5.1 d, J = 10 Ha

8 5.2 d, J = 17 Hb

Bảng 3: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 1-decen-3-ol (phụ lục 8,9)

Vị trí của C Dept 90 Dept 135 δppm

Biến mất Mũi âm 114 C-1

Mũi dương Mũi dương 141 C-2

73.16 Mũi dương Mũi dương C-3

37 Biến mất Mũi âm C-4

31.76 Biến mất Mũi âm C-5

Biến mất Mũi âm 29.5 C-6

Biến mất Mũi âm 29.2 C-7

Biến mất Mũi âm 25.3 C-8

Biến mất Mũi âm 22.5 C-9

Biến mất Mũi dương 14 C-10

Theo kết quả phổ nghiệm, có thể kết luận cấu trúc chất thu được là 1-decen-3-ol

8

6 3 4

10 a H 1

2

5

9

7 b

2.2.2 Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol

Dựa trên tài liệu tham khảo số [25] chúng tôi tiến hành phản ứng tổng hợp

1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol hay 1,2-epoxy-3-decanol.

Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm. Phản ứng được

thực hiện trên hệ thống khuấy từ.

TBHP 70% được làm khan bằng cách đun hồi lưu với benzen để loại hoàn toàn nước,

vì phản ứng này cần khô, tránh ẩm. Tuy cách này có thể giúp TBHP có thể khan hoàn toàn

nhưng khi đun hồi lưu với benzen thì benzen là một hóa chất độc hại nên chúng tôi không

tiến hành theo cách này mà TBHP được làm khô một phần bằng cách cho vào MgSO4 khan

trong 30 phút, sau đó được chiết bằng điclometan khan (điclometan khan được thực hiện

bằng cách chưng cất trong CaCl2) ta thu được TBHP khô tương đối.

Bình 3 cổ được làm khô kĩ, gắn hệ thống máy khuấy từ có thổi khí Nitơ và gắn ống

hút ẩm, cho vào bình 3 cổ một lượng DET, sau đó là xúc tác Titanium tetra (isopropoxide)

rồi làm lạnh trong 5 phút. Sau 5 phút, tiến hành nhỏ giọt 1-decen-3-ol trong CH2Cl2 vào

trong 30 phút, rồi tiếp tục thêm TBHP đã được làm khan vào. Tiếp tục khuấy trong 2h, sau

đó cho vào ngăn đá của tủ lạnh trong 18h.

Phản ứng giữa 1-decen-3ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide được

thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản ứng

xảy ra lâu và xử lí phức tạp.

B A

Hình 3. A. Phản ứng tổng hợp epoxy, B. dung dịch thu được sau phản ứng

Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng epoxy hóa. Chúng tôi thực hiện

khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng

Với một giá trị cố định đó là: tỉ lệ số mol thêm vào, phương pháp thực hiện phản ứng

là khuấy từ, thời gian phản ứng là như nhau, chỉ thay đổi giá trị nhiệt độ. Và tiến hành kiểm

tra phản ứng tạo thành bằng TLC.

Yếu tố cố định:

• Tỉ lệ mol: 1-decen-3-ol: DIPT: Titanium(IV) isopropoxide: TBHP = 1: 1.2 : 1 : 2.0

• Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút

• Thời gian phản ứng: khuấy trong điều kiện lạnh là 2h, không khuấy trong ngăn đá tủ

lạnh là 18h.

Yếu tố thay đổi: khảo sát ở 2 khoảng nhiệt độ đá muối ( 0 - 5oC) và đá khô/axeton

(-20oC).

Ở mỗi nhiệt độ khảo sát, hỗn hợp sau phản ứng được kiểm tra bằng TLC để tho dõi

tiến trình phản ứng.

1-decen-3-ol

epoxy

DIPT

Phản ứng thực hiện ở điều kiện nước Phản ứng thực hiện ở điều kiện đá

đá muối khô/axeton

Hình 4: Bản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng (n-hexan:Et2O=1:1)

Quan sát bản mỏng hình 3, ta nhân thấy:

Ở cả 2 điều kiện nhiệt độ đều có sự tạo thành sản phẩm. Tuy nhiên với điều kiện đá

khô, cho hiệu suất phản ứng cao hơn hẳn, lượng sản phẩm tạo ra nhiều hơn. Nhưng lượng 1-

decen-3-ol dư vẫn còn nhiều nên cần khảo sát lại tỉ lệ mol, tốc độ khuấy, thời gian của phản

ứng cho phù hợp. Do đó, để khảo sát các điều kiện sau,ta cần tiến hành phản ứng trong điều kiện nhiệt độ thấp (-20oC, đá khô).

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột rồi thực hiện phản

ứng kế tiếp.

Phản ứng tạo thành epoxy có thể tóm gọn

Cơ chế tạo thành [24,40]

iPrO OiPr Ti OiPr iPrO

HO OH

2xHOiPr

iPrO

OiPr

O OH

EtO

HOiPr

CO2Et

HOiPr

OiPr

EtO

CO2Et

OiPr

C7H15

EtO

CO2Et

HOiPr

C7H15

HOiPr

EtO

CO2Et

EtO

CO2Et

Sau khi phản ứng xảy ra, xử lí sản phẩm để thu được sản phẩm.

