tổng hợp các chalconoid từ 3 fluoroacetophenone và các dẫn xuất benzaldehyde

Trong luận văn này, tôi tiến hành tổng hợp 05 dẫn xuất chalconoid chưa fluoro, trong đó các hợp chất PT04, PT05, PT07, PT08 được tổng hợp bằng phương pháp nghiền, xúc tác NaOH rắn.. Vì v

TỔNG QUAN

Khái niệm chung về chalcone

Chalcone là một ketone thơm với công thức phân tử là C15H12O, có tên gọi là 1,3-diphenyl- 2-propren-1-one Chalcone được được cấu tạo từ 02 vòng phenyl được nối bằng cấu nối 03 carbon tạo thành từ nhóm carbonyl (>C=O) và 02 carbon nối đôi cấu hình trans α, Vòng thơm liên kết với nhóm carbonyl được gọi là vòng A, vòng thơm còn lại được gọi là vòng

B [1-3] Trên 02 vòng thơm có thể được gắn kèm các nhóm thế như amino, hydroxyl, methoxyl tạo thành các dẫn xuất chalconoid Các chalconoid xuất hiện nhiều trong tự nhiên, được tìm thấy trong hoa, lá, rễ của các thực vật Các chalconoid thường tồn tại ở dạng rắn Khung sườn chalcone là khung sườn cơ bản thông qua phản ứng đồng phân hóa để phát triển tổng hợp các flavonoid khác nhau tùy thuộc vào nhóm thế ban đầu và phương pháp tổng hợp

Hình 1 1: Công thức hóa học của Chalcone

Chalconoid có các hoạt tính sinh học đáng chú ý như kháng ung thư [4-6], trị bệnh sốt rét [7, 8], kháng khuẩn [9, 10], ức chế α-glucosidase [11, 12], kháng viêm [13], chống oxi hóa [13, 14], điều trị đái tháo đường [15, 16], điều trị bệnh Alzheimer [17]…

Các phương pháp tổng hợp chalconoid

Việc tổng hợp các các chalconoid từ tác chất acetophenone và benzaldehyde được thực hiện thông qua phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt bằng các phương pháp và xúc tác khác nhau Có thể kể đến như phản ứng với xúc tác NaOH/ KOH trong EtOH [18-20], phản ứng bằng phương pháp nghiền với xúc tác NaOH rắn [21-23], phương pháp chiếu xạ vi sóng [24-26] Nếu sử dụng các tác chất không phải cặp acetophenone và benzaldehyde thì có thể

2 sử dụng các phản ứng ghép cặp Heck [27], phản ứng ghép cặp Suzuki – Miyaura [28], quá trình olefin Julia – Kocienski [29], phản ứng Witting [30], phản ứng đồng phân hóa ghép cặp Sonogashira, acyl hóa Fiedel – Crafts [31], tái hợp Photo-Fries [32]

1.2.1 Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt với xúc tác acid/ base trong điều kiện có dung môi

Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt được sử dụng phổ biến trong việc tổng hợp các chalconoid bởi vì tính đơn giản, chi phí thấp của nó khi so sánh với các phương pháp khác Ở phương pháp này, dẫn xuất acetophenone và benzaldehyde thực ghép cặp C-C thông qua xúc tác là acid hoặc base, tạo thành cầu nối không bão hòa giữa 02 vòng thơm bằng cách tách nước Phản ứng thông thường được thực hiện từ 50 – 100 ℃ trong dung môi phân cực như methanol, ethanol hoặc dichloromethane với thời gian phản ứng khoảng vài tiếng đồng hồ Sau khi ghép cặp, đối với xúc tác base, sản phẩm sẽ tách nước theo cơ chế enolate Ở mặt khác đối với xúc tác là acid thì sẽ tách nước theo cơ chế enol [18]

Khi phản ứng với xúc tác là base, các base thường được sử dụng là NaOH [33, 34], KOH [35]… Ngoài ra còn có một số xúc tác base khác như LiOH.H2O [36], Ba(OH)2 [34],

Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt được chia thành 03 giai đoạn được mô tả ở Hình 1.2 [38]

- Giai đoạn 01: Tách proton tại carbon α của acetophenol để tạo thành nhóm enolate

- Giai đoạn 02: Phản ứng cộng ái nhân của carbanion với nhóm aldehyde thơm tạo thành sản phẩm aldol

- Giai đoạn 03: sản phẩm aldol không bền, lập tức dehydrate hóa trong môi trường kiềm theo cơ chế E1cb tạo thành chalcone

Theo cơ chế này, các dẫn xuất acetonephone đóng vai trò là tác nhân ái nhân nucleophile, ngược lại các dẫn xuất benzaldehyde sẽ là tác nhân ái điện tử electrophile Việc thay đổi các nhóm thế trên vòng thơm ít nhiều sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng Các nhóm hút điện tử trên vòng benzaldehyde sẽ làm giảm mật độ điện tử trên gốc carbonyl làm cho proton ở enolate dễ tấn công vào tạo thành phản ứng ghép cặp, từ đó gia tăng hiệu suất phản ứng Ngược lại ở trên, nếu các nhóm đẩy điện tử ở vị trí ortho, para sẽ làm giảm khả năng tấn công của enolate làm giảm hiệu suất tổng hợp Phương pháp tổng hợp này không thích

