Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: KF tẩm trên Montmorillonite K10 xúc tác cho phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-Pyran

Phạm Đức Dũng1.1 Giới thiệu về xúc tác KF-AlzO; là xúc tác có thé tái sử dụng được trong phản ứng đa thành phan tổnghợp dẫn xuất 4H-pyran bằng phan ứng giữa aldehyde, malononitrile và hợ

BỘ GIÁO ĐỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

calle

ĐAIHỌC wezBSP

TP HO CHi MINH

KHOA LUAN TOT NGHIEP

CHUYEN NGANH HOA HUU CO

MONTMORILLONITE K10 XUC TAC

CHO PHAN UNG TONG HOP DAN

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quả trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận

được sự hướng dan, giúp đỡ quý báu của các thay cô và bạn bè Với lòng kinh trọng

vd biết ơn sâu sắc tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tat cả mọi người đã tạođiêu kiện giúp đỡ tồi trong thời gian qua

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ThS Phạm Đức Dùng người thay đãhưởng dẫn tận tinh và đóng góp nhiều ÿ kién quý bau cho tỏi trong suốt quả trình

nghiên cứu và hoàn thành luận vẫn tor nghiép.

Xin chân thành cam ơn đến Ban Giảm Hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa củaTrường Đại học Sư phạm Thành phổ Hỗ Chi Minh và các anh chị phòng thí nghiệm

Hóa hữu cơ của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành pho Ho Chi Minh.

Ngoài ra xin chân thành cảm ơn đến các quỷ thay có bộ món trong khoa Hóa

những người đã trang bị kiến thức, dạy dé