Cách xử lí được chia thành 2 lần:

Lần 1: bình 3 cổ chứa hỗn hợp phản ứng được làm lạnh bằng nước đá. Sau đó nhỏ

giọt hỗn hợp dung dịch của FeSO4 và axit tactaric trong 30 phút đến 1 giờ. Dung dịch thu

được chiết bằng Et2O, dịch chiết được rửa bằng NaCl bão hòa, làm khan bằng MgSO4 trong

30 phút sau đó cô sản phẩm.

Lần 2: thêm 80 ml Et2O khuấy với dung dịch KOH 1M tại 0oC trong 30 phút. Sau đó

tiếp tục khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng.

Sản phẩm được chiết và rửa với dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng MgSO4

sau đó cô đuổi dung môi và lọc cột silicagel để thu sản phẩm tinh khiết.

Phản ứng xảy ra như sau:

(-)-Diisopropyl D tartrate

C7H15

Titanium(IV) isopropoxide tert-butyl hydroperoxide

CH2Cl2, -20oC

Sản phẩm tạo thành được kiểm tra trên TLC để xác định sản phẩm. sản phẩm tạo

thành chính là vết ở giữa trên bản mỏng.

Trước khi xử lí Sau khi xử lí

Hình 5. Kiểm tra phản ứng epoxy hóa bằng TLC

Lưu ý: vì quá trình xử lí phức tạp, quá trình lọc cột khó thu được sản phẩm epoxy

tinh khiết. Theo tài liệu [25], để thu được sản phẩm tinh khiết, trước tiên cần chưng cất áp

suất kém, sử dụng cột Vigreux, sau đó cần lọc qua cột, rồi tiếp tục chạy HPLC để thu được

sản phẩm tinh khiết.

Vậy nên, để tiết kiệm cho quá trình này, chúng tôi chỉ tiến hành chưng cất áp suất

kém có sử dụng cột Vigreux, sau đó lọc sơ qua cột silicagel để loại bỏ một phần allyl ancol

còn dư và DIPT và các sản phẩm este còn lại. Sau đó, tiếp tục thực hiện quá trình kế tiếp.

2.2.3 Tổng hợp 2,3-decandiol

Sau khi đã tổng hợp được 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol thì ta tiến hành phản ứng khử

epoxy tạo được bằng LiAlH4.

Do LiAlH4 là 1 chất hút ẩm mạnh, trong không khí ẩm dễ bị phân hủy nên cần phản

ứng cần được giữ ẩm tốt. Để thực hiện quá trình khử, cần có các chuẩn bị sau:

Thứ nhất: Chuẩn bị dung môi: ete được loại nước bằng cách ngâm trong KOH sau đó

là trong Na kim loại vụn rồi chưng cất để thu được ete khan.

Thứ 2: 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol cần được làm khô kĩ, chưng cất, cô đuổi dung môi

trong chân không để thu được sản phẩm khan.

Thứ 3: quá trình thực hiện cần được làm khô kĩ, không để lọt ẩm, nên cần có hệ

thống có thổi khí Nitơ để loại bỏ khí ẩm.

Sau đó, bình 3 cổ được gắn trên máy khuấy từ có hệ thống hút ẩm, thổi khí Nitơ để

đảm bảo chống ẩm tốt.

Cân LiAlH4 cho vào bình 3 cổ, thêm ete khan, sục khí Nitơ. Phản ứng được làm lạnh

trong 5 phút, sau đó nhỏ giọt epoxy trong ete vào bình 3 cổ trong 30 phút, sau đó tiếp tục

khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng.

Để khảo sát phản ứng tạo thành, chúng tôi tiến hành khảo sát tỉ lệ mol của phản ứng

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol các chất

Yếu tố cố định

• Nhiệt độ phản ứng: đá muối (0 – 5oC) trong thời gian nhỏ giọt epoxy và điều

kiện thường sau khi đã nhỏ giọt hết

• Tốc độ vòng khuấy: 600 vòng/ phút

• Thời gian phản ứng: Làm lạnh phản ứng bằng đá muối trong suốt quá trình

phản ứng, sau khi nhỏ giọt hết epoxy, tiếp tục làm lạnh thêm 30 phút, sau đó

tiếp tục khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng.

Yếu tố thay đổi: tỉ lệ mol giữa epoxy và LiAlH4 lần lượt khảo sát là 1:1, 1:1.2, 1:1.5.

ở mỗi quá trình khảo sát, hỗn hợp thu được sẽ được kiểm tra bằng sắc kí bản mỏng

để theo dõi tiến trình phản ứng.

1:1 1:1.2 1:1.5

Hình 6: Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol phản ứng (n-hexan: Et2O = 1:1)

Nhận xét. Quan sát các hình TLC cho thấy, khi tỉ lệ mol giữa epoxy : LiALH4 là 1:1

hoặc 1:1.2 thì đều có sự tạo thành sản phẩm mới, tuy nhiên vết Epoxy vẫn còn khá đậm,

điều đó chứng min phản ứng chưa xảy ra hoàn toàn.

Khi tỉ lệ mol là 1: 1.5 thì ta nhận thấy vết epoxy đã biến mất. Vậy ở tỉ lệ mol này

phản ứng đã xảy ra hoàn toàn.

Kết luận: Tỉ lệ mol LiAlH4 : epoxy là 1.5 : 1 là điều kiện thích hợp cho phản ứng.

