Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc hợp chất 3 metyl 4 ơ2 (4 aminonaphtylazono) 3,4 dimetoxiphenylfuroxan

ê TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN CAO THỊ HỢP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC HỢP CHẤT 3METYL-4-[2-(4-AMINONAPHTYLAZONO)-3,4DIMETOXIPHENYL]FUROXAN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THANH HỐ, THÁNG – 2017 i TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN CAO THỊ HỢP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC HỢP CHẤT 3-METYL-4-[2-(4-AMINONAPHTYLAZONO)-3,4DIMETOXIPHENYL]FUROXAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐHSP HÓA Giảng viên hƣớng dẫn: TS TRỊNH THỊ HUẤN THANH HOÁ, THÁNG – 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết số liệu nêu luận án trung thực chƣa cơng bố cơng trình khác Sinh viên Cao Thị Hợp iii LỜI CẢM ƠN Sau trình thực đề tài, em học hỏi đƣợc nhiều điều bổ ích tích lũy đƣợc nhiều kiến thức quý báu lĩnh vực mà em nghiên cứu Do đó, trang đầu luận văn em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Cơ giáo T.S Trịnh Thị Huấn tận tình, chu đáo giúp đỡ em thực hoàn chỉnh có nhiều hiểu biết sâu sắc mơn học Và em xin chân thành cảm ơn tới thầy giảng dạy chúng em tận tình, nhiệt huyết suốt quãng thời gian dài năm học tập rèn luyện trƣờng Mặc dù có nhiều cố gắng để hồn thành khóa luận cách xác hồn chỉnh, nhiên khơng thể tránh khỏi sai sót nhầm lẫn Vì em mong thầy cô bạn tham khảo đóng góp ý kiến bổ ích để em chỉnh sửa điểm thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn! Thanh hóa, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Cao Thị Hợp iv DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ VÀ BẢNG ảng I.3.3.1 ác màu ph Bảng I.3.3.2 Sự ph thuộc max, max vào chiều dài mạch liên hợp Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp chất từ eugenol Bảng2.1 Dữ liệu tổng hợp chất trung gian từ eugenol Bảng 2.2 Một số liệu amit azo Sơ đồ Chuyển hóa eugenol thành 4-(3,4-dimetoxyphenyl)-3-metyl-1,2,5oxadiazol-N- oxit Sơ đồ Sự tạo thành dẫn xuất mononitro oxadiazol-N-oxit ( E4 ) Sơ đồ Chuyển hóa nhóm nitro thành nhóm amin Bảng 3.1 Hằng số vật lí dạng bề hợp chất nitro amin tổng hợp đƣợc Bảng 3.2 Một số vân hấp th phổ IR amin Sơ đồ Chuyển hóa nhóm amin thành hợp chất azo Bảng 3.3 Hằng số vật lí dạng bề hợp chất H tổng hợp đƣợc Hình 3.1 Phổ IR hợp chất H Bảng 3.4 Một số vân hấp th phổ IR azo Hình 3.2 Phổ 1HMNR hợp chất H Hình 3.3 Phổ giãn 1HMNR hợp chất H Hình 3.4 Phổ giãn 1HMNR hợp chất H Bảng 3.5 Tín hiệu cộng hƣởng 1HMNR hợp chất H,  (ppm), J (Hz) Hình 3.5 Phổ 13CNMR hợp chất H Bảng 3.6 Tín hiệu cộng hƣởng 13 CNMR hợp chất H,  (ppm) v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG KHÓA LUẬN H-NMR : 1H - Nuclear Magnetic Resonance 13 C-NMR : IR 13 C - Nuclear Magnetic Resonance : Infrared Spectroscopy vi MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài M c đích nghiên cứu Nhiệm v đề