Nghiên cứu phương pháp tổng hợp các dẫn xuất γ lactone bằng xúc tác cobalt

IăH CăQU CăGIAăTP HCM TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA -o0o - V ăNG CăPH NGăLINH NGHIÊNăC UăPH NGăPHÁPăT NGăH PăCÁCăD NăXU Tă -LACTONEăB NG XÚC TÁC COBALT SYNTHESIS OF -LACTONES USING COBALT CATALYSIS ChuyênăngƠnh:ăK ăThu tăHóaăH c Mưăs :ă8520301 LU NăV NăTH CăS TP.ăH ăCHệăMINH,ătháng 03 n mă2021 CỌNGăTRỊNHă TR Cán b h NGă CăHOÀNăTHÀNHăT I IăH CăBÁCHăKHOAăậ HQGă-HCM ng d n khoa h c: TS.ăNguy năThanhăTùng GS.ăTS.ăPhanăThanhăS năNam Cán b ch m nh n xét 1: TS.ăTr năPh căNh tăUyên Cán b ch m nh n xét β: TS.ăPhanăTh ăHoƠngăAnh Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM ngày 12 tháng 03 n m β0β1 Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: PGS.ăTS.ăNguy năTh ăPh TS.ăTr năPh ngăPhong – Ch t ch h i đ ng căNh tăUyên – y viên Ph n bi n TS.ăPhanăTh ăHoƠngăAnh – y viên Ph n bi n β TS.ăLêăV ăHƠ – y viên TS.ăNguy nă – Th kỦ ngăKhoa Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV Tr ngành sau lu n v n đ CH ăT CHăH Iă NGă ng Khoa qu n lỦ chuyên c s a ch a (n u có) TR NGăKHOA K ăTHU T HịAăH C IăH CăQU CăGIAăTP HCM TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA C NGăHọAăXẩăH IăCH ăNGH AăVI TăNAM căl pă- T ădoă- H nhăphúc NHI M V LU NăV NăTH CăS H tên h c viên: V ăNG CăPH NGăLINH Ngày, tháng, n m sinh: 03/11/1994 MSHV: 1870535 Chuyên ngành: K thu t Hóa h c I.ăTÊNă N i sinh: V nh Long Mã s : 8520301 ăTÀI:ă Tênăti ngăVi t: Nghiên c u ph ng pháp t ng h p d n xu t -lactone b ng xúc tác cobalt Tênăti ngăAnh: Synthesis of -lactones using cobalt catalysis II NHI MăV ăVÀăN IăDUNG: - Phát tri n ph ng pháp t ng h p -lactone t nguyên li u đ n gi n d n xu t styrene d n xu t -bromoacetic acid b ng xúc tác Cobalt - M r ng quy mô ph n ng, nghiên c u nh h ng c a u ki n ph n ng đ n kh n ng b n c a nhóm ch c - xu t c ch ph n ng III NGÀYăGIAOăNHI MăV : 19/08/2019 IV NGÀYăHOÀNăTHÀNHăNHI MăV : 25/12/2020 V.ăCÁNăB ăH NGăD N: TS Nguy n Thanh Tùng GS TS Phan Thanh S n Nam CÁNăB ăH TS Nguy n Thanh Tùng NGăD Nă TP HCM, ngày … tháng… n m CH ăNHI MăB ăMỌNă ÀO T O GS.TS Phan Thanh S n Nam TR TS Nguy n Thanh Tùng NGăKHOAăK ăTHU TăHịAăH C L I C Mă N Lu n v n th c s chuyên ngành K thu t Hóa h c v i đ tài “Nghiên c u th c hi n ph n ng hình thành liên k t Carbon-Carbon” k t qu c a q trình c g ng khơng ng ng ngh c a b n thân v i s giúp đ t n tình c a th y cơ, b n bè ng Qua đây, xin g i l i c m n chân thành sâu s c nh t đ n nh ng ng i thân i giúp đ th i gian h c t p th c hi n đ tài L i c m n đ u tiên xin dành cho gia đình tơi Gia đình ln đ ng viên, an i ch d a v ng ch c cho su t th i gian qua Dù quy t đ nh c a tơi có v i vàng nh th gia đình ln bên c nh ng h giúp tơi th c hi n C m n ba m hai em bên c nh giúp đ tơi có đ Xin g i l i c m c nh ngày hôm n chân thành sâu s c đ n th y h ng d n c a TS Nguy