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

LiAlH4

C7H15

Et2O 0oC

Sản phẩm sinh ra được kiểm tra bằng TLC để xác đinh sản phẩm sinh ra, tỉ lệ dung

môi hiển thị là hexan – ete 1 : 1 thì sản phẩm sinh ra ở dưới epoxy trên TLC.

1-decen-3-ol

epoxy

2,3-decanediol

Hình 7: Kiểm tra phản ứng khử epoxy bằng TLC

Theo các vết hiện trên TLC, ta có thể kết luận rằng có sản phẩm sinh ra và lượng

epoxit đã phản ứng gần như hoàn toàn.

Sản phẩm sinh ra được lọc nhanh qua cột silicagel để loại bỏ chất khử dư, dung môi

khan.

giải li đó là THF, sau đó chiết lấy lớp hữu cơ, rửa lại bằng NaCl bão hòa, làm khan bằng

MgSO4

Hình 8: Khử hóa epoxid bằng LiAlH4 trong Et2O khan

Dưới tác dụng của LiAlH4 trong ete hoặc THF, các epoxit được chuyển thành ancol.

Phản ứng bao gồm sự tấn công nucleophin ion hidrua vào nguyên tử cacbon ít bị thế nhất

hoặc không bị án ngữ không gian để tạo thành ancol bậc hai hoặc bậc ba. Vậy nên ta thu

được sản phẩm chính là 2,3-decandiol.

H2O

C7H15

C7H15 OH H-AlH3

Cơ chế của phản ứng như sau

Phía C ít bị bị án

ngữ không gian Liên kết C-H mới

Do cấu trúc sản phẩm tạo thành tương đối đơn giản nên chúng tôi chỉ tiến hành kiểm

tra sản phẩm tạo thành bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Nhận danh sản phẩm.

Decane-2,3-diol ở dạng sáp, nhiệt độ sôi: 215°C /760 mmHg47.

• Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (phụ lục 10,11)

Xuất hiện tín hiệu 2 proton của của 2 nhóm OH ở δH = 2.01 (s, 2H).

δH = 3.6  3.8 là H của C2 và C3 (m, 1H), Proton của C4 ở δH = 1.4 (m, 2H).

3H của C1 ở δH = 1,1 (d, 3H, J = 6) 3H của C10 ở δH = 0,9 (t, 3H, J = 6.5).

10 proton của 5 nhóm CH2 (C5  C9) ở δH = 1.2  1.4 (m, 10H)

• Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 12)

Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C

2 pic đặc trưng của C-OH tại 70,4 và 75 ppm của C-2 và C-3

• Dựa trên phổ DEPT: (phụ lục 13,14)

DEPT 135: 6 nhóm CH2 và 4 nhóm gồm (CH và CH3)

DEPT 90 cho thấy có 2 nhóm CH

Bảng 4: Dữ liệu phổ 1H – NMR của 2,3-decanol (phụ lục 10,11)

TT Số H và liên kết δ ppm Mũi

1 3H, H-10 0.9 t, J =6.5

2 3H, H-1 1.1 d, J =6

3 1.3 m 10H, H-5, H-6, H-7, H-8, H-9

4 2H, H-4 1.5 m

5 2H, OH 2.1 S

6 1H, H-2 3.6 m

7 1H, H-3 3.8 m

Bảng 5: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 2,3-decanol (phụ lục 12,13,14)

Vị trí của C Dept 90 Dept 135 δppm

Biến mất Mũi dương 17 C-1

Mũi dương Mũi dương 75 C-2

Mũi dương Mũi dương 70 C-3

31.84 Biến mất Mũi âm C-4

31 Biến mất Mũi âm C-5

29.64 Biến mất Mũi âm C-6

Biến mất Mũi âm 29 C-7

Biến mất Mũi âm 26 C-8

C-9 Biến mất Mũi âm 23

Biến mất Mũi dương 14 C-10

Vậy công thức phân tử là:

4

6

8

10

3

1

5

9

7 2 OH

2.2.4 Tổng hợp 2,3-decandione

Chất cuối của sơ đồ phản ứng là một điketon được oxi hóa từ 2,3-decandiol bằng

pyridin clorocromat (PCC) trong dung môi đicloetan khan theo tài liệu số [15,18]. Ancol và tác

chất oxi hóa PCC được lấy theo tỉ lệ là 1 : 1.5 và khuấy trong 2 giờ trong điều kiện thường.

Tiến hành hòa tan 2,3-decanediol trong dichloromethane (CH2Cl2) rồi cho từ từ tinh

thể pyridinium chlorochromate vào hỗn hợp. Khuấy đều bằng máy khuấy từ cho phản ứng

xảy ra hoàn toàn ở nhiệt độ phòng.

Hình 9: Hỗn hợp oxi hóa hợp chất alcol bằng pyridin clorocromat (PCC) sau khi

kết thúc phản ứng

Phản ứng xảy ra như sau:

PCC

C7H15

CH2Cl2

Sau phản ứng, sản phẩm thô chứa cặn crom với pyridin như một lớp nhựa có thể làm

cho vấn đề xử lí trở nên phức tạp. Cần lọc nhanh qua chất hấp thụ silicagel làm cho chất

nhựa hấp thụ lên bề mặt, việc xử lí sẽ dễ dàng hơn. Sản phẩm thu được cần bảo quản trong

điều kiện mát, khô ráo.

