Nghiên cứu sử dụng chất lỏng làm ion dung môi xanh green solvent thay thế dung môi hữu cơ thông thường trong phản ứng knoevenagel và phản ứng sonogashira

Tóm Tắt Đề Tài Ba loại chất lỏng ion họ 1-alkyl-3-methylimidazolium ([BMIM][PF6], [HMIM][PF6], [OMIM][PF6]) tổng hợp với hỗ trợ vi sóng cấu trúc loại chất lỏng ion phân tích phương pháp đại H1 C13 MNR, MS Chất lỏng ion sử dụng làm dung môi (green solvent) cho phản ứng Knoevenagel Sonogashira Xúc tác Chitosan hạt nano từ tính phân tích phương pháp phân tích đại XRD, SEM, TEM, FT-IR, AAS, TGA, hấp phụ nitơ Độ chuyển hóa thu 99% cho hai phản ứng Knoevenagel Sonogashira Xúc tác có tính dị thể khơng bị hịa tan vào dung dịch phản ứng thu hồi tái sử dụng nhiều lần Chất lỏng ion sử dụng làm dung môi xanh thu hồi tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính giảm không đáng kể Three ionic hexafluorophosphate hexafluorophosphate liquids, including ([BMIM][PF6]), ([HMIM][PF6]), 1-butyl-3-methylimidazolium 1-hexyl-3-methylimidazolium and 1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([OMIM][PF6]) were synthesized, and characterized by 1H and 13C NMR, and MS The ionic liquid could be used as an efficient solvent for Knoevenagel Sonogashira reaction Chitosan and amino-functionalized cobalt ferrite (CoFe2O4) superparamagnetic nanoparticles was characterized by XRD, SEM, TEM, FT-IR, AAS, TGA and nitrogen physisorption measurements The reaction could only proceed in the presence of the solid catalyst, and there was no contribution from leached active amine species in the reaction solution The ionic liquid solvent and catalysts could be recovered and reused several times without a significant degradation in efficiency i Mục Lục Tóm Tắt Đề Tài i Mục Lục ii Danh sách chữ viết tắt v Danh sách hình vi Danh sách bảng .vii Phần Mở Đầu - Chương I Tổng quan - Chương II Nội dung phương pháp - 11 2.1 Điều chế chất lỏng ion 1-alkyl-3-methylimidazolium bromide, xác định cấu trúc chất lỏng ion - 11 2.1.1 Mô tả nội dung: - 11 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu & Các tiêu theo dõi - 11 2.1.3 Sản phẩm nội dung cần đạt - 17 2.2 Nghiên cứu sử dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh cho phản ứng Knoevenagel Sonogashira - 17 2.2.1 Nghiên cứu thực phản ứng Knoevenagel dung môi xanh chất lỏng ion .- 17 2.2.1.1 Nội dung thí nghiệm: - 17 2.2.1.2 Bố trí thí nghiệm: - 17 2.2.1.3 Phương pháp nghiên cứu - 18 2.2.1.4 Các tiêu theo dõi - 18 2.2.1.5 Sản phẩm nội dung cần đạt - 18 2.2.2 Nghiên cứu thực phản ứng Sonogashira dung môi xanh chất lỏng ion - 18 2.2.2.1 Nội dung thí nghiệm: - 18 2.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu - 18 2.2.2.3 Các tiêu theo dõi - 19 2.2.2.4 Sản phẩm nội dung cần đạt - 19 2.2.3 Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng chất lỏng ion cho phản ứng Knovoenagel Sonogashira - 19 Chương III Kết Quả Bàn Luận - 20 ii 3.1 Phân tích cấu trúc chất lỏng ion - 20 3.2 Bàn luận - 25 3.2.1 Tổng hợp loại chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium bromide - 25 3.2.2 Tổng hợp loại chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 27 3.3 Nghiên cứu sử dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh cho phản ứng Konoevenagel Shonogashira - 29 3.3.1 Sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng Knovoenagel với Chitosan làm xúc tác bazơ - 29 3.3.1.1 Nghiên cứu xúc tác - 29 3.3.1.2 Kết bàn luận - 30 i) Phân tích tính chất Chitosan - 30 ii) Khảo sát hoạt tính xúc tác - 33 ii.1) Ảnh hưởng tỉ lệ benzaldehyde : malononitrile - 33 ii.2) Ảnh hưởng nồng độ xúc tác - 34 ii.3) Ảnh hưởng loại dung môi - 35 ii.4) Khảo sát tính đồng thể xúc tác Chitosan - 37 ii.5) Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng xúc tác chitosan - 38 3.3.1.3 Kết Luận - 41 3.3.2 Sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng Knoevenagel sử dụng xúc tác bazơ cố định hạt nano có từ tính - 42 3.3.2.1 Tổng hợp xúc tác amin chất mang nano từ tính - 42 3.3.2.2 Nghiên cứu xúc tác - 43 3.3.2.3 Kết bàn luận - 43 i) Phân tích tính chất hạt nano từ tính - 43 ii) Khảo sát hoạt tính xúc tác - 46 ii.1) Ảnh hưởng nồng độ xúc tác - 46 ii.2) Khảo sát ảnh hưởng loại chất lỏng ion khác nhau: - 48 3.3.2.3 Kết luận: - 50 3.3.3 Sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác Pd với hỗ trợ vi sóng - 51 3.3.3.1 Nghiên cứu xúc tác - 51 iii 3.3.3.2 Kết bàn luận - 51 i) Ảnh hưởng aryl bromide - 52 ii) Ảnh hưởng bazơ - 53 - iii) Ảnh hưởng nồng độ xúc tác - 54 - iv) Ảnh hưởng tỉ lệ Pd:Cu - 55 - v) Ảnh hưởng dung môi - 56 - 3.3.2.3 Kết luận - 58 Chương 4: Kết Luận Kiến Nghị - 59 Tài liệu tham khảo - 60 Phụ lục - 64 - iv Danh sách chữ viết tắt GC : Sắc kí khí GC-MS : Sắc kí khí – khối phổ MNR : Cộng hưởng từ hạt nhân XRD : Nhiễu xạ tia X SEM : Kính hiển vi điện tử quét TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua FT-IR : Phổ hồng ngoại AAS : Phân tích nguyên tố TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng [BMIM][PF6] : 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [HMIM][PF6] : 1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [OMIM][PF6] : 1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate v Danh sách hình Hình 2: Cấu trúc số chất lỏng ion thường gặp Hình 1: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion 1-Alkyl-3methylimidazolium bromide Hình 2: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion 1-Alkyl-3methylimidazolium hexafluorophosphate Hình 3: Hiệu suất tổng hợp chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium bromide Hình 2.4: Hiệu suất tổng hợp chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate Hình 5: Ảnh SEM bề mặt xúc tác Chitosan Hình 6: Ảnh TEM xúc tác Chitosan Hình 7: Nhiễu xạ tia X xúc tác Chitosan Hình 8: Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) xúc tác Chitosan Hình 9: Phổ hồng ngoại xúc tác Chitosan Hình 10: Ảnh hưởng tỷ lệ tác chất lên phản ứng Knoevenagel sử dụng xúc tác Chitosan Hình 11: Ảnh hưởng nồng độ xúc tác Chitosan lên phản ứng Knoevenagel Hình 12: Ảnh hưởng loại chất lỏng ion lên phản ứng Knoevenagel sử dụng xúc tác Chitosan Hình 13: Khảo sát khả hòa tan tâm xúc tác Chitosan Hình 14: Khả thu hồi tái sử dụng Chitosan chất lỏng ion Hình 15: Thu hồi tái sử dụng xúc tác Chitosan Hình 16: Thu hồi tái sử dụng chất lỏng ion Hình 17: Nhiễu xạ tia X hạt nano từ tính Hình 18: Phân tích nhiệt trọng lượng hạt nano từ tính Hình 19: Ảnh SEM hạt nano từ tính Hình 20: Ảnh TEM hạt nano từ tính Hình 21: Ảnh hưởng nồng độ mol xúc tác nano từ tính lên tốc độ phản ứng Knoevenagel Hình 22: Ảnh hưởng loại chất lỏng ion lên tốc độ phản ứng Knoevenagel Hình 23: Khảo sát tính dị thể xúc tác nano từ tính Hình 24: Khả thu hồi chất lỏng ion xúc tác nano từ tính Hình 25: Ảnh hưởng loại aryl bromide lên tốc độ phản ứng Sonogashira (1) 1bromo-4-nitrobenzene, (2) 4-bromobenzonitrile, (3) 4’-bromoacetophenone, and (4) bromobenzene Hình 26: Ảnh hưởng bazơ lên tốc độ phản ứng Sonogashira Hình 27: Ảnh hưởng nồng độ xúc tác lên tốc độ phản ứng Sonogashira Hình 28: Ảnh hưởng tỷ lệ Pd:Cu lên tốc độ phản ứng Sonogashira Hình 29: Ảnh hưởng loại chất lỏng ion lên tốc độ phản ứng Sonogashira