3 hợp cho việc tổng hợp các dẫn xuất chalconoid với tác chất là nhóm hydroxylbenzaldehyde bởi vì acetophenone và hydroxylbenzaaldehyde trong môi trường kiềm sẽ bị chuyển thành enolate và phenolate Các nhóm này đều có nhiều điện tử vì vậy sẽ đẩy nhau từ đó cặp điện tử của enolate không thể tấn công vào nhóm carbonyl của benzaldehyde

Hình 1 2: Cơ chế tổng hợp của phản ứng Claisen - Schmidt với xúc tác base Đối với phản ứng ngưng tụ Claisen – Schimdt với xúc tác là acid thì có thể sử dụng như dung dịch ion acid Bronsted [39], khí HCl [40], silicotungstic acid [41] hoặc với hệ xúc tác SOCl2/EtOH [42] Việc tách nước của phản ứng ngưng tụ Claisen – Schimdt với xúc tác là acid được biểu diễn theo cơ chế enol Ưu điểm của việc tổng hợp thông qua cơ chế tạo enol

4 là khi tổng hợp các chalconoid có chứa nhóm hydroxyl thì không cần thiết phải bảo vệ nhóm đó Cơ chế phản ứng của phản ứng trên được giải thích đơn giản ở Hình 1.3 [38]:

- Giai đoạn 01: đồng phân hóa gốc ketone của dẫn xuất acetophenone và proton hóa nhóm carbonyl của dẫn xuất benzaldehyde

- Giai đoạn 02: nhóm enol của acetophenone sẽ tấn công vào nhóm carbonyl bị proton hóa của benzaldehyde, tạo thành liên kết C-C

- Giai đoạn 03: Xảy ra sự tautomer hóa, chuyển hóa nhóm enol thành ketone

- Giai đoạn 04: tiến hành tách nước và loại proton để tạo thành cầu nối α, β không bão hòa

Hình 1 3: Cơ chế phản ứng ngưng tụ Clasien - Schmidt với xúc tác là acid

1.2.2 Phản ứng ngưng tụ Clasien – Schmidt trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng NaOH bằng phương pháp nghiền

Nhằm mục đích giảm phát thải dung môi, phương pháp nghiền hiện đang là phương pháp được áp dụng để tổng hợp các chalconoid Phát huy các ưu điểm điểm của việc tổng hợp có dung môi, tổng hợp phi dung môi có những ưu điểm riêng như giảm thời gian phản ứng, cải thiện hiệu suất, giảm phát thải Tuy nhiên, phương pháp này có một vài nhược điểm khó tránh khỏi như không thích hợp khi tổng hợp các dẫn xuất có chứa nhóm hydroxyl bởi vì nhóm hydroxyl sẽ chuyển thành dạng phenolate dễ tạo thành các sản phẩm phụ điển hình thông qua cơ chế cộng Michael tạo thành sản phẩm phụ và làm giảm hiệu suất phản ứng Để hạn chế sản phẩm Michael cần lưu ý tới thứ tự cho các tác chất vào cối khi tiến hành phản ứng

1.2.3 Tổng hợp các chalconoid trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng đất sét dưới sự hỗ trợ của vi sóng

1.2.3.1 Giới thiệu về vi sóng trong tổng hợp hữu cơ

Vi sóng là sóng điện từ có tần số từ 0,3 tới 300 GHz Bước sóng của nó nằm trong dãy quang phổ điện tử với bước sóng từ 0,01 m tới 1 m Đối với các thiết bị vi sóng trong nhà bếp hoặc trong tổng hợp hữu cơ, bước sóng được sử dụng trong các thiết bị có tần số khoảng 2,45 GHz tương ứng với bước sóng 12,24 cm nhằm tránh sự tương tác với các thiết bị giao tiếp thông qua sóng điện thoại Năng lượng của photon phát ra từ vi sóng ở tần số này quá thấp để có thể phá vỡ các liên kết hóa học, đồng thời hạ năng lượng của chuyển động Brownian Từ những lý do trên, năng lượng mà vi sóng phát ra không thể khơi mào phản ứng mà chỉ có thể cung cấp nhiệt lượng

Khả năng gia nhiệt của vi sóng trong tổng hợp hữu cơ được dựa vào hiệu ứng đốt nóng điện môi vi sóng (mircowave dielectric heating) Việc gia nhiệt phụ thuộc vào khả năng hấp thu năng lượng của tác chất hoặc dung môi, từ đó chuyển thành nhiệt lượng Vì là vi sóng có tính chất sóng, nên về bản chất nó được chia thành 02 hợp phần là điện trường và từ trường, trong đó khả năng cấp năng lượng cho phản ứng phụ thuộc vào điện trường Điện trường cấp nhiệt cho phản ứng thông qua 02 cơ chế chính là:

- Cơ chế phân cực hóa lưỡng cực (Dipolar polarization mechanism): là sự sắp xếp phân tử có moment lưỡng cực theo điện trường Bởi vì điện trường đảo chiều liên tục nên các phân tử lưỡng cực sẽ liên tục sắp xếp theo chiều của điện trường làm cho phân tử chuyển động liên tục, tạo nên ma sát và sinh ra nhiệt

- Cơ chế dẫn nhiệt do sự di chuyển của các ion (Conduction mechanism): với các phân tử mang điện tích, dưới sự tác động của điện trường chúng sẽ chuyển động qua lại và va chạm với các phân tử xung quan tạo thành nhiệt lượng [43]