n Thanh Tùng GS TS Phan Thanh S n Nam Vì vài lý không mong mu n mà ph i chuy n h cu c ch y đua làm đ c ng c a vào nh ng ngày cu i c a ng lu n v n th c s nh ng th y v n ch p nh n h ng d n t o u ki n thu n l i cho tơi hồn thành lu n v n Nh có th y mà thêm v ng b c đ ti p t c đ ng nghiên c u lu n v n, c m n th y cho thêm c h i đ ng nghiên c u sau nh ng v p ngã t ng ch ng nh ph i b cu c Xin c m n th y t t n đáy lịng nh ng u chia s , d y d th y mang đ n vào lúc th y b t c đ ng th c hi n lu n v n Tôi xin c m n ch Tr n Th Loan em Ph m Thúy H ng ln đ ng hành v i tơi quãng đ ng v i câu nói “ ã vào ph i ra” Bên c nh tơi c ng xin g i l i c m n sâu s c đ n b n Lê Quang Phúc, Ph m LỦ Duy Thuy t t t c b n/anh h c viên, sinh viên t i phịng thí nghi m Nghiên c u c u trúc v t li u quan tâm, đ ng viên giúp đ su t q trình làm lu n v n Xin kính chúc th y m i ng i th t nhi u s c kh e thành công Xin chân thành c m n! TP.ăHCM,ăthángă01ăn mă2021 Tácăgi V ăNg căPh i ngăLinh TÓM T T Trong nghiên c u này, m t ph ng pháp m i đ t ng h p -lactone t nguyên li u đ n gi n, có s n d n xu t styrene d n xu t -bromophenylacetic acid đ c phát tri n Các ph n ng s d ng xúc tác Co(NO3)2.6H2O v i s h tr c a ph i t (ligand) dipivaloylmethane, đ c xem đóng vai trị quan tr ng vi c làm b n tr ng thái trung gian cobalt(III) Ngoài ra, s có m t c a base K2CO3 DMF c ng góp ph n thúc đ y ph n ng di n hi u qu Nhi u h p ch t v i nhóm ch c đa d ng nh ester, nitro, halogen đ u có th đ ph n ng ii c s d ng làm nguyên li u cho ABSTRACT Here in a method for synthesis of -lactones from commercially available chemicals namely styrene derivatives and -bromophenylacetic acids has been developed Reactions proceeded in the presence of Co(NO3)2.6H2O catalyst, assisted by dipivaloylmethane ligand Bases K2CO3 and DMF were crucial to obtain acceptable yields of the lactones Functionalities such as ester, NO2, and halogen groups were all compatible with reaction conditions iii L IăCAMă OAN Tác gi xin cam đoan lu n v n cơng trình nghiên c u c a cá nhân tác gi , đ th c hi n d is h ng d n c a TS Nguy n Thanh Tùng GS TS Phan Thanh S n Nam, t i Phịng thí nghi m Tr ng m (MANAR), Tr ng c HQG-HCM Phân tích c u trúc v t li u i h c Bách Khoa, HQG TP.HCM S li u, k t qu nghiên c u k t lu n lu n v n hồn tồn trung th c TP H Chí Minh, tháng 01 n m β0β1 Tácăgi V ăNg căPh iv ngăLinh M CL C L I C Mă N i TÓM T T ii ABSTRACT iii L IăCAMă OAN iv M C L C v DANH M C HÌNH vii DANH M C B NG .ix DANH M C CÁC T T V Nă CH VI T T T x NGă1:ăT NG QUAN 1.1 Gi i thi u d n xu t -lactone 1.β T ng h p d n xu t -lactone .2 1.2.1 T ng h p -lactone t ph n ng đóng vịng n i phân t 1.2.2 T ng h p vòng -lactone t ghép đôi liên phân t 1.γ S d ng xúc tác ph c cobalt cho trình t o liên k t C-C m i 17 1.4 Tính c p thi t m c tiêu nghiên c u 22 1.4.1 Tính c p thi t 22 1.4.