Cơ chế phản ứng

H

O

H

O +6 Cr

+6 Cr

2 O

Cr

+

O

2 O

O +6 O

+

O

Cl

Cr +6

O

H

H C

C

- X

C7H15

C7H15 CH3

CH3

C7H15 CH3

H

O

2 +4 Cr

+

O

C

H

C7H15 CH3

Nhận danh sản phẩm:

Decane-2,3-dione là chất lỏng, nhiệt độ sôi: 216°C /760 mmHg

• Phổ IR: (phụ lục 15)

Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết C=O ở ʋ = 1713 cm-1, của liên kết –CH2

và –CH3 ở ʋ = 2878 cm-1 và ʋ = 2957 cm-1.

• Phổ 1H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (phụ lục 16, 17)

Xuất hiện tín hiệu proton của nhóm –CH3 ở δH = 0.92 ppm (t, J = 7 Hz, 3H, H-10); ở

δH = 2.18 ppm (s, 3H, H-1) và nhóm –CH2 ở δH = 2.44 ppm (t, J = 7 Hz, 2H, H-4).

• Phổ 13C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 18)

Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C và xuất hiện tín hiệu của –C=O– ở δC = 196.14

ppm (C-2) và ở δC = 196.35 ppm (C-3).

• Dựa trên phổ DEPT: (phụ lục 19)

DEPT 135: 6 nhóm CH2 và 2 nhóm gồm (CH và CH3)

DEPT 90 không thấy có pic hiện thị => không có nhóm CH

Bảng 6 : Dữ liệu phổ 1H – NMR của 2,3-decanone (phụ lục 16,17)

TT Số H và liên kết δ ppm Mũi

3H, H-10 0.9 t, J =7Hz 1

1.2 1.3 M 3 8H, H-6, H-7, H-8, H-9

2H, H-5 1.51.6 M 4

3H, H-1 2.15 S 2

2.4 t, J = 7Hz 5 2H, H-4

Bảng 7: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 2,3-decanedione (phụ lục 18, 19)

Vị trí của C Dept 135 Dept 90 δppm

22.15 Mũi dương Biến mất C-1

196.14 Biến mất Biến mất C-2

196.35 Biến mất Biến mất C-3

35.23 Mũi âm Biến mất C-4

32 Mũi âm Biến mất C-5

29.88 Mũi âm Biến mất C-6

29.50 Mũi âm Biến mất C-7

26 Mũi âm Biến mất C-8

C-9 23.00 Mũi âm Biến mất

14.13 Mũi dương Biến mất C-10

Vậy công thức phân tử là:

O

7

5

9

1

2

10

8

6 4 3

O

Chương 3

THỰC NGHIỆM

3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thiết bị và dụng cụ

Các thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp gồm có:

- Cân điện tử METTLER TOLEDO AB204, SARTORIUS GP 1503 P và G&G® của

hãng Electronic scale.

- Bồn siêu âm (ultrasonic cleaner) POWER SONIC 405, Korea và bồn siêu âm UC

45kHz, Đài Loan. Thanh siêu âm (ultrasonic processor) VIBRA CELL VC130, SONIC,

USA.

- Cột sắc ký sử dụng silica gel 60 (20-400 mesh, E Merck, Darmstadt, Đức)

- Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm, lớp hấp phụ bằng Merck silica gel 60F-254,

hiện hình dung dịch thuốc tím hoặc dung dịch H2SO4 10% (trong EtOH).

- Máy cô quay RE200/VC.

- Máy bơm chân không Trung Quốc, chân không 0.1 bar.

- Phổ IR được đo trên máy IR BRUKER EQUINOX55.

- Phổ 1H NMR, 13C NMR, DEPT được đo trên máy cộng hưởng từ hạt nhân

BRUKER AVANCE 500 NMR Spectrometer (Viện Công Nghệ Hóa học – Hà Nội) ở 500

MHz và 125 MHz.

- Các dụng cụ thủy tinh dùng trong tổng hợp gồm có bình cô quay, bộ chưng cất,

bình cầu ba cổ, bình quả lê hai cổ, bình tam giác, ống sinh hàn, bình cầu cổ nhám, becher

các loại, ống hút, pipet, ống đong, ống nghiệm, …

3.1.2 Hóa chất

o Hóa chất công nghiệp

- Cồn đốt

- Acetone

o Hóa chất của Trung Quốc

- Bromide acid (HBr) có nồng độ ≥ 40%

- Calcium chloride (CaCl2)

- Diethyl ether ((C2H5)2O)

- Ethanol (C2H5OH)

- n-Hexane

- Hydrochloric acid (HCl) có nồng độ 36-38%

- Magnesium sulfate (MgSO4)

- Natri

- Potassium hydroxide (KOH) có độ tinh khiết ≥ 82%

- Sodium chloride (NaCl) có độ tinh khiết 99.5%

- Sodium hydrocarbonate (NaHCO3) có độ tinh khiết 99.5%

- Sulfuric acid (H2SO4) có nồng độ 95-99%

o Hóa chất Acros

- Titanium(IV) isopropoxide

- Diisopropyl –(-) D tartrate

- Tert-butyl hydroperoxide.

o Hóa chất của Merck

- Bản mỏng tráng sẵn silica gel dạng 60 F254

- Silica gel dạng 60 F254

 Magnesium dùng cho phản ứng Grignard

 Heptanol

o Hóa chất của Labscan

- Tetrahydrofuran (THF)

3.1.3 Tinh chế một số hóa chất

- THF được làm khan sơ bộ bằng cách ngâm với KOH có thổi khí Nito. Trước khi

làm phản ứng cần lọc qua cột Al2O3 rồi sau đó ngâm trong Na vụn. Sau đó chưng cất có thổi khí Nito lấy đúng 67oC, thiết bị chưng cất cần phải có gắn ống chứa CaCl2 chống ẩm.