Hình 30: Khả thu hồi tái sử dụng chất lỏng ion xúc tác Pd:Cu vi Danh sách bảng Bảng 1: Hiệu suất tổng hợp loại chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium bromide Bảng 3.2: Hiệu suất tổng hợp loại chất lỏng ion họ 1-Alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate vii Phần Mở Đầu Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh (green solvent) thay dung môi hữu thông thường phản ứng Knoevenagel phản ứng Sonogashira Chủ nhiệm đề tài: Lê Khắc Anh Kỳ Cơ quan chủ trì: Trung Tâm Phát Triển Khoa Học Cơng Nghệ Trẻ Thời gian thực đề tài: 12 tháng Kinh phí duyệt: 80 triệu đồng Kinh phí cấp: 61.725.000 theo TB số: 112/TB-SKHCN ngày 01/11/2011 Mục tiêu: • Nghiên cứu thực phản ứng Sonogashira phản ứng Knoevenagel dung môi xanh chất lỏng ion - nhằm tiến đến việc thay dung môi hữu truyền thống độc hại khơng an tồn cho người lao động cho môi trường dung môi xanh phản ứng • Góp phần thúc đẩy nghiên cứu hóa học xanh Việt Nam, xu tất yếu của ngành hóa học cơng nghệ hố học giới chưa nghiên cứu nhiều Việt Nam • Góp phẩn đẩy mạnh cơng tác nghiên cứu khoa học đội ngũ cán giảng dạy, học viên cao học sinh viên đại học Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Trực tiếp phục vụ cơng tác đào tạo đại học, từ góp phần nâng cao chất lượng luận văn tốt nghiệp đại học Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Nội dung: Công việc dự kiến Điều chế chất lỏng ion 1-alkyl-3methylimidazolium bromide, xác Công việc thực Đã tổng hợp thành cơng phân tích -1- định đặc trưng chất lỏng ion cấu trúc loại chất lỏng ion [BMIM][PF6], [HMIM][PF6], [OMIM][PF6] Nghiên cứu thực phản ứng Knoevenagel dung môi xanh chất lỏng ion Nghiên cứu khả thu hồi tái sử dụng dung môi chất lỏng ion phản ứng Knoevenagel Đã nghiên cứu thành công sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng Knoevenagel Chất lỏng ion thu hồi tái sử dụng lần Đã nghiên cứu thành công sử dụng Nghiên cứu thực phản ứng Shonogashira dung môi xanh chất lỏng ion làm dung môi cho phản chất lỏng ion ứng Sonogashira Nghiên cứu khả thu hồi tái sử dụng dung môi chất lỏng ion phản ứng Shonogashira Chất lỏng ion thu hồi tái sử dụng lần -2- Chương I Tổng quan Một lĩnh vực nghiên cứu ngày thu hút quan tâm cộng đồng nhà hóa học vấn đề thay dung môi hữu dễ bay truyền thống dung môi xanh (green solvent), nhằm hạn chế bất lợi dung môi hữu thông thường gây liên quan đến vấn đề cháy nổ vấn đề an toàn cho người lao động, ảnh hưởng việc sử dụng dung môi hữu độc hại dễ bay lên mơi trường sống [1] Bên cạnh đó, việc thay dung môi hữu truyền thống dung mơi xanh cịn liên quan đến vấn đề cải thiện trình tách tinh chế sản phẩm, vấn đề thu hồi tái sử dụng xúc tác – đặc biệt xúc tác kim loại chuyển tiếp đắt tiền Một dung môi xem xanh so với dung môi hữu truyền thống nghiên cứu chất lỏng ion (ionic liquid) Chất lỏng ion định nghĩa chất lỏng chứa toàn ion mà khơng có phân tử trung hịa [2] Thường gặp muối chứa cation hữu tetraalkylammonium, alkylpyridinium, 1,3-dialkylimidazolium, tetraalkylphosphonium (Hình 1) Các chất lỏng ion sử dụng làm dung môi có số tính chất đặc biệt liệt kê Nhờ vào tính chất này, chất lỏng ion thể nhiều ưu điểm so với dung môi hữu truyền thống, nhờ chúng xem dung mơi xanh cho tổng hợp hữu Các tính chất đặc trưng tổng quát chất lỏng ion thường gặp [3]: Các chất lỏng ion hồn tồn khơng bay khơng có áp suất Do đó, chúng không gây vấn đề liên quan đến cháy nổ, an toàn cho người vận hành môi trường sống – vấn đề thường gặp sử dụng dung môi hữu dễ bay truyền thống -3- trình chúng tơi khảo sát khả thu hồi tái sử dụng chất lỏng