tài Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài NỘI DUNG ĐỀ TÀI hƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 MỘT VÀI NÉT VỀ EUGENOL 1.2 TÌNH HÌNH TỔNG HỢP VÀ CHUYỂN HỐ CÁC HỢP CHẤT CHỨA VÒNG 1,2,5-OXADIAZOL-N-OXIT NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY 1.2.1 Một số phƣơng pháp tổng hợp 1.2.1.1 Đime hóa - nitil oxit ……………………………………… 1.2.1.2 Tạo vòng 1,2,5 - oxadiazol từ olefin ……………………………… 1.2.2 Một số phản ứng chuyển hóa vịng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit 1.2.2.1 Phản ứng chuyển vị nhóm N - oxit vòng 1,2,5 - oxadiazol - N - oxit ………………………………………………………………………………… 1.2.2.2 Phản ứng vỡ vòng 1,2,5 - oxadiazol - N - oxit ……………………… 1.2.3 Ứng d ng hợp chất vòng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit 1.3 SƠ LƢỢC VỀ HỢP CHẤT MÀU AZO [7] 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Tên gọi 1.3.3 Khái niệm màu sắc, quan hệ cấu trúc màu sắc ………… .10 1.3.3.1 Khái niệm màu sắc, chất màu, phẩm nhuộm …………………… 10 1.3.3.2 Quan hệ cấu trúc chất màu sắc ………………………… 11 1.3.4 Một số loại phẩm nhuộm quan trọng 13 1.3.4.1 Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc cromopho ………………… 14 1.3.4.2 Phân loại phẩm nhuộm theo phƣơng pháp sử d ng ………………… 19 hƣơng II: THỰC NGHIỆM 22 2.1 TỔNG HỢP CÁC CHẤT 22 vii Tách eugenol từ tinh dầu hƣơng nhu 23 Tổng hợp metyl eugenol ( E1) 23 Đồng phân hóa eugenol thành isoeugenol ( E2 ) 23 Tổng hợp 3-metyl-4-(3,4-dimetoxiphenyl)furoxan ( E3 ) 24 Tổng hợp 3-metyl-4-(2-nitro-4,5-đimetoxiphenyl)furoxan ( E4 ) 24 Tổng hợp 3-metyl-4-(2-amino-4,5-đimetoxiphenyl)furoxan ( E5 ) 25 Tổng hợp chất màu 3-metyl-4-[2-(4-aminonaphtylazono)-3,4-dimetoxiphenyl] furoxan …………………………………………………………………………26 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT Error! Bookmark not defined hƣơng III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU Error! Bookmark not defined 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA AZO VÀ AMITError! Bookmark not defined 3.2.1 Tổng hợp Error! Bookmark not defined 3.2.2 Phổ hồng ngoại (IR) Error! Bookmark not defined 3.2.3 Phổ 1HNMR H …………………………………………………… 32 3.2.4 Phổ 13CNMR H …………………………………………………… 35 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 viii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Từ lâu dân gian ngƣời ta dùng hƣơng nhu làm thuốc chữa bệnh cảm cúm, sốt, nhức đầu, hôi miệng, đau răng…Tinh dầu hƣơng nhu thành phần thiếu chế dầu cao Eugenol thành phần tinh dầu hƣơng nhu khơng đƣợc sử d ng sản xuất hƣơng liệu mà đƣợc sử d ng sản xuất dƣợc có hoạt tính sinh học cao mà hầu nhƣ khơng gây độc cho thể Trong hóa học dị vịng, hợp chất chứa vòng 1,2,5-oxadiazol ( vòng furazan ) giữ vị trí khiêm tốn Các cơng trình nghiên cứu lĩnh vực cịn tƣơng đối Gần ngƣời ta phát số hợp chất loại có khả kháng nấm, diệt vi khuẩn, có tác d ng hệ thống thần kinh điều khiển việc co dãn mạch máu Đặc biệt N-oxit furazan ( gọi furoxan ) tỏ có hoạt tính dƣợc