Việc gia nhiệt bằng vi sóng khi so sánh với phương pháp thông thường cho ta thấy sự khác biệt rõ ràng Đối với việc gia nhiệt bằng phương pháp truyền thống, nhiệt lượng sẽ truyền cho thành bình phản ứng sau đó mới tới tác chất Vì vậy việc thất thoát năng lượng thông qua việc dẫn nhiệt của vật liệu, đối lưu trong dòng và bức xạ sẽ lớn Ngoài ra còn có khả năng gia nhiệt không đều, làm nhiệt độ biến thiên với biên độ lớn Ở mặt khác, điện trường ảnh hưởng trực tiếp tới tác chất mà không ảnh hưởng tới vật đựng, vì thế năng lượng dùng để gia nhiệt tới nhiệt độ cần thiết thấp hơn so với phương pháp truyền thống Đồng thời việc gia nhiệt được tập trung vào phần vật chất tránh gây lãng phí năng lượng

Hình 1 4: Bảng đồ nhiệt độ trong quá trình phản ứng giữa 02 phương pháp gia nhiệt: Gia nhiệt bằng vi sóng (trái) và gia nhiệt bằng phương pháp thủ công (phải)

1.2.3.2 Tổng hợp các chalconoid trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng đất sét dưới sự hỗ trợ của vi sóng

Lý do chọn đề tài

Chalconoid được tìm thấy trong nhiều loài thực vật và cho thấy rất nhiều hoạt tính sinh học hứa hẹn Nhưng việc phân lập và trích ly từ thực vật gặp khó khăn, gây tốn kèm Vì vậy, nhằm phát triển tiềm năng chưa khai phá của các chalconoid một cách thuận tiện, việc tìm hiểu, khảo sát và phát triển phương pháp tổng hợp mới nhằm nâng cao hiệu suất cho các chalconoid là điều cần được quan tâm Bên cạnh đó, trong tự nhiên thì các hợp chất chứa nhóm fluoro rất hiếm Các hợp chất có chứa nhóm fluoro được biết rằng có hoạt tính sinh học tiềm năng, một số loại thuốc có chứa nguyên tố fluro như fludrocortisone, 5- fluorouracil, lipitor…làm thuốc kháng viêm, kháng ung thư đã được Cơ quan quản lý Thuốc và Thực phẩm Mỹ (FDA) cấp phép làm cho việc tổng hợp các dẫn xuất chalconoid có chứa nhóm fluro là một hướng đi đang được quan tâm

Bên cạnh đóviệc tổng hợp không thông quan dung môi nhằm giảm phát thải ra môi trường đáp ứng việc phát triển khoa học bền vững đi đôi với việc bảo vệ môi trường là điều cấp thiết Được biết rằng cá dung môi thông dụng trong tổng hợp như tetrahydrofuran, toluene, methanol khi phát thải ra môi trường sẽ gây ra những vấn đề hệ lụy về sau [44-46]

Với mục tiêu tổng hợp các chất mới để tìm ra những chất có hoạt tính sinh học cao điển hình như ức chế α-glucosidase và gây độc tế bào [47] để có thể áp dụng vào dược phẩm việc, đồng thời đáp ứng được những tiêu chí của “Hóa học xanh” đó là lý do tôi chọn đề tài

“Tổng hợp các chalconoid từ 3′-fluoroacetophenone và các dẫn xuất benzaldehyde” của khóa luận tốt nghiệp của chính mình

THỰC NGHIỆM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Các dẫn xuất dưới đây được tổng hợp trong bài luận văn này được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt được trình bày trong Hình 2.1 Trong đó các dẫn xuất được ký hiệu là PT04, PT05, PT07 và PT08 sẽ được tổng hợp bằng phương pháp nghiền và PT09 sẽ được tổng hợp dưới sự hỗ trợ của vi sóng

Hình 2 1: Các chalconoid dự kiến tổng hợp

2.1.2 Nguyên liệu, dụng cụ cho việc tổng hợp

Các hóa chất, dung môi có độ tinh kiết > 99% và sử dụng mà không qua quá trình tinh chế nào cả Thông tin hóa chất sử dụng trong luận văn này được trình bày trong Bảng 2.1

Bảng 2 1: Thông tin chi tiết các hóa chất được sử dụng trong khóa luận

STT Tên hóa chất Hãng

(Xuất xứ) Độ tinh khiết Tính chất

2.1.3 Dụng cụ và trang thiết bị dùng trong tổng hợp thông qua phương pháp nghiền và chiếu xạ vi sóng

- Bộ dụng cụ chày và cối mã não

- Hệ thống cô quay chân không

- Máy tổng hợp hữu cơ Microwave Reactor Discover 2.0 CEM

- Bộ dụng cụ thủy tinh: Đũa,vial thủy tinh 10mL dùng cho máy tổng hợp hữu cơ Microwave Reactor Discover 2.0 CEM, erlen, pipet Pauster, ống đong, dĩa petri, nhiệt kế

2.1.4 Dụng cụ và thiết bị dùng trong tinh sạch và kiểm nghiệm

- Cốc giải ly, ống vi quản

- Bảng mỏng Silica gel 60 F254, bột Silica gel 60 (0,063 - 0,2 mm) xuất xứ Đức

- Buồng UV 02 bước sóng 254 nm và 365nm

- Ống thiele đo nhiệt độ nóng chảy

- Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân – NMR (Bruker) 600 MHz cho phổ 1 H-NMR và 150 MHz cho phổ 13 C – NMR Máy đo phổ khối MS (Agilent Technologies), Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội.