β M c tiêu 23 CH NGă2:ăTH C NGHI M 24 β.1 Hóa ch t 24 β.β Ph ng pháp nghiên c u .25 β.γ Thi t b - d ng c 25 2.4 Th c nghi m 26 β.4.1 Quy trình cho ph n ng kh o sát u ki n .26 β.4.β Quy trình cho thí nghi m l p s n ph m 27 v CH NGă3:ăK T QU VÀ BÀN LU N .28 γ.1 nh h ng đ n ph n ng t ng h p -lactone 28 γ.1.1 nh h ng c a nhi t đ ph n ng 28 γ.1.β nh h ng c a lo i mu i cobalt 29 γ.1.γ nh h ng c a l 3.1.4 nh h ng c a lo i base 34 3.1.5 nh h ng c a lo i dung môi 37 γ.1.6 nh h ng c a môi tr ng mu i cobalt 33 ng th c hi n ph n ng 39 γ.β Phân tích s n ph m 40 γ.γ Kh o sát nh h ng c a nhóm ch c .42 γ.4 Kh o sát kh n ng s d ng -bromoacetic acid có ch a cacbon t c p .46 γ.5 Kh o sát kh n ng s d ng -bromoacetate có ch a cacbon t c p .48 3.6 CH xu t c ch ph n ng .49 NGă4:ăK T LU N 52 DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH KHOA H C 53 TÀI LI U THAM KH O 59 PH L C .63 vi DANH M C HÌNH Hình 1.1: M t s h p ch t ch a lactone t nhiên Hình 1.2: T ng h p -lactone t ph n ng đóng vịng n i phân t c a -hydroxy acid Hình 1.3: T ng h p -lactone t ph n ng liên ti p (domino) oxi hóa-đóng vịng .3 Hình 1.4: Halo-lactone hóa có ch n l c quang h c Hình 1.5: Lactone hóa ch n l c quang h c s d ng xúc tác phosphine oxide .5 Hình 1.6: Selenelactone hóa s d ng xúc tác phosphorous triamide Hình 1.7: Lactone hóa d n xu t butenoic-3-acid s d ng h p ch t iodine có s oxi hóa cao Hình 1.8: T ng h p lactone t ph n ng đóng vịng n i phân t c a d n xu t -alkenyl carboxylic acid Hình 1.9: T ng h p d n xu t -lactone có nhóm th ch a d t Hình 1.10: T ng h p d n xu t -lactone t -allenyl carboxylic acid Hình 1.11: T ng h p d n xu t -lactone t -alkenyl carboxylic acid s d ng u ki n oxy hóa Wacker .8 Hình 1.12: T ng h p lactone t ph n ng ghép đôi gi a 2-iodobenzoic acid alkyne đ u m ch Hình 1.13: T ng h p lactone t ph n ng ghép đôi gi a methyl 2-iodobenzoate alkyne gi a m ch 10 Hình 1.14: Ph n ng t ng h p -lactone s d ng xúc tác quang Ir(bpy)3 10 Hình 1.15: Ph n ng ghép đôi gi a alkene -bromo amide s d ng xúc tác ph c nickel 12 Hình 1.16: Ph n ng đánh d u đ ng v O đ ki m tra c ch cho ph n ng ghép đôi gi a alkene -bromo amide 12 Hình 1.17: Ph n ng ghép đôi gi a d n xu t styrene d n xu t -bromo s d ng xúc tác đ ng(I) 13 Hình 1.18: Ph n ng ghép đôi gi a d n xu t acrylate d n xu t -bromo amide s d ng xúc tác đ ng(I) 14 vii 95 mg (77%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.β8 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.04 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 5.37 (dd, J = 10.0, 6.3 Hz, 1H), 2.41 (dd, J = 12.9, 6.3 Hz, 1H), 2.23 (s, 3H), 1.99 (dd, J = 12.8, 10.1 Hz, 1H), 1.30 (s, 3H), 1.24 (s, 3H) 13C NMR (126 MHz, CDCl3) 181.5, 169.4, 150.6, 1γ7.0, 1β6.5, 1β1.9, 77.1, 46.1, 40.8, 25.0, 24.2, 21.1 HRMS (ESI) tính tốn lỦ thuy t cho CTPT C14H17O4 [M+H]+: 249.2855; giá tr ghi nh n đ c: 249.2849 84 