- Silica gel: Được cho vào cốc thuỷ tinh, sấy khoảng hai giờ ở 150ºC.

- Dietylether: Được làm khan sơ bộ bằng cách ngâm với KOH. Sau đó chưng cất với

Na trong khí nitơ trước khi làm phản ứng. Thiết bị chưng cất có gắn ống CaCl2 chống ẩm.

- MgSO4 khan: Nung MgSO4 cho đến khi nóng chảy thành chất lỏng rồi khô lại

thành khối rắn. Sau đó tán nhỏ thành hạt và được đựng trong chai kín dạng cổ nhám.

- Diclometan: được chưng cất lại trong CaCl2 rồi lấy đúng phân đoạn 61oC

- PCC (Pyridium chlorochromate)

Cho 46 ml acid HCl 6M (0.275 mol) từ từ vào 19.8 g (0.25 mol) pyridin được làm lạnh xuống 0oC trong 10 phút. Sau 5 phút khuấy hỗn hợp trên rồi thêm cẩn thận 25 g (0.25 mol) crom trioxid (VI) vào hỗn hợp trên và khuấy. Làm lạnh trở lại xuống 0oC để xuất hiện

tủa rắn màu vàng cam. Tủa rắn được lọc trên phễu Bruchner dưới chân không đến khô trong

1 giờ thu được 45.2 g (84%).

3.2 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT

3.2.1 Tổng hợp n-heptyl bromua

Cho 110.45 ml HBr đậm đặc (151.875 gam tương ứng 0.75 mol) vào bình cầu ba cổ,

sau đó cho từ từ 37 ml H2SO4 đậm đặc vào HBr khoảng 22 ml thì dừng lại. Sau đó cho tiếp

0.5 mol heptanol vào hỗn hợp hai acid HBr và H2SO4 (tỉ lệ 3: 1), lắc bình cầu. Kế tiếp cho

tiếp phần H2SO4 còn lại rồi đun hồi lưu hỗn hợp trong thời gian khoảng 2 giờ. Phản ứng kết

thúc, chiết bỏ lớp dưới, lấy lớp hữu cơ, sản phẩm thu được tiếp tục được rửa với HCl đậm

đặc, nước cất, dung dịch NaHCO3 bão hoà, nước cất, làm khan bằng CaCl2. Chưng cất thu

sản phẩm.

3.2.2 Tổng hợp 1-decen-3-ol theo phản ứng Grignard

Tác chất Grignard của n-heptylbromua 8.95g (0.05mol) và 1.3g Mg được nhỏ giọt bởi 2.8g (0.05mol) acrolein trong 20ml THF khan, khuấy mạnh ở 0oC trong 2 giờ hoặc siêu

âm trong 30 phút. Làm lạnh bình và hủy bằng dung dịch NH4Cl. Chiết eter và rửa bằng

dung dịch NaHCO3, nước, nước muối và làm khan bằng MgSO4. Cô đuổi dung môi và

thu được 6.9g (89%) 1-decen-3-ol. Điểm sôi

chưng cất dưới áp suất kém 211,4oC/760 mmHg.

Xác đinh cấu trúc sản phẩm: phụ lục 4-9

• IR (ν, cm-1): 3351.69 ( O–H), 3080 (CH=) , 2956, 2927, 2855 (H-Csp3),

1644 (C=C)

• 1H NMR (CDCl3, δ ppm) 0.9 (3H, t, J=7, H-10), 1,2–1,35 (10H, m, H-5->H-9),

1.46 - 1.56 (2H, m, H-4), 2.1 (1H, s, OH), 4.08 (1H, m, H-3), 5.09 (1H, d, J = 10, Ha), 5.2 (1H, d, J = 17, Hb), 5.8 – 5.9 (1H, m, H-2)

• 13C NMR (CDCl3, δppm) δ 14,03 (C-10), 22,62 (C-9), 25,3 (C-8), 29.2 (C-7),

29.5 (C-6), 31.76 (C-5), 37 (C-4), 73.16 (C-3), 141 (C-2), 114 (C-1).

3.2.3 Tổng hợp 1,2-epoxy-3-decanol.(3)

Dung dịch t-BuOOH 70% được làm khan lại, cho 6,65 ml TBHP vào Erlen, thêm

MgSO4 khan ngâm trong 15 phút sau đó được chiết lại với CH2Cl2 khan. Thu được TBHP

khan tương đối. có thể làm khan TBHP một cách hoàn toàn bằng cách đun hồi lưu TBHP

với benzen trong hệ thống hoàn lưu Dean – Stark tube có lắp bộ phận tách nước. Tuy nhiên,

vì Benzen khá độc hại, lại bị cấm lưu hành nên chúng tôi không tiến hành theo phương pháp

này.