học húng đƣợc xếp vào loại chất giải phóng chậm nitooxit ( NO ) điều kiện sinh lý (trong thể) có triển vọng dùng làm thuốc dãn mạch máu, chống tắc nghẽn mạch máu nhồi máu dùng trị liêu bệnh tim mạch Ngồi ra, tác d ng kìm hãm tổng hợp axit nucleic vòng furoxan đƣợc nghiên cứu để điều trị ung thƣ Trong năm gần hóa học hợp chất dị vòng ngày phát triển mạnh mẽ tạo nhiều hợp chất có ứng d ng thực tiễn, đặc biệt y dƣợc Eugenol đƣợc sử d ng nƣớc hoa, hƣơng liệu, tinh dầu Eugenol đƣợc kết hợp với oxit kẽm để hình thành eugenol oxit kẽm có ứng d ng ph c hồi chỉnh hình nha khoa Các nỗ lực đƣợc thực để phát triển dẫn xuất eugenol nhƣ thuốc gây mê tĩnh mạch, nhƣ thay cho propanidid gây phản ứng ph chấp nhận đƣợc xung quanh chỗ tiêm nhiều bệnh nhân Nó đƣợc sử d ng sản xuất ổn định chất chống oxy hoá cho nhựa cao su Gần đây, phát eugenol isoeugenol, hợp chất thơm dễ bay hoa, đƣợc xúc tác loại enzyme loài Gymnadenia mã hóa gen cho enzym gen đặc trƣng loài Bên cạnh đó, nhu cầu màu sắc đời sống ngày cao lĩnh vực: thực phẩm, dƣợc phẩm, mỹ phẩm số ngành công nghiệp khác nhƣ dệt may, giày da… nên loại chất màu tổng hợp đƣợc quan tâm ngƣời Chính lý trên, em chọn đề tài: “Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất 3-metyl-4-[2-(4-aminonaphtylazono)-3,4-đimetoxiphenyl] furoxan” Mục đích nghiên cứu - Từ eugenol tinh dầu hƣơng nhu tổng hợp số chất chứa dị vịng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit Qua đó, rèn luyện kĩ thực hành tổng hợp chất phòng thí nghiệm - Từ eugenol tinh dầu hƣơng nhu tổng hợp hợp chất loại azo chứa dị vịng furoxan Nhiệm vụ đề tài - Từ eugenol tinh dầu hƣơng nhu, tổng hợp chất có hợp chất amit, hợp chất azo chứa dị vòng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit - Nghiên cứu cấu trúc tính chất hợp chất tổng hợp đƣợc, đặc biệt tính chất phổ (IR, 1H NMR,13C NMR) qua cung cấp liệu phổ hợp chất chứa dị vòng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit nhƣ mối liên hệ cấu trúc tính chất phổ Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu: - Đối tƣợng: Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất azo sở eugenol - Phạm vi nghiên cứu: Giữ lại phần giống với ancaloit, chuyển nhánh anlyl thành dị vòng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit để tạo chất chìa khố cho dãy hợp chất (chất chìa khố đƣợc coi chất mà từ dễ dàng tổng hợp nhiều dãy hợp chất khác) từ eugenol Phƣơng pháp nghiên cứu - Tổng hợp chất: Vận d ng phƣơng pháp tổng hợp hữu truyền thống có lựa chọn cải tiến cho thích hợp với đối tƣợng - Nghiên cứu cấu trúc: Dùng phƣơng pháp phổ IR, NMR kết hợp với phƣơng pháp hóa học - Phân tích phổ, hệ thống hoá liệu rút nhận xét Những đóng góp đề tài - Tổng hợp: Xuất phát từ eugenol tổng hợp đƣợc hợp chất có chứa dị vịng 1,2,5-oxadiazol-N-oxit có chất thuộc loại dẫn xuất azo Tổng hợp 3-metyl-4-(3,4-dimetoxiphenyl)furoxan ( E3 ) OCH3 H3C H3C-HC=HC OCH3 HNO2 OCH3 N O N O OCH3 (M3) Hòa tan 60 ml metyl