ion Phản ứng thực dung môi ]BMIM][PF6] sử dụng mol% xúc tác khuấy nhiệt độ phòng vòng 6h Sau phản ứng xong, xúc tác nano từ tính tách khỏi dung môi phản ứng cách áp lực từ trường vào Chất lỏng ion khơng có xúc tác rửa nhiều lần với lượng dư diethylether để loại bỏ sản phẩm tác chất chưa phản ứng khỏi dung môi chất lỏng ion Chất lỏng ion thu hồi sử dụng vài lần cho phản ứng tiếp theo, sử dụng xúc tác điều kiện giống với điều kiện phản ứng sử dụng xúc tác Kết phần thực nghiệm chứng tỏ chất lỏng ion có khả thu hồi tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính giảm khơng đáng kể (hình 2.24) Conversion (%) 100 80 60 40 20 Run Hình 24: Khả thu hồi chất lỏng ion xúc tác nano từ tính 3.3.2.3 Kết luận: Xúc tác amino cố định lên hạt nano có từ tính tổng hợp phân tích tính chất phương pháp đại XRD, SEM, TEM, TGA, VSM, FT-IR, phân tích nguyên tố, hấp phụ vật lý Xúc tác sử dụng xúc tác bazơ dị thể cho phản ứng Knonoenagel benzaldehyde malononitrine dung môi chất lỏng ion Độ chuyển hóa đạt cao điều kiện bình - 50 - thường khơng cần mơi trường khí trơ Phản ứng xảy có xúc tác tâm hoạt động xúc tác khơng bị hịa tan vào dung mơi phản ứng Chất lỏng ion thu hồi tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính giảm khơng đáng kể Có thể nói kết hợp xúc tác nano từ tính chất lỏng ion làm dung mơi có nhiều lợi điểm q trình truyền thống quy mô công nghiệp 3.3.3 Sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác Pd với hỗ trợ vi sóng 3.3.3.1 Nghiên cứu xúc tác Một hỗn hợp 1-bromo-4-nitrobenzene (0.4393 g, 2.15 mmol), phenylacetylene (0.36 ml, 3.28 mmol), piperidine (0.64 ml, 6.47 mmol), nhexadecane (0.06 ml) đóng vai trị chất nội chuẩn ml chất lỏng ion [BMIM][PF6] cho vào bình cầu phản ứng có chứa sẵn xúc tác Pd Cu(I)I chất đồng xúc tác Hỗn hợp phản ứng gia nhiệt lị vi sóng (Sanyo-EM2086W) 440 W Độ chuyển hóa phản ứng thu cách lấy mẫu thời điểm xử lý với ml nước cất Sau đó, hợp chất hữu trích với ml diethyl ether, làm khan với Na2SO4 cuối phân tích sắc kí khí (GC) với chất nội chuẩn n-hexadecan Các sản phẩm phản ứng định danh phân tích sắc kí ghép khối phổ (GC-MS) 3.3.3.2 Kết bàn luận Trong phần thực nghiệm này, tiến hành khảo sát phản ứng Sonogashira phenylacetylen aryl bromide chất lỏng ion Tác dụng vi sóng q trình chuyển hóa hữu chứng minh hiệu thời gian gần nhiều lĩnh vực tổng hợp hữu Đáng ý thời gian phản ứng giảm đáng kể từ vài ngày, vài xuống cịn vài giây [31] Hóa học với hỗ trợ vi sóng thường có hiệu cao loại dung mơi phân cực có nhiệt độ sơi cao DMSO, NMP DMF moment phân cực chúng cao Dựa vào độ phân cực cao khả bền nhiệt chất - 51 - lỏng ion, định khảo sát phản ứng Sonogashira dung môi chất lỏng ion có hỗ trợ vi sóng [Pd] Br + R R: NO2, CN, COCH3, H i) R Ionic liquid Microwave Ảnh hưởng aryl bromide Chất lỏng ion đánh giá phù hợp làm dung môi cho phản ứng Sonogashira 1-bromo-4-nitrobenzene phenylacetylene để hình thành 1nitro-4-(phenylethynyl) benzene sản phẩm Thực phản ứng sử dụng mol% xúc tác Pd(OAc)2 điện CuI có vai trị chất đồng xúc tác (Pd:Cu = 1:1) piperidine đóng vai trị bazơ chất lỏng ion [BMIM][PF6] Kết thực nghiệm cho thấy độ chuyển hóa phản ứng đạt 99% phút Ảnh hưởng tác chất khác lên độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira nghiên cứu phenylacetylene với 1-bromo-4-nitrobenzene, 4-bromobenzonitrile, 4’-bromoacetophenone, bromobenzene Kết khảo sát cho thấy với diện nhóm hút điện tử vòng benzen aryl bromide làm tăng tốc độ phản ứng Sonogashira chất lỏng ion Hoạt tính aryl bromide với phenylacetylene phản ứng Sonogashira xếp theo thứ tự sau -bromo-4-nitrobenzene > 4bromobenzonitrile > 4’-bromoacetophenone > bromobenzene (hình 2.25) - 52 - Conversion (%) 100 80 60 40 20 (1) (3) 0 30 (2) (4) 60 90 120 150 180 Time (s) Hình 25: Ảnh hưởng loại aryl bromide lên tốc độ phản ứng Sonogashira (1) 1-bromo-4-nitrobenzene, (2) 4-bromobenzonitrile, (3) 4’-bromoacetophenone, and (4) bromobenzene ii) Ảnh hưởng bazơ Trong phản ứng Sonogashira, bazơ đóng vai trò cần thiết để trung hòa hydrogen halide tạo sản phẩm phụ trình xúc tác phản ứng Đồng thời bazơ cần thiết cho trình tạo alkylnyl copper trung gian chu kì xúc tác, tạo điều kiện cho bước chuyển tiếp xuất Vì chúng tơi định khảo sát ảnh hưởng loại bazơ CH3COONa, triethylamine, and piperidine lên độ chuyển hóa phản ứng Triethylamine biết thể hoạt tính hiệu phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác phức Pd đồng thể Trong thực nghiệm này, triethylamine lại thể hoạt tính thấp đáng kể so với piperidine 79% độ chuyển hóa thu sau phút cho phản ứng sử dụng bazơ triethylamine, 99% độ chuyển chuyển hóa thu sử dụng piperidine làm bazơ Với phản ứng sử dụng CH3COONa xảy chậm hơn, với 71% độ chuyển hóa thu phút (hình 2.26) - 53 - Conversion (%) 100 80 60 40 20 piperidine sodium acetate triethylamine 0 30 60 90 120 150 180 Time (s) Hình 26: Ảnh hưởng bazơ lên tốc độ phản ứng Sonogashira iii) Ảnh hưởng nồng độ xúc tác Phần thực nghiệm tiếp theo, ảnh hưởng nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa phản ứng khảo sát sử dụng chất lỏng ion [BMIM][PF6] làm dung môi sử dung piperidine làm bazơ Theo cơng trình cơng bố trước nồng độ Pd sử dụng cho phản ứng Sonogashira vào khoảng 0.1 mol% lên tới mol%, tùy thuộc vào tính chất xúc tác tác chất [35] Nồng độ xúc tác sử dụng cao tốc độ phản ứng tăng Kết thực nghiệm cho thấy rằng, giảm nồng độ xúc tác từ mol% xuống mol%, độ chuyển hóa phản ứng thu 99% 70% sau phút phản ứng Tốc độ phản ứng diễn chậm trường hợp sử dụng 0.5 mol%, với 65% độ chuyển hóa thu sau phút phản ứng (hình 2.27) - 54 - Conversion (%) 100 80 60 40 20 mol% mol% 0.5 mol% 0 30 60 90 120 150 180 Time (s) Hình 27: Ảnh hưởng nồng độ xúc tác lên tốc độ phản ứng Sonogashira Nồng độ xúc tác sử dụng thực nghiệm phù hợp với cơng trình cơng bố trước [34] Và nên ý diện phosphine, tác chất độc học đắt tiền, cần thiết cho phản ứng Sonogashira sử dụng loại xúc tác dung môi khác Trong cơng trình này, sử dụng chất lỏng ion làm dung mơi khơng cần sử dụng phosphine, góp phần giảm thải chất độc hại iv) Ảnh hưởng tỉ lệ Pd:Cu Được công bố công trình trước đây, tốc độ phản ứng Sonogashira bị ảnh hưởng đáng kể diện CuI chất đồng xúc tác [23] Vì định khảo sát ảnh hưởng CuI lên độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira chất lỏng ion [BMIM][PF6]và có hỗ trợ vi sóng Như đề cập phần trên, độ chuyển hóa phản ứng sử dụng tỉ lệ Pd:Cu 1:1 (2 mol% Pd(OAc)2, mol% CuI) 99% sau phút Khi thay đổi tỉ lệ Pd:Cu xuống 1:0.5 (2 mol% Pd(OAc)2, mol% CuI) tốc độ phản ứng có giảm xuống, với 82% độ chuyển hóa thu sau phút Với phản - 55 - ứng Sonogashira không sử dụng Cu làm chất đồng xúc tác, có hỗ trợ vi sóng phản ứng xảy khó khăn hơn, với 61% thu sau phút (hình 2.28) Conversion (%) 100 80 60 40 20 2:02 2:01 2:00 0 30 60 90 120 150 180 Time (s) Hình 28: Ảnh hưởng tỷ lệ Pd:Cu lên tốc độ phản ứng Sonogashira v) Ảnh hưởng dung môi Theo kết cơng bố cơng trình trước chất lỏng ion họ imidazolium có độ phân cực tương tự loại dung môi phân cực DMSO, DMF, MeCN Các loại dung môi phân cực DMF, DMA, MeCN góp phần đáng kể cho phản ứng chuyển hóa hữu xúc tác kim loại chuyển tiếp Heck, Suzuki Sonogashira [36, 37] Những