3,3-Dimethyl-5-(3-nitrophenyl)dihydrofuran-2(3H)-one (5f) 56 mg (48%); ch t l ng màu vàng nh t, k t tinh ch m đ ngồi khơng khí 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 8.22 – 8.21 (m, 1H), 8.20 – 8.18 (m, 1H), 7.72 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.60 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 5.56 (dd, J = 10.0, 6.0 Hz, 1H), 2.61 (dd, J = 12.5, 6.0 Hz, 1H), 2.07 (dd, J = 12.5, 10.0 Hz, 1H), 1.41 (s, 3H), 1.34 (s, 3H) 13C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 180.9, 148.5, 141.8, 131.3, 129.9, 123.2, 120.4, 76.2, 45.8, 40.7, 24.8, 24.1 85 3,3-Dimethyl-5-(naphthalen-2-yl)dihydrofuran-2(3H)-one (5h)3 86 110 mg (92%); tinh th màu tr ng Nhi t đ nóng ch y: 1β0-122 ºC 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.90 – 7.81 (m, 4H), 7.54 – 7.46 (m, 2H), 7.41 (dd, J = 8.5, 1.5 Hz, 1H), 5.62 (dd, J = 10.0, 6.5 Hz, 1H), 2.56 (dd, J = 13.0, 6.5 Hz, 1H), 2.16 (dd, J = 13.0, 10.0 Hz, 1H), 1.41 (s, 3H), 1.33 (s, 3H) 13 C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 137.0, 133.3, 133.2, 128.9, 128.2, 127.9, 126.7, 126.5, 124.5, 123.0, 77.9, 46.2, 40.9, 25.2, 24.5 87 3,3-Dimethyl-5-(4-methylthiazol-5-yl)dihydrofuran-2(3H)-one (5i)2 64 mg (61%); ch t l ng không màu k t tinh ch m đ ngồi khơng khí 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 8.71 (s, 1H), 5.70 (dd, J = 10.0, 6.0 Hz, 1H), 2.56 (dd, J = 12.5, 6.0 Hz, 1H), 2.49 (s, 3H), 2.14 (dd, J = 12.5, 10.0 Hz, 1H), 1.38 (s, 3H), 1.36 (s, 3H) 13C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 180.5, 151.64, 151.58, 1β9.8, 71.γ, 46.4, 40.8, 24.9, 24.0, 15.4 Pan, G.-H.; Song, R.-J.; Li, J.-H Org Chem Front 2018, 5, 179 88 3,3-Dimethyl-5-(p-tolyl)dihydrofuran-2(3H)-one (5k)3 89 82 mg (80%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.19 – 7.14 (m, 2H), 7.12 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 5.34 (dd, J = 10.0, 6.0 Hz, 1H), 2.38 (dd, J = 13.0, 6.0 Hz, 1H), 2.28 (s, 3H), 1.99 (dd, J = 13.0, 10.0 Hz, 1H), 1.29 (s, 3H), 1.23 (s, 3H) 13C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 181.8, 1γ8.β, 1γ6.4, 1β9.4, 1β5.4, 77.7, 46.1, 40.8, 25.0, 24.2, 21.2 90 5-(4-Methoxyphenyl)-3,3-dimethyldihydrofuran-2(3H)-one (3cj)3 92 mg (84%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.β7 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 6.91 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 5.40 (dd, J = 10.5, 6.0 Hz, 1H), 3.81 (s, 3H), 2.43 (dd, J = 12.5, 6.0 Hz, 1H), 2.08 (dd, J = 12.5, 10.5 Hz, 1H), 1.36 (s, 3H), 1.32 (s, 3H) 13C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 181.7, 159.7, 1γ1.β, 1β7.0, 114.1, 77.7, 55.γ, 46.0, 40.9, 25.0, 24.2 91 Ethyl 2,2-dimethyl-4,4-diphenylbut-3-enoate (7a)3 Liu, C.; Tang, S.; Liu, D.; Yuan, J.; Zheng, L.; Meng, L.; Lei, A Angew Chem Int Ed 2012, 51, 3638 92 100 mg (68%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.