isoeugenol (E2) 150 ml CH3 OOH đặc bình cầu hai cổ dung tích 500 ml, thêm từ từ 79 gam NaNO2 vào hỗn hợp 1,5 giờ, khuấy mạnh hỗn hợp phản ứng khoảng 26 giờ, mầu sắc dung dịch dần chuyển sang màu vàng đậm, sau đƣợc chất rắn màu vàng Sau kết thúc phản ứng, rửa sản phẩm thô nhiều lần nƣớc dung dịch Na2CO3 để loại axit dƣ, nƣớc đến môi trƣờng trung tính Kết tinh lại etanol đƣợc tinh thể dạng hình kim màu vàng Nhiệt độ nóng chảy 120 - 1210C , ký hiệu E3; Hiệu suất: 90% Tổng hợp 3-metyl-4-(2-nitro-4,5-đimetoxiphenyl furox n (E4) OCH3 OCH3 H3C H3C O HNO3/CH3COOH OCH3 N O N O OCH3 N O (M3) N O2N (M4) Hoà tan 11,8 gam (0,05 mol) 3-metyl-4-(3,4-đimetoxiphenyl)furoxan (E3) vào 60 ml axit axetic đặc bình cầu ba cổ dung tích 250 ml, lắp máy khuấy, sinh hàn hồi lƣu, phễu nhỏ giọt Nhỏ từ từ 12 ml HNO3 đặc (d = 1,41 g/ml) vào bình phản ứng, đun đến 60o 30 phút Sau để nguội hỗn hợp đến nhiệt độ phòng Thêm giọt từ 10 ml axit H2SO4 đặc (d= 1,84 g/ml) vào hỗn hợp Khi hết H2SO4, tăng dần nhiệt độ đến 60oC, khuấy mạnh giữ ổn định nhiệt độ Sau kết thúc thời gian phản ứng, để nguội lọc tách chất rắn, rửa nhiều lần nƣớc đá, trung hoà axit dƣ dung dịch Na2CO3 Kết tinh phần chất rắn thu đƣợc etanol, sản phẩm tách dạng tinh thể hình kim màu vàng Nhiệt độ nóng chảy: 195 - 1960C, ký hiệu E4; Hiệu suất: 85% 24 Tổng hợp 3-metyl-4-(2-amino-4,5-đimetoxiphenyl furox n ( E5 ) OCH3 OCH3 H3C H3C O Na2S2O4/NaOH OCH3 N O N O2N C2H5OH O OCH3 N O N H2N (M5) (M4) Cho 7,025 gam E4 (0,025 mol) vào 150 ml ancol bình cầu cổ có sinh hàn hồi lƣu, lắp máy khuấy, phễu nhỏ giọt, đun cách thuỷ bình phản ứng 700C, đồng thời khuấy mạnh để hòa tan hết E4 đƣợc dung dịch có màu vàng Cho từ từ hỗn hợp khử gồm 26,1 gam Na2S2O4 (0,15 mol) tan 200 ml dung dịch NaOH 0,75 M qua phễu nhỏ giọt vòng Sau cho hết hỗn hợp khử, giữ nhiệt độ ổn định, khuấy thêm Khi kết thúc thời gian phản ứng, cất đuổi dung môi để nguội cho thêm đá vào đem lọc chất rắn, rửa nhiều lần nƣớc cất đến môi trƣờng trung tính Kết tinh sản phẩm rắn tách ancol etylic, sản phẩm thu đƣợc có dạng tinh thể hình kim màu vàng Nhiệt độ nóng chảy: 175-1760C, ký hiệu E5; Hiệu suất: 70% Bảng2.1 Dữ liệu tổng hợp ch t trung gian từ eugenol Ký hiệu CTPT Hình dạng bề ngồi Kết tinh từ Đ/c, (oC) H/s (%) E1 C11H14O2 Chất lỏng, màu nâu E2 C11H14O2 Chất lỏng, màu vàng EtOH E3 C11H12N2O4 Hình kim , màu vàng EtOH 120-121 90 E4 C11H11 N3O6 Hình kim, màu vàng EtOH 195-196 85 E5 C11H13 N3O4 EtOH 175-176 70 Hình kim, màu vàng nhạt 25 80 67 Tổng hợp chất màu Tổng hợp chất màu 3-metyl-4-[2-(4- aminonaphtylazono)-3,4-đimetoxiphenyl]furox n (H) OCH3 H3C O OCH3 H3C OCH3 N O N NaNO2/HCl OCH3 N O O H2N N (E5) N NH2 O O OCH3 N O OCH3 H3C OCH3 H3C N OCH3 N O N N N=N N (H) N NH2 Giai đoạn (điazoni hóa) Cho 0,221 gam (1 mmol) 3-metyl-4-(2-amino-4,5-đime oxiphenyl f rox n (E5) vào bình cầu đáy bằng, thêm vào ml dung dịch HCl 3M (3 mmol), đem khuấy mạnh, đồng thời làm lạnh hỗn hợp đá + muối (nhiệt độ