Sử dụng bình 3 cổ, có gắn ống hút ẩm, phễu nhỏ giọt và ống sục khí Nito gắn lên hệ thống khuấy từ. Cho 6ml DIPT vào, thêm 20ml CH2Cl2 khan, làm lạnh bình đến -20oC (đá

muối/axeton) trong 5 phút rồi thêm nhanh 7.22 ml xúc tác Titanium (IV) issopropoxide.

Lưu ý phải thêm nhanh vì xúc tác hút ẩm rất mạnh, cần tránh ẩm tốt. sau đó khuấy trong 15

phút rồi nhỏ giọt 3,8g 1-decen-3-ol/20ml CH2Cl2. Khi nhỏ giọt hết thì thêm TBHP đã được

chuẩn bị vào. Tiếp tục khuấy trong 2h ở nhiệt độ -20oC. sau đó, đậy kín bình, cho vào ngăn

đá của tủ lạnh trong 18h.

Xử lí sản phẩm.

Lần 1: làm lạnh bình 3 cổ, nhỏ giọt dung dịch của 4g FeSO4 + 5g acid tartaric trong

30 phút đến 1h, dung dịch được chiết bằng Et2O, sau đó rửa lại với nước muối bão hòa rồi

làm khan bằng MgSO4 trong 300 phút. Cô sản phẩm

Lần 2: thêm 80ml Et2O, khuấy với 40ml dung dịch KOH 1M tại 0oC trong 30 phút

rồi tiếp tục khuấy thêm 1h. Sản phẩm được chiết và rửa với dung dịch NaCl bão hòa,làm

khan bằng MgSO4 khan, cô sản phẩm.

Chưng cất phân đoạn có sử dụng cột Vigreux, thu phân đoạn nhiệt độ ổn định, kiểm

tra bằng TLC rồi thực hiện quá trình kế tiếp.

3.2.4 Tổng hợp 2,3-decanediol

Cân 323mg LiAlH4 vào bình 3 cổ, thêm 7ml Et2O khan, sục khí Nito, có gắn ống hút

ẩm. Bình 3 cổ được làm lạnh bằng đá muối trong 15 phút. Nhỏ giọt (3)/35 ml Et2O khan.

Nhỏ giọt hết, tiếp tục làm lạnh khuấy thêm 30 phút sau đó khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng.

Sản phẩm được xử lí bằng cách lọc nhanh qua cột Silicagel để loại chất khử dư, với dung

môi chạy cột là THF sau đó dung dịch được rửa lại với NaCl bão hòa, làm khan bằng

MgSO4 khan, cô đuổi dung môi trong chân không, lọc cột Silicagel để thu sản phẩm tinh

khiết. Với dung môi chạy cột là n-hexan và ete.

Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 10-14)

• Nhiệt độ sôi: 215°C /760 mmHg.

• Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm): 0.9 (t, 3H, J=6.5, H-10),

1.15 (d, J = 6 Hz, 3H, H-1); 1.29 (m, 10H, H-9 -> H-5); 1,4 (m, 2H, H-4); 2.01 (s, 2H,

OH), 3.8 (m, 1H, H-3); 3.63 (m, 1H, H-2).

• Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm): 16.65 (C-1); 70.45 (C-2); 75 (C-3); 31.82

(C-4); 31.84 (C-5); 29.23 (C-6); 29.64 (C-7); 26 (C-8); 22.64 (C-9); 14.07 (C-10).

3.2.5 Tổng hợp 2,3-decanedione

Hòa tan 0.2 g hợp chất 2,3-decanediol trong 3 ml CH2Cl2, sau đó cho thêm 0.25 g

PCC vào hỗn hợp. Khuấy đều ở nhiệt độ phòng. Lớp cặn được lọc nhanh qua cột silicagel

sau đó dung dịch thu được được, rửa bằng dung dịch NaHCO3, nước và nước muối bão hòa.

Làm khan bằng MgSO4. Sản phẩm tinh khiết thu được bằng sắc ký cột.

Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 15-19)

• Nhiệt độ sôi: 216°C /760 mmHg.

• IR (νmax, cm-1): 1713 (C=O); 2878, 2957 (-CH2, -CH3); 1458 (-CH2); 1378 (-CH3).

• Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm): 0.92 (t, J = 7.5 Hz, 3H, H-10,); 1.23-1.33 (m,

8H, H-6,7,8,9); 1.57 (m, 2H, H-5); 2.44 (t, 2H, J = 7. Hz, H-4); 2.18 (s, 3H, H-1).

• Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm): 22.15 (C-1); 196.14 (C-2); 196.35 (C-3);

35.23 (C-4); 31.90 (C-5); 29.88 (C-6); 29.50 (C-7); 25.86 (C-8); 23.00 (C-9);

14.13 (C-10).

KẾT LUẬN

------

Nhìn lại mục tiêu ban đầu của đề tài, các kết quả mà khóa luận đạt được có thể tóm

tắt như sau:

Tiến hành phản ứng tổng hợp allyl ancol bằng phản ứng Grignard là 

1-decen-3-ol từ acrolein với hiệu suất 84,66%.

Từ allyl ancol thu được chuyển hóa thành epoxy, rồi tiến hành khử hóa epoxy 

thành điol bằng LiAlH4.