Phương pháp nghiên cứu

Các chalconoid trong luận văn này đều được tổng hợp thông qua phản ứng ngưng tụ Clasien – Schmidt trong điều kiện phi dung môi Đối với các chất PT04, PT05, PT07, PT08 sẽ được tổng hợp bằng phương pháp nghiền với xúc tác là NaOH rắn Riêng PT09 do cấu trúc mong muốn có nhóm hydroxyl trên vòng thơm vì vậy không thích hợp cho việc tổng hợp bằng phương pháp nghiền Thay vào đó tiến hành tổng hợp dưới sự hỗ trợ của vi sóng trong môi trường phi dung môi bằng máy tổng hợp hữu cơ Microwave Reactor Discover 2.0 CEM Xúc tác được sử dụng là đất sét montmorillonite K10 Với nhiệt độ phản ứng là 150 ℃ trong vòng 1,5 giờ Các bước của từng phương pháp tổng hợp được trình bày chi tiết như sau:

* Đối với phương pháp tổng hợp bằng phương pháp nghiền:

- Tổng hợp bằng phương phỏp nghiền: - Lần lượt lấy 613 àL 3′-fluoroacetophenone và một lượng dẫn xuất benzaldehyde cho vào cối thạch anh và trộn dung dịch đồng nhất

- Tiến hành cân 0,4 g NaOH rắn cho vào cối thạch anh Tiến hành nghiền mịn trong khoảng

30 phút Lưu ý không nghiền quá 30 phút để tránh tạo thành các sản phẩm phụ

- Hiện tượng phản ứng: Hỗn hợp tác chất khi cho vào NaOH dần chuyển thành màu vàng và đóng rắn lại

- Sau khi nghiền xong cho thêm 3 mL nước cất vào cối để làm sạch cối, sau đó tiến hành acid hóa bằng acid HCl 6M, dùng spatula khuấy nhẹ để acid HCl có thể trung hòa hoàn

12 toàn HCl và sử dụng giấy pH đến khi giấy hiển thị pH từ 6-7 thì ngưng thêm dung dịch HCl

- Cho toàn bộ hỗn hợp phản ứng vào phiễu chiết loại 250 mL Dùng 25 mL nước cất để rửa sạch cối Tiến hành chiết 3 lần với DCM mỗi lần 30 mL, lắc đều để sản phẩm tan hoàn toàn trong DCM

- Tiến hành lấy pha hữu cơ, làm khô bằng muối Na2SO4 khan và lọc bằng giấy lọc

- Kiểm tra dịch lọc pha DCM và pha nước bằng TLC

- Hệ dung môi triển khai: HE: EA với tỉ lệ phù hợp

- Tiến hành sắc ký cột với hệ HE:EA với tỉ lệ phù hợp thu được phân đoạn sạch nghi ngờ là sản phẩm: Đuổi dung môi bằng máy cô quay chân không ở 45 ℃ thu được sản phẩm khô

- Kiểm tra tính chất: Trích mẫu ra để đo phổ NMR và MS Tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy bằng ống Thiele

* Phương pháp tổng hợp với sự hỗ trợ của vi sóng

- Cho 1g đất sét montmorillonite K10 và dẫn xuất hydroxylbenzaldehyde vào cối thạch anh, nghiền mịn cho đến khi hỗn hợp đồng nhất

- Tiếp tục cho 0,613 mL 3′-fluoroacetophenone vào cối cho đến khi hỗn hợp đồng nhất rồi chuyển toàn bộ hỗn hợp vào vial 10 mL bằng spatula Pha rắn được tiến hành phản ứng ở

Hỗn hợp rắn thu được được loại bỏ đất sét bằng cách chiết pha rắn với dung môi DCM cho đến khi dịch lọc trở nên trong suốt và phần xúc tác trên giấy nhạt màu

Tiến hành kiểm tra phản ứng bằng TLC (Hình 2.11)

Cô quay đuổi dung môi bằng máy cô quay chân không ở nhiệt độ 45 ℃, thu được hỗn hợp sản phẩm dạng dầu

• Vết so sánh: dung dịch 3′-fluoroacetophenone và dẫn xuất benzaldehyde

• Phương pháp hiện vết: soi bằng buồng UV bước sóng 254 nm

• Đuổi dung môi bằng máy cô quay chân không ở 45 ℃ thu được sản phẩm khô

Tiến hành sắc ký cột với hệ HE: EA với tỉ lệ là 9:1 thu được phân đoạn sạch nghi ngờ là sản phẩm

Kiểm tra tính chất: Trích mẫu ra để đo phổ NMR và MS Tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy bằng ống Thiele

2.2.1.1 Tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (PT04)

Tỷ lệ các chất trong quy trình tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (PT04) được trình bày trong Bảng 2.2

Bảng 2 2: Tỷ lệ các chất tham gia quá trình tổng hợp phản ứng PT04

Quy trình thực hiện tổng hợp hợp chất PT04 sử dụng quy trình tổng hợp phương pháp nghiền như đã được trình bày ở với vài sự tác chất được trình bày ở Bảng 2.2 và thay đổi tỉ lệ dung môi cho sắc ký Hỗn hợp sẽ được nghiền cho tới khi có dạng ở Hình 2.2 Hệ dung môi giải ly và chạy cột được điều chỉnh cho phù hợp, trong phản ứng tổng hợp PT04 sử dụng hệ dung môi giải ly HE:EA có tỷ lệ là 9:1 cho sắc ký bảng mỏng (Hình 2.4) và 95:5 cho sắc ký cột

• Hệ dung môi triển khai: HE: EA (85:15)