γ0 – 7.22 (m, 3H), 7.22 – 7.11 (m, 5H, trùng l p v i tín hi u c a CHCl3), 7.11 – 7.05 (m, 2H), 6.04 (s, 1H), 3.67 (q, J = 7.1 Hz, 2H), 1.24 (s, 6H), 1.07 (t, J = 7.1 Hz, 3H) 13C NMR (126 MHz, CDCl3, ppm) 176.4, 14γ.4, 141.5, 1γ9.γ, 1γ4.β, 1γ0.1, 1β8.0, 1β7.8, 127.25, 127.24, 127.1, 60.4, 44.0, 27.8, 13.9 93 Ethyl 2,2-diethyl-4,4-diphenylbut-3-enoate (7b) 114 mg (71%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.β8 – 7.21 (m, 2H), 7.19 – 7.12 (m, 5H, trùng l p v i tín hi u c a CHCl3), 7.08 – 7.03 (m, 2H), 6.12 (s, 1H), 3.78 (q, J = 7.1 Hz, 2H), 1.69 – 1.56 (m, 4H), 1.09 (t, J = 7.1 Hz, 3H), 0.74 (t, J = 7.5 Hz, 6H) 13C NMR (125 MHz, CDCl3, ppm) 175.6, 143.6, 141.9, 139.7, 131.8, 129.6, 128.0, 127.8, 127.19, 127.18, 127.0, 60.2, 52.1, 29.2, 14.1, 8.8 HRMS (ESI) tính tốn lỦ thuy t cho CTPT C22H27O2 [M+H]+ 323.2006; giá tr ghi nh n đ c: 323.2012 94 Ethyl 1-(2,2-diphenylvinyl)cyclobutane-1-carboxylate (7c) 95 122 mg (80%); ch t l ng không màu 1H NMR (500 MHz, CDCl3, ppm) 7.γ7 – 7.24 (m, 8H, trùng l p v i tín hi u CHCl3), 7.11 (dd, J = 7.7, 1.5 Hz, 2H), 6.27 (s, 1H), 4.06 (q, J = 7.1 Hz, 2H), 2.37 – 2.29 (m, 2H), 2.05 (dt, J = 9.4, 5.6 Hz, 2H), 1.93 (ddd, J = 17.3, 10.9, 8.8 Hz, 1H), 1.74 (dtd, J = 15.5, 9.2, 4.4 Hz, 1H), 1.25 (t, J = 7.1 Hz, 3H) 13 C NMR (126 MHz, CDCl3, ppm) 175.9, 14β.9, 141.7, 1γ9.γ, 1γβ.γ, 1γ0.1, 128.1, 127.9, 127.7, 127.4, 127.2, 60.7, 49.7, 32.9, 16.3, 14.1 HRMS (ESI) tính tốn lý thuy t cho CTPT C21H23O2 [M+H]+ 307.1693; giá tr ghi nh n đ c: 307.1690 96 97 LÝ L CH TRÍCH NGANG H tên: V Ng c Ph ng Linh Ngày, tháng, n m sinh: 03/11/1994 N i sinh: V nh Long a ch liên l c: Block Bβ, Chung c City Gate, s 15, Ph ng Võ V n Ki t, ng 16, Qu n 8, Tp H Chí Minh i n tho i: 0942 715 106 Email: Phlinhvl@gmail.com QUÁăTRỊNHă ÀOăT O 2012 – 2018: Sinh viên đ i h c – Tr ng i h c Bách Khoa – HQG TP HCM, Ngành: Công ngh V t li u, Chuyên ngành: V t li u Kim Lo i 2018 – nay: H c viên cao h c – Tr ng i h c Bách Khoa – HQG TP HCM, Ngành: K thu t Hóa h c Q TRÌNH CƠNG TÁC 2018 – 2019: Nghiên c u viên – Phịng Thí nghi m Tr ng di m Cơng ngh Hóa h c D u khí, i h c Bách Khoa, i h c Qu c gia TP HCM 2019 – nay: Nhân viên phịng QC – Cơng ty C ph n C khí Xây d ng Th ng m i i D ng 98 ... t: Nghiên c u ph ng pháp t ng h p d n xu t -lactone b ng xúc tác cobalt Tênăti ngăAnh: Synthesis of -lactones using cobalt catalysis II NHI MăV ăVÀăN IăDUNG: - Phát tri n ph ng pháp t ng h p -lactone. .. ketone/acetate/acetamide s d ng xúc tác cobalt( II) 20 Hình 1.27: Aryl/allyl hóa -bromoamide s d ng xúc tác cobalt 21 Hình 1.28: Aryl hóa -bromo- -lactam s d ng xúc tác cobalt 22 Hình... ng xúc tác quang hóa Ru(bpy)3Cl2 .17 Hình 1.24: Ph n ng ghép đôi d ng Heck s d ng xúc tác ph c cobalt 18 Hình 1.25: Ph n ng difluoroalkyl hóa/ph n ng Giese s d ng xúc tác ph c cobalt