 Từ điol thu được, tiến hành oxi hóa diol bằng tác chất PCC trong Et2O khan

thu được diketon là 2,3-decanedione – một thành phần pheromone giới tính của sâu

đục thân cây cà phê mình trắng với hiệu suất toàn phần qua 4 bước là 48.75%. Thành

công này là cơ sở để tổng hợp thành phần pheromon tiếp theo bằng tác nhân Bakers’

Yeast mà không cần phải điều chế lại từ đầu.

 Ứng dụng thành công phương pháp siêu âm trong phản ứng Grignard, kết quả

cho thấy phản ứng xảy ra nhanh hơn, hiệu suất cao và quá trình xử lí bớt phức tạp.

KIẾN NGHỊ ------

Qua quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy có mấy điểm

cần phải tiếp tục phát triển như sau:

Trên cơ sở của phản ứng tạo epoxy, cần khảo sát tỉ lệ phản ứng tốt nhất, giảm 1.

thiểu quá trình lọc cột, tốn kém và mất nhiều thời gian

Từ 2,3-dencandione thu được, tiến hành tổng hợp thành phần pheromon giới 2.

tính tiếp theo là (2S)-2-hydroxydecan-3-one bằng phương pháp sử dụng nấm men

bánh mì sau đó tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học của phermon giới tính sâu

đục thân cây cà phê mình trắng, tiến tới triển khai ứng dụng sản phẩm này trong công

tác bảo vệ thực vật, kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

----------

Tiếng Việt

1. Nguyễn Tiến Công (2009) Một số phương pháp phổ Nghiên cứu cấu trúc phân tử,

Trường ĐHSP TP.HCM

2. Hồ Xuân Đậu, Cơ Sở Hóa Học Hữu Cơ, Học phần hữu cơ 2, Trường ĐHSP

TP.HCM.

3. Nguyễn Công Hào, Nguyễn Cửu Thị Hương Giang (1997), Những khả năng và biện

pháp phòng trừ sâu bệnh không gây ô nhiễm môi sinh, Nhà xuất bản Nông nghiệp.

4. Bùi Công Hiển (2002), Pheromon của côn trùng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

Thuật Hà Nội.

5. Đoàn Ngọc Nhuận, Lê Ngọc Thạch, Đặng Chí Hiền, Nguyễn Công Hào (2007) “Ứng

dụng siêu âm trong phản ứng ghép cặp chéo giữa tosilat alkil và tác chất Grignard”,

Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.HCM, tập 10, số

03 trang 42 – 46.

6. Đặng Chí Hiền, Nguyễn Công Hào, Nguyễn Cửu Hương Giang (2005) “Ứng dụng

siêu âm trong tổng hợp một số hợp chất dẫn dụ côn trùng”, Tạp chí khoa học và

công nghệ, tập 43, số 6A, trang 160 – 168.

7. Lê Thanh Sơn, Lê Việt Tiến, Nguyễn Công Hào, Đặng Chí Hiền (2007) “Nghiên cứu

tổng hợp một số synton trung gian và chất dẫn dụ côn trùng từ acrolein”, Hội nghị

KH &CN gắn với thực tiễn lần 2, 250-252.

8. Lê Thanh Sơn (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên

TP.HCM.

9. Đặng Như Tại- Ngô Thị Thuận(2010): Hóa học hữu cơ tập 1, NXB GD Việt Nam.

10. Lâm Sơn Tùng (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ.

11. Nguyễn Minh Trí (2008), Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ.

12. Th.S Từ Minh Thạnh, (2010) Giáo trình Hóa Học Hữu Cơ I, , Trường ĐHSP

TP.HCM.

13. Nguyễn Công Thuật (1996), Phòng trừ tổng hợp sâu bệnh hại cây trồng nghiên cứu

và ứng dụng, Nhà xuất bản Lao Động Hà Nội.

14. Lê Văn Trịnh, Nguyễn Văn Tuất, Nguyễn Thị Nguyên, Vũ Thị Sử (2005), Nghiên

cứu sử dụng pheromone giới tính côn trùng trong quản lý dịch hại cây trồng nông

nghiệp, Hội nghị côn trùng học toàn quốc lần thứ V - Hà Nội, tr. 514-519

Tiếng Anh

15. Agarwal S., Tiwari H. P., Sharma J. P (1990) “Pyridium Chlorochromate: an

Improved Method for its Sylthesis and use of anhydrous acetic as catalyst for

oxidation reaction”, Tetrahedron Lett, 46, 4417-4420.

16. Chae M.J, Jeon A.R, Park J.K., An D.K., 2011. A novel one-pot synthesis of

secondary alcohols from esters, Tetrahedron Letters 52, 1718–1720.

17. Chae M.J, Song, J.I, An D.K., 2007. Chemoselective Reduction of Esters to

Aldehydes by Potassium Diisobutyl-t-butoxyaluminum Hydride (PDBBA), Bull.

Korean Chem. Soc., 28(18), 2517-2518.

18. Corey E.J., Suggs W. (1975), “Pyridium Chlorochromate. An Efficient Reagent For

Oxidation of Primary and secondary Alcohols to Cacbonyl Compounds”,

Tetrahedron Lett, 16, 2647-2650.

19. Hanks L.M., Millar J.G., Moreira J.A., Barbour J.D., Lacey E.S., McElfresh J.S.,

Reuter F.R., Ray A.M. 2007. Using generic pheromone lures to expedite

Identification of aggregation pheromones for the cerambycid beetles Xylotrechus

nauticus, Phymatodes lecontei and Neoclytus modestus modestus. J. Chem. Ecol. 33,

889-907.