• Vết so sánh: dung dịch 3′-fluoroacetophenone và 4-fluorobenzaldehyde

• Phương pháp hiện vết: soi bằng buồng UV bước sóng 254 nm và 365 nm

Hình 2 2: Hỗn hợp tác chất sau nghiền của phản ứng PT04

M: Sản phẩm thô sau phản ứng

Hình 2 3: Kết quả TLC sau phản ứng tổng hợp PT04

2.2.1.2 Tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-methoxyphenyl)prop-2-en-1-one (PT05)

Tỷ lệ các chất trong quy trình tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-methoxyphenyl)prop- 2-en-1-one (PT05) được trình bày trong Bảng 2.3

Bảng 2 3: Tỷ lệ các chất tham gia quá trình tổng hợp phản ứng PT05

Quy trình thực hiện tổng hợp hợp chất PT05 sử dụng quy trình tổng hợp phương pháp nghiền như đã được trình bày ở với tác chất và lượng tác chất sử dụng được trình bày ở Bảng 2.3 và thay đổi tỉ lệ dung môi Hỗn hợp sẽ được nghiền cho tới khi có dạng ở Hình 2.4 Hệ dung môi giải ly và chạy cột được điều chỉnh cho phù hợp, trong phản ứng tổng hợp PT04 sử dụng hệ dung môi giải ly HE:EA có tỷ lệ là 9:1 cho cả sắc ký bảng mỏng (Hình 2.4) và cả cho sắc ký cột

Hình 2 4: Hỗn hợp sản phẩm sau của phản ứng tổng hợp PT05

3′F Ac: 3′-fluoroacetophenone 4OMeBd: 4-Methoxylbenzaldehyde M: Sản phẩm thô sau phản ứng

Hình 2 5: Kết quả TLC sau phản ứng tổng hợp PT05 ở bước sóng 254 nm (trái) và 365 nm (phải)

2.2.1.3 Tổng hợp (E)-1,3-bis(3-fluorophenyl)prop-2-en-1-one (PT07)

Tỷ lệ các chất trong quy trình tổng hợp (E)-1,3-bis(3-fluorophenyl)prop-2-en-1-one (PT07) được trình bày trong Bảng 2.4

Bảng 2 4: Tỷ lệ các chất tham gia quá trình tổng hợp phản ứng PT07

Quy trình thực hiện tổng hợp hợp chất PT07 sử dụng quy trình tổng hợp phương pháp nghiền như đã được trình bày ở với tác chất và lượng tác chất sử dụng được trình bày ở Bảng 2 4 và thay đổi tỉ lệ dung môi Hỗn hợp sẽ được nghiền cho tới khi có dạng ở Hình 2.3 Hệ dung môi giải ly và chạy cột được điều chỉnh cho phù hợp, trong phản ứng tổng hợp PT04 sử dụng hệ dung môi giải ly HE:EA có tỷ lệ là 85:15 cho sắc ký bảng mỏng (Hình 2.4) và 9:1 cho sắc ký cột

Hình 2 6: Hỗn hợp sản phẩm sau nghiền của phản ứng PT07

2.2.1.4 Tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-fluorophenyl)prop-2-en-1-one (PT08)

Tỷ lệ các chất trong quy trình tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-fluorophenyl)prop-2- en-1-one (PT08) được trình bày trong Bảng 2 5

Bảng 2 5: Tỷ lệ các chất tham gia quá trình tổng hợp phản ứng PT08

Quy trình thực hiện tổng hợp hợp chất PT08 sử dụng quy trình tổng hợp phương pháp nghiền như đã được trình bày ở với tác chất và lượng tác chất sử dụng được trình bày ở Bảng 2 4 và thay đổi tỉ lệ dung môi Hỗn hợp sẽ được nghiền cho tới khi có dạng ở Hình 2.3 Hệ dung môi giải ly và chạy cột được điều chỉnh cho phù hợp, trong phản ứng tổng hợp PT04 sử dụng hệ dung môi giải ly HE:EA có tỷ lệ là 85:15 cho sắc ký bảng mỏng (Hình 2.4) và 9:1 cho sắc ký cột

3′F Ac: 3′-fluoroacetophenone 3F Bd: 3-Fluorobenzaldehyde M: Sản phẩm thô sau phản ứng

Hình 2 7: Kết quả TLC sau phản ứng tổng hợp PT07 ở bước sóng 254 nm

Hình 2 8: : Hỗn hợp sản phẩm sau nghiền của phản ứng tổng hợp PT08

2.2.1.5 Tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one (PT09)

Tỷ lệ các chất trong quy trình tổng hợp (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-(4-fluorophenyl)prop-2- en-1-one (PT09) được trình bày trong Bảng 2 5

Bảng 2 5: Tỷ lệ các chất tham gia quá trình tổng hợp phản ứng PT09

3′F Ac: 3′-fluoroacetophenone 4F Bd: 4-fluorobenzaldehyde M: Sản phẩm thô sau phản ứng

Hình 2 9: Kết quả TLC sau phản ứng tổng hợp PT07 ở bước sóng 254 nm

Quy trình thực hiện tổng hợp hợp chất PT09 sử dụng quy trình tổng hợp với sự hỗ trợ của vi sóng như đã được trình bày ở với tác chất và lượng tác chất sử dụng được trình bày ở Bảng 2 5 và thay đổi tỉ lệ dung môi Hỗn hợp sẽ được nghiền cho tới khi có dạng ở Hình 2.3 Hệ dung môi giải ly và chạy cột được điều chỉnh cho phù hợp, trong phản ứng tổng hợp PT04 sử dụng hệ dung môi giải ly HE:EA có tỷ lệ là 85:15 cho sắc ký bảng mỏng (Hình 2.4) và 9:1 cho sắc ký cột