dung môi không phân cực thường khơng phù hợp cho phản ứng Sonogashira, chúng tơi định thực phản ứng Sonogashira sử dụng ba loại chất lỏng ion [BMIM][PF6], [HMIM][PF6], [OMIM][PF6] làm dung môi phản ứng Kết thực nghiệm tăng chiều dài mạch alkyl cấu trúc chất long ion dẫn đến làm giảm tốc độ phản ứng (hình 2.29) Phản ứng Sonogashira thực [HMIM][PF6] cho độ chuyển hóa phản ứng lên tới 93% sau phút phản ứng Trong sử dụng [OMIM][PF6] làm dung mơi thu 59% độ chuyển hóa thu sau - 56 - phút phản ứng Điều giải thích tăng chiều dài mạch alkyl làm giảm độ phân cực dung môi Conversion (%) 100 80 60 40 20 [BMIM][PF6] [HMIM][PF6] [OMIM][PF6] 0 30 60 90 120 150 180 Time (s) Hình 29: Ảnh hưởng loại chất lỏng ion lên tốc độ phản ứng Sonogashira Nhờ vào tính chất bật không bay tự nhiên, không gây cháy nổ, không thải chất độc hại nên chất lỏng ion xem dung mơi xanh Bên cạnh đó, đặc tính bật chất lỏng ion có khả thu hồi tái sử dụng nhiều lần Vì định khảo sát khả thu hồi tái sử dụng dung mơi có chứa xúc tác Pd(OAc)2 cho phản ứng Sonogashira Phản ứng Sonogashira 1-bromo-4-nitrobenzene phenylacetylene thực có hỗ trợ vi sóng vịng phút Sau thực phản ứng đầu tiên, sản phẩm phản ứng tác chất không phản ứng lấy khỏi chất lỏng ion cách trích ly với cyclohexan Sau chất lỏng ion rửa thêm vài lần với cyclohexan, nước cất gia nhiệt 60 oC điều kiện chân không để loại khỏi chất lỏng ion Chất lỏng ion có chứa xúc tác Pd tái sử dụng cho phản ứng điều kiện với phản ứng ban đầu, không cho thêm xúc tác đồng xúc tác Kết cho thấy chất lỏng ion có chứa Pd(OAc)2 thu hồi tái sử dụng nhiều - 57 - lần mà hoạt tính xúc tác giảm khơng đáng kể, 99% độ chuyển hóa thu sau phút phản ứng lần sử dụng thứ (hình 2.30) Conversion (%) 100 80 60 40 20 Run Hình 30: Khả thu hồi tái sử dụng chất lỏng ion xúc tác Pd:Cu 3.3.2.3 Kết luận Chất lỏng ion sử dụng làm dung môi hiệu cho phản ứng Sonogashira 1-bromo-4-nitrobenzene phenylacetylene để hình thành 1nitro-4-(phenylethynyl)benzene sản phẩm chính.Tốc độ phản ứng tăng tốc nhờ hỗ trợ vi sóng với 99% độ chuyển hóa thu sau phút phản ứng Hơn nữa, xúc tác Pd chất lỏng ion thu hồi tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính giảm không đáng kể - 58 - Chương 4: Kết Luận Kiến Nghị Trong cơng trình chúng tơi tổng hợp thành công ba loại chất lỏng ion ([BMIM][PF6]), ([HMIM][PF6]), ([OMIM][PF6]) với hỗ trợ vi sóng đạt hiệu suất tổng hợp 83%, 83% 85% tương ứng cho loại Cấu trúc chất lỏng ion xác định phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (MNR) khối phổ (MS) Khảo sát thành công ứng dụng chất lỏng ion làm dung môi cho hai phản ứng Knoevenagel Sonogashira Trong khảo sát sử dụng chất long ion làm dung môi cho phản ứng Knoevanagel, sử dụng hai loại xúc tác Chitosan xúc tác amin cố định hat nano có từ tính Độ chuyển hóa hai khảo sát đạt 99% Cả xúc tác chất lỏng ion có khả thu hồi tái sử dụng nhiều lần liên tiếp mà hoạt tính giảm khơng đáng kể Trong phản ứng Sonogashira sử dụng chất lỏng ion làm dung môi sử dụng xúc tác Pd CuI chất đồng xúc tác, phản ứng gia nhiệt điều kiện vi sóng Độ chuyển hóa đạt 99% sau phút phản ứng Hỗn hợp xúc tác chất lỏng ion có khả thu hồi tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính giảm khơng đáng kể Đây cơng trình bước đầu nghiên cứu theo định hướng hóa học xanh, tổng hợp chất lỏng ion nhằm thay cho dung mơi hữu truyền thống độc hại Góp phần thúc đẩy nghiên cứu hóa học xanh Việt Nam, xu tất yếu ngành hóa học cơng nghệ hóa học giới Cơng trình nghiên cứu cơng bố báo khoa học tạp chí quốc tế báo hội nghị nước - 59 - Tài liệu tham khảo G A Sheldon, 'Green sovents for sustainable organic synthesis: State of the art', Green Chemistry, 7, 267 (2005) G A Sheldon, 'Catalytic reactions in ionic liquids', Chemical Communications, 2399 (2001) N Jain, A Kumar, S Chauhan, S M S Chauhan, 'Chemical and biochemical transformations in ionic liquids', Tetrahedron, 61, 1015 (2005) C J Mathews, P J Smith, T Welton, 'N-donor complexes of palladium as catalysts for Suzuki cross-coupling reactions in ionic liquids', Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 214, 27 (2004) C.