20. Hall D.R., Cork A., Phythian S.J., Chittamuru S., Jayarama B.K., Venkatesha M.G.,

Sreedharan K., Vinod Kumar P.K., Seetharama H.G., Naidu R. (2006)

“Identification of components of male-produced pheromone of coffee white

stemborer, Xylotrechus quadripes”, J. Chem. Ecol. 32, 195-219.

21. Jayarama, Venkatesh M.G., D' Souza M.V., Naidu R., Hall D.R., Cork A. 1998. Sex

pheromone of coffee white stem borer for monitoring and control is on the anvil.

Indian Coffee. 62,15-16.

22. Johnson, R.A Sharpless, K.B (1993) “In Catalytic Asymmetric Sylthesis”, Ojima, I.,

Ed; VCh: New York, , 103 – 158

23. Johnson, R.S.;Sharpless, K.B (1993) “Catalytic asymmetric epoxidation off allylic

alcohol”, Ojima, I.(Ed); VCH publisher; New York, , 103 – 158.

24. Karl Barry Sharpless, Sharpless Asymmetric Epoxidation

25. Kenji MORI, Tatsuya OTSUKA (1985), “Synthesis of (2S,3S)-2,3-octanediol and

(S)-2-hydroxy-3-octanone, the male sex pheromone of the grape borer Xylotrechus

Pyrrhoderus”,Tetrahedron Lett, Vol 41, No 3, 553-556.

26. Kim M.S, Choi Y.M., An D.K., (2007) “Lithium diisobutyl-t-butoxyaluminum

hydride, a new and efficient reducing agent for the conversition of the este to

aldehydes”, Tetrahedron Letters 48, 5061 – 5064

27. Kiyota R., Yamakawa R., Kawabuchi K., Hoshino K., Ando T., 2009. Synthesis of

the Deuterated Sex pheromone components of the Grape bore, Xylotrechus

pyrrhoderus, Biosci. Biotechnol. Biochem. 73(10), 2252-2256.

28. Lacey E.S., Moreira J.A., Millar J.G., Ray A.M., Hanks L.M. 2007. Male-produced

aggregation pheromone of the longhorned beetle Neoclytus mucronatus mucronatus.

Entomol. Exp. Appl. 122, 171-179.

29. Lacey E.S., Moreira J.A., Millar J.G., Hanks L.M. 2008. A male-produced

aggregation pheromone blend consisting of alkanediols, terpenoids, and an aromatic

alcohol from the cerambycid beetle Megacyllene caryae. J. Chem. Ecol. (in press).

30. Lai Yee Hing (1981), “Grignard Reagent from Chemically Activated Magnesium”,

Synthesis 1981 , 585 - 604

31. Michael B. Smith (1994), “Organic synthesis: Theory, reaction and method”, Mc.

Graw Hill, 685 – 719.

32. Rhainds M., Lan C.C., King S., Gries R., Mo L.Z., Gries G. 2001. Pheromone

communication and mating behaviour of coffee white stem borer, Xylotrechus

quadripes Chevrolat (Coleoptera: Cerambycidae). Appl. Entomol. Zool. 36, 299-309

33. Rhlid R.B, Fauve A., Veschambre H., 1989. Synthesis of the pheromone

components of the grape borer Xylotrechus pyrrhoderus by microbiological

reduction of an -diketone. J. Org. Chem., 54, 3221-3223.

34. Song J.I.; An D.K., 2007. New Method for Synthesis of Aldehydes from Esters by

Sodium Diisobutyl-t-butoxyaluminum Hydride, Chemistry Letters., 36(7), 886-887.

Các trang web tham khảo.

35. http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey/student/olc/ch16prepareeepoxides.ht

36. http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/prilezhaev-reaction.shtm

37. http://www.organic-chemistry.org/synthesis/C1O/epoxides2.shtm

38. http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/jacobsen-katsuki-

epoxidation.shtm

39. http://www.organic-chemistry.org/chemicals/oxidations/tert-

butylhydroperoxide.shtm

40. http://www.name-reaction.com/sharpless-epoxidation

41. http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey5th/Ch15/ch15-5.html

42. http://baovecaytrong.com/tracuubanghinhconchitiet.php?masp=103 43. http://dictionary.bachkhoatoanthu.gov.vn/default.aspx?param=15EFaWQ9MjU4OD AmZ3JvdXBpZD0ma2luZD1zdGFydCZrZXl3b3JkPXM=&page=4

Phụ lục 1: Khảo sát phản ứng trong 0.5 giờ

Phụ lục 2: Khảo sát phản ứng trong 1 giờ

Phụ lục 3: Khảo sát phản ứng trong 2 giờ

Phụ Lục4: phổ IR Của 1-decen-3-ol

Phụ lục 5: phổ 1H-NMR của 1-decen-3-ol

Phụ lục 6: phổ 1H-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol

Phụ lục 7: phổ 1H-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol

Phụ lục 8: phổ 13C-NMR dãn rộng của 1-decen-3-ol

Phụ lục 9: phổ DEPT của 1-decen-3-ol

Phụ lục 10: phổ 1H-NMR của 2,3-decanediol

Phụ lục 11: phổ 1H-NMR dãn rộng của 2,3-decanediol

Phụ lục 12: phổ 13C-NMR dãn rộng của 2,3-decanediol