Hình 2 10: Hỗn hợp phản ứng PT09 trước (trái) và sau (phải) phản ứng

3′F Ac: 3′-fluoroacetophenone 4OH Bd: 4-hydroxylbenzaldehyde M: Mẫu thô sau phản ứng

Hình 2 11: Kết quả TLC sau phản ứng tổng hợp PT09 ở bước sóng 254 nm và 365 nm

2.2.2 Phương pháp cô lập và tinh sạch sản phẩm Ở bài luận văn này, phương pháp được sử dụng để tinh sạch là phương pháp sắc ký cột Sắc ký cột là phương pháp đơn giản và phổ biến nhất dùng để tinh sạch các chất Sắc kí cột có thể tách được các mẫu ở dạng rắn hoặc lỏng Trong sắc ký cột tồn tại 02 pha là pha động thường là dung môi hoặc là pha tĩnh thông thường là silica gel Tùy thuộc vào pha tĩnh và độ phân cực của mẫu mà chọn hệ dung môi cho phù hợp Về nguyên tắc hoạt động, mỗi chất có độ phân cực khác nhau Vì vậy chất sẽ được pha tĩnh giữ lại hoặc giải hấp tùy thuộc vào độ phân cực của dung môi Chất nào có tương tác yếu hơn so với pha tĩnh sẽ được ra khỏi cột, ngược lại chất có tương tác mạnh hơn so với pha tĩnh sẽ ra sau cùng Dung môi chạy ra khỏi cột sẽ được hứng vào các hủ bi Tiến hành kiểm tra bằng sắc ký lớp mỏng để gom chung hủ giống nhau và tách thành các phân đoạn khác nhau

Hình 2 14: Thứ tự ra khỏi cột trong sắc ký cột [48]

2.2.3 Phương pháp kiểm định sản phẩm

2.2.3.1 Phương pháp sắc ký lớp mỏng

Sắc ký lớp mỏng (TLC) là phương pháp đơn giản và hiệu quả trong việc kiểm tra chất đó có sạch hay không Với giá thành rẻ, đơn giản, thời gian thực hiện nhanh, trong luận văn này, phương pháp sắc kí lớp mỏng như là kim chỉ nam, định hướng cho toàn bộ việc tổng hợp của các chất Cũng giống như sắc ký cột, sắc ký mỏng cũng được chia thành 02 pha là pha động và pha tĩnh Bảng mỏng được phun lên một lớp pha tĩnh Thông qua hiện tượng mao dẫn, dung môi giải ly sẽ dân lên bảng mỏng kéo theo vết chất đã được chấm trước đó, tùy thuộc vào tính chất pha tĩnh và pha động, chất có ái lực cao với pha tĩnh sẽ nằm ở dưới bảng mỏng, chất có ái lực cao với pha động sẽ nằm ở trên đầu pha tĩnh Khi cho bảng mỏng vào các bước sóng, thuốc thử phù hợp thì sẽ hiện ra các vết Sử dụng bảng mỏng để có thể kiểm tra trong hệ phản ứng hàm lượng tác chất còn nhiều hay ít, ngoài ra còn có thể kiểm tra chất đó đã sạch hay chưa Nếu chưa sạch sẽ hiện nhiều hơn 01 vết

Việc lựa chọn hệ dung môi giải ly sao cho phù hợp là điều quan trọng, dung môi giải ly không được quá kém phân cực cũng không được phân cực quá Lựa chọn dung môi làm cho vết hiện lên có giá trị R f giao động từ 0,2 tới 0,8 Việc xác định R f được tính theo công thức Trong đó x là giá trị điểm chấm mẫu tới trung tâm của vết sau khi giải ly, còn y là khoảng cách từ điểm chấm mẫu tới mức tiền tuyến dung môi

2.2.3.2 Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy

Là phương pháp dùng để định tính và xác định độ tinh sạch của một chất Với đặc điểm mỗi chất hữu cơ có một khoảng nóng chảy cố định, việc có có tinh khiết hay không sẽ phụ thuộc và biên độ nhiệt độ nóng chảy của nó Nếu có lẫn tạp chất thì nhiệt độ nóng chảy sẽ thấp đi, khoảng nóng chảy sẽ rộng ra Lợi dụng đặc tính này, chúng ta có thể so sánh nhiệt độ nóng chảy của chất đã tổng hợp so sánh với các tài liệu tham khảo khác để xác định chất sạch hay chưa

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả tổng hợp

3.1.1 Kết quả tổng hợp PT04

3.1.1.1 Tính chất, độ tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và hiệu suất tổng hợp

Hợp chất PT04 là tinh thể có màu trắng ngà Sắc ký lớp mỏng cho kết quả R f lần lượt là 0,12; 0,51; 0,86 tương ứng với 03 hệ dung môi giải ly lần lượt là A (HE = 100%), B (HE:

EA = 98:2) và C (HE: EA = 9:1) (Hình 3.1)

Hiệu suất tổng hợp: Sau khi tinh sạch, thu được 655,6 mg sản phẩm, cho hiệu suất tổng hợp là 58 %

Nhiệt độ nóng chảy của PT04 đo được là 62 – 64 °C

Hình 3 1: Kết quả TLC hợp chất PT04 sau khi tinh sạch với 3 hệ dụng môi A, B, C

3.1.1.2 Biện luận giải phổ PT04

Phổ MS của hợp cất PT04 có mũi ion phân tử [M+H] + = 226,90 phù hợp với công thức

Phổ đồ 1 H-NMR (CDCl 3 – 600 MHz)

Phổ 1 H – NMR của hợp chất PT04 cho tất các tín hiệu từ 7,25 – 7,90 ppm

Hợp chất PT04 là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ Claisen của 3′ – fluoroacetophenol với benzaldehyde trong điều kiện phi dung môi với xúc tác là NaOH rắn Sản phẩm mong muốn là chalconoid có tên là 3′-fluorochalcone (dẫn xuất giữa 3′ – fluoroacetophenol với benzaldehyde) Trên phổ 1 H-NMR xuất hiện các tín hiệu từ vùng 7,25- 7,85 ppm Đây là vùng cộng hưởng của các proton vòng thơm

Trên phổ đồ xuất hiện 11 tín hiệu proton tương ứng với cấu trúc dự đoán là trên vòng A có

04 proton, có 01 nhóm thế là fluoro, vòng B có 05 tín hiệu proton, 02 tín hiệu còn lại là của

Hα và Hβ trên cầu nối 03 carbon nối vòng A và vòng B

Dựa vào cấu trúc dự đoán, vòng A sẽ chịu ảnh hưởng từ gốc carbonyl (>C=O) trên cầu nối, vì vậy tín hiệu mũi đôi tại δH 7,81 ppm (d, 3 J(H,H) = 16,2 Hz, 1H) và 7,48 ppm (d, 3 J(H,H)

= 15,6 Hz, 1H) là đặc trưng của 02 proton ghép với nhau ở vị trí trans Dựa vào cấu trúc dự đoán của sản phẩm tổng hợp thì 02 proton này có thể quy cho tín hiệu của Hα và Hβ trong cấu hình trans của nối đôi (>C=CC=O Dựa vào phổ HSQC, tín hiệu tại δC 145,6 ppm và tín hiệu tại δC 121,6 ppm lần lượt là tín hiệu đặc trưng của Cβ và Cα Tín hiệu còn lại từ 115,2 – 163,7 ppm là vùng cộng hưởng của các carbon vòng thơm và tín hiệu từng carbon được xác định từ phổ HSQC C3′ được dự đoán ở tín hiệu δC 163,7 ppm (d, C3′, 1 J (C,F) = 246 Hz, 1C) dựa theo hằng số ghép lớn của nó với fluoro Do carbon C1′ gần nhóm carbonyl hơn so với C1 nên tín hiệu của C1′ sẽ dịch chuyển xuống vùng trường thấp hơn Vì vậy tín hiệu tại δC 140,4 ppm (d, C1′, 3 J (C,F) = 6

Hz, 1C) được quy cho tín hiệu của của carbon C1′ và tín hiệu tại δC 134,7 ppm (s, C1, 1C) được quy cho tín hiệu của carbon C1

Bảng 3 1: Tổng hợp dữ liệu phổ NMR của hợp chất PT04

Từ các dữ liệu phổ trên, hợp chất PT04 là (E)-1-(3-fluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one Cấu trúc hóa học của hợp chất PT04 được trình bày trong Hình 3.3

Vị trí δ H (ppm) δ C (ppm) HSQC

Hình 3 3: Cấu trúc hóa học của hợp chất PT04

3.1.2 Kết quả tổng hợp PT05

3.1.2.1 Tính chất, độ tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và hiệu suất tổng hợp

Hợp chất PT05 là tinh thể có màu xanh Sắc ký lớp mỏng cho kết quả R f lần lượt là 0,11;

0,41; 0,74 tương ứng với hệ dung môi giải ly A (HE: EA = 98: 2), B (HE: EA = 95: 5) và C (HE: EA : 15)

Sau khi tinh sạch thu được 570,6 mg với hiệu suất tổng hợp là 42 %

Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất PT05: 51°C – 53 °C

Hình 3 4: Kết quả TLC hợp chất PT05 sau khi tinh sạch với 3 hệ dụng môi A, B, C

3.1.2.2 Biện luận giải phổ PT05

Phổ MS của hợp cất PT05 có mũi ion phân tử [M+H] + = 256,9 phù hợp với công thức

Hợp chất PT05 là sản phẩm của phản ứng giữa 02 tác chất là 3′-fluoroacetonephenone và 4 – methoxylbenzaldehyde thông qua cơ chế ngưng tụ Claisen – Schimdt với xúc tác NaOH trong môi trường phi dung môi Căn cứ vào đó, sản phẩm mong muốn là dẫn xuất chalcone từ 02 tác chất trên có tên gọi 4-methoxyl-3′-fluorochalcone

Phổ 1 H – NMR của hợp chất PT05 có tín hiệu proton mũi đơn ở δH 3,86 ppm (s, 3H) đặc trưng của 3 proton của nhóm -OCH3 dựa theo cấu trúc dự đoán Ngoài ra, phổ đồ còn cho ta thấy được ở vùng từ 6,93 – 7,81 ppm là vùng cộng hưởng của các proton trên vòng thơm

Dựa vào phổ đồ, có 10 proton xuất hiện ở vùng cộng hưởng vòng thơm tương ứng với cấu trúc dự đoán Dựa vào đó có thể phán đoán được 02 tín hiệu mũi đôi tại δH 7,81 ppm (d, 3 J