-H Yang, C.-C Tai, Y.-T Huang, I.-W Sun, 'Ionic liquid promoted palladium- catalyzed Suzuki cross-couplings of N-contained heterocyclic chlorides with naphthaleneboronic acids', Tetrahedron Letters, 61, 4857 (2005) J S Yadav, B V S Reddy, D Gnaneshwar, 'InCl3 immobilized in ionic liquids: a novel and recyclable catalytic system for tetrahydropyranylation and furanylation of alcohols', New Journal of Chemistry, 27, 202 (2003) M L Kantam et al., 'Cu(acac)2 Immobilized in Ionic Liquids: A Recoverable and Reusable Catalytic System for Aza-Michael Reactions', Advanced Synthesis & Catalysis, 347, 763 (2005) C.-E Yeom, H W Kim, Y J Shin, B M Kim, 'Chiral bis(oxazoline)-copper complex catalyzed Diels-Alder reaction in ionic liquids: remarkable reactivity and selectivity enhancement, and efficient recycling of the catalyst', Tetrahedron Letters, 48, 9035 (2007) L C Branco, C A M Afonso, 'Catalytic asymmetric dihydroxylation of olefins using a recoverable and reusable OsO42– in ionic liquid [bmim][PF6]', Chemical Communications, 3036 (2002) 10 S T Handy, 'Grignard reactions in imidazolium ionic liquids', Journal of Organic Chemistry, 71, 4659 (2006) - 60 - 11 W Xiong et al., 'Asymetric hydrogenation of aromatic ketones in ionic-liquid media catalyzed by Ru-TPPTS-(1S,2S)-DPENDS complexes', Tetrahedron: Asymmetry, 16, 1959 (2005) 12 Z Liu, H Byun, R Bittman, ’Synthesis of Immunostimulatory α-C- Galactosylceramide Glycolipids via Sonogashira Coupling, Asymmetric Epoxidation, and Trichloroacetimidate-Mediated Epoxide opening, Organic Letters, 2010, in press 13 A Chandra, B Singh, R S Khanna, R M Singh, Copper-Free Palladium-Catalyzed Sonogashira Coupling−Annulation: Efficient One-Pot Synthesis of Functionalized Pyrano[4,3-b]quinolines from 2-Chloro-3-formylquinolines, Journal of Organic Chemistry, 74, 5664 (2009) 14 M Bararjanian et al., ‘Six-Component Reactions for the Stereoselective Synthesis of 3-Arylidene-2-oxindoles via Sequential One-Pot Ugi/Heck Carbocyclization/Sonogashira/Nucleophilic Addition’, Journal of Organic Chemistry, 75, 2806 (2010) 15 L F Tietze, N B’hnke, S Dietz, Synthesis of the Deoxyaminosugar (+)-d- Forosamine via a Novel Domino−Knoevenagel−Hetero-Diels−Alder Reaction, Organic Letters, 11, 2948 (2009) 16 J.S Yadav stereoselective et al., Domino synthesis of Knoevenagel–hetero-Diels–Alder sugar-annulated furo[3,2-b] reactions: a pyrano[4,3-d]pyran derivatives’, Tetrahedron Letters, 51, 2305 (2010) 17 K.C Majumdar, A Taher, S Ponra, ‘Catalyst-free domino-Knoevenagel-hetero- Diels–Alder reaction of terminal alkynes in water: an efficient one-step synthesis of indole-annulated thiopyranobenzopyran derivatives’, Tetrahedron Letters, 51, 147 (2010) 18 N Buthbumrung et al., ‘Oxidative DNA damage and influence of genetic polymorphisms among urban and rural schoolchildren exposed to benzene’, ChemicoBiological Interactions, 172, 185 (2008) 19 J Dupont, R F D Souza, P A Z Suarez,‘onic liquid (molten salt) phase organometallic catalysis’, Chem Rev., 102, 3667 (2002) - 61 - 20 C Chiappe, D Pieraccini, Ionic liquids: solvent properties and organic reactivity, J Phys Org Chem., 18, 275 (2005) 21 J Wang, G Song, Y Peng, Reusable Pd nanoparticles immobilized on functional ionic liquid co-polymerized with styrene for Suzuki reactions in water–ethanol solution, Tetrahedron Lett., 52, 1477 (2011) 22 A D Sawant, D G Raut, N B Darvatkar, U V Desai, M M Salunkhe, An ester appending multifunctional ionic liquid for Pd(II) catalyzed Heck reaction, Catal Commun., 12, 273 (2010) 23 D E Siyutkin, A S Kucherenko, S G Zlotin, A new (S)-prolinamide modified by an ionic liquid moiety—a high performance recoverable catalyst for asymmetric aldol reactions in aqueous media, Tetrahedron, 66, 513 (2010) 24 O Bortolini, A De Nino, A Garofalo, L Maiuolo, A Procopio, B Russo, Erbium triflate in ionic liquids: A recyclable system of improving selectivity in Diels–Alder reactions Appl Catal A, 372, 124 (2010) 25 B C G Soderberg, Transition metals in organic synthesis: Highlights for the year 2003, Coordination Chem Rev., 250, 300 (2006) 26 C R M Volla, P Vogel, Iron/copper-catalyzed C–C cross-coupling of aryl iodides with terminal alkynes, Tetrahedron Lett., 49, 5961 (2008) 27 Phan Thanh Son Nam, Nguyen Thi Hoai An, Le Thi Ngoc Diem, Vietnam J Chem., 47, 566 (2009) 28 Phan Thanh Son Nam, Nguyen Thi My Hien, Vietnam J Chem., 47, 374 (2009) 29 A de la Hoz, A D Ortiz, A Moreno, Microwaves in organic synthesis Thermal and non-thermal microwave effects, Chem Soc Rev., 34, 164 (2005) 30 C O Kappe, Angew, Controlled microwave heating in modern organic synthesis, chem Int Ed., 43, 6250 (2004) 31 I P.Beletskaya, A V Cheprakov, The Heck reation as a sharpening stone of palladium catalysis , Chem Rev 100, 3009 (2000) 32 C O Kappe, M Larhed, Angew, All the Rave in Microwaves, Chem Int Ed., 44, 7666 (2005) - 62 - 33 N E Leadbeater, H M Torenius, H Tye, Ionic liquids as reagents and solvents in conjunction with microwave heating: rapid synthesis of alkyl halides from alcohols and nitriles from aryl halides ,Tetrahedron, 59, 2253 (2003) 34 J T Guan, T Q Weng, G A Yu, S H Liu, Copper-free PdCl2/PPh3-catalyzed Sonogashira coupling reaction of aryl bromides with terminal alkynes in water, Tetrahedron Lett., 48, 7129 (2007) 35 H Huang, H Liu, H Jiang, K Chen, Rapid and efficient Pd-catalyed Sonogashira coupling of aryl chlorides, J Org Chem 73, 6037 (2008) 36 C Wolf, R Lerebours, Palladium-phosphinous acid-catalyzed Sonogashira cross- coupling reactions in water, Org Biomol Chem., 2, 2161 (2004) 37 S B Park, H Alper, Chem Commun., Recyclable Sonogashira coupling reactions in an ionic liquid, effected in the absence of both a cooper salt and a phosphine, 1306 (2004) 38 J D Holbrey, R D Rogers, Physicochemical properties of ionic liquids P Wasserscheid, T Welton, Eds., Ionic liquids in synthesis (Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2002), pp 41 39 L F Tietze, H IIa, H P Bell, enantioselective Palladium-catalyzed transformations, Chem Rev., 104, 3453 (2004) 40 D J Macquarrie and D B Jackson, Aminopropylated MCMs as base catalysts: a comparison withaminopropylated silica, Chem Commun., 18, 1781 (1997) 41 A Corma, S Iborra, I Rodriguez and F Sanchez, Immobilized Proton Sponge on Inorganic Carriers: The Synergic Effect of the Support on Catalytic Activity, J Catal., 211, 208 (2002) 42 J Gascon, U Aktay, M D Her nandez - Alonso, G P M v K link and F Kapteijn, Amino-based metal-organic frameworks as stable, highly active basic catalysts, J Catal., 261, 75 (2009) - 63 - Phụ lục - 64 -