(H,H) = 15,6 Hz, 1H) và 𝛿 𝐻 7,36 ppm (d, 3 J (H,H) = 15,6 Hz, 1H) là đặc trưng của 02 proton ghép với nhau ở vị trí trans Dựa vào cấu trúc dự đoán của sản phẩm tổng hợp thì

02 proton này có thể quy cho tín hiệu của Hβ và Hα trong cấu hình trans của nối đôi >C=C< trong cầu nối mạch carbon 3C Tín hiệu tại δH 7,81 ppm (d, 3 J (H,H) = 16,2 Hz, 1H) là của tín hiệu của Hβ do hiệu ứng của nhóm carbonyl gần đó giảm chắn làm tăng độ dịch chuyển hóa học của Hβ cao hơn so với Hα δH 7,36 ppm (d, 3 J(H,H) = 15,6 Hz, 1H)

Vòng A có 04 proton, mang 01 nhóm thế; vòng B có 04 proton, 01 nhóm thế Dựa vào cấu trúc dự đoán, vòng A sẽ chịu ảnh hưởng từ nhóm carbonyl (>C=O) trên cầu nối 03 carbon

Vì thế proton trên vòng A được dự đoán sẽ cộng hưởng ở vùng trường thấp hơn Tín hiệu của proton H6′ tại δH 7,78 ppm (H6′, d, 3 J (H,H) = 7,2 Hz, 1H) của hợp chất PT05 có tín hiệu mũi đôi giống với hợp chất PT04 Các tín hiệu của proton H2′, H5′ có tín hiệu và hình dạng mũi giống với proton H2′ và H5′ của hợp chất PT04 Tín hiệu cộng hưởng của proton

H4′ được quy cho tín hiệu mũi đôi – đôi - đôi tại δH 7,28 ppm (H4′, dd-like , 3 J(H,F) = 8,4

Hz, 3 J(H,H) = 8,4 Hz 4 J(H,H) = 3 Hz, 1H) Proton H4′ bị chẻ bởi fluoro và proton ở vị trí ortho so với nó tạo thành mũi ba với hằng số ghép là 3 J(H,F) = 8,4 Hz và , 3 J(H,H) = 8,4

Hz Sau đó tín hiệu H4′ bị chẻ bởi một trong 2 proton ở vị trí meta trong vòng (H2′ hoặc H6′) tạo thành mũi ba - đôi Mũi ba đôi đó bị chập với mũi của dung môi đo CDCl3 tạo thành mũi đôi đôi như trên phổ đồ

Cơ cế tổng hợp các dẫn xuất chalconnoid

3.2 Cơ chế tổng hợp các dẫn xuất chalconoid

Các dẫn xuất trên đều được tổng hợp thông qua cơ chế ngưng tụ Claisen – Schmidt Trong đó 3′-fluoroacetophenone đóng vai trò như là một tác nhân nucleophile và các dẫn xuất benzaldehyde đóng vai trò electrophile

Nhóm fluoro trong vòng A của các hợp chất được tổng hợp đóng vai trò gia tăng hiệu suất bằng các đẩy điện tử vào vòng làm cho nhóm enolate có nhiều điện tử hơn Ngoài ra nhóm fluoro có spin lẻ làm chẻ mũi các tín hiệu của proton và carbon trong vòng, từ đó tạo đặc trưng cho vòng A có các tín hiệu và hình dạng mũi gần như giống nhau trong cả năm hợp chất Từ đó định hướng quá trình giải phổ dễ dàng hơn

3.2.1 Cơ chế tổng hợp PT04, PT05, PT07 và PT08

Trong môi trường kiềm thì nhóm methyl của 3′-fluoroactonphenone bị khử, tách loại 01 proton ở vị trí α, chuyển hóa thành dạng enolate Enolate đóng vai trò như là tác chất ái nhân tấn công vào gốc carbonyl của các dẫn xuất benzaldehyde Sau đó alkoxide này được gắn thêm một proton để tạo thành sản phẩm aldol Do sản phẩm aldol không bền nên lập tức sẽ tách nước tạo thành chalconoid

3.2.2 Cơ chế đề nghị tổng hợp PT09

Trong việc tổng hợp dưới sự hỗ trợ của vi sóng, xúc tác đất sét montmorillonite K10 đóng vai trò như là một tác nhân acid Lewis Tác chất 3′-fluoroacetophenone đóng vai trò tác chất ái điện tử nucleophile và 4-hydroxylbezanaldehyde đóng vai trò như tác trò tác chất ái nhân electrophile Nhóm carbonyl của 3′-fluoroacetophenone bị phân cực bởi ion kim loại trên xúc tác đất sét, tăng tính acid của carbon α tạo thành carbanion có tính ái nhân Mặt khác 4-hydroxylbenzaldehyde cũng chịu ảnh hưởng của ion kim loại trên xúc tác làm tăng tính ái điện tử và chịu sự tấn công của carbanion Sản phẩm tạo thành không bền liền bị dehydrate hóa tạo thành chalcone

Việc chọn PT09 để tổng hợp dưới sự hỗ trợ của vi sóng là bởi có nhóm hydroxyl ở vị trí para trên vòng thơm benzaldehyde Là một nhóm đấy điện tử vào vòng, làm cho nhóm carbonyl sẽ bớt dương đi đẫn đến việc carbanion sẽ tấn công yếu hơn làm giảm hiệu suất tổng hợp

44 Hình 3 16: Cơ chế tổng hợp PT04, PT05, PT07, PT08

45 Hình 3 17: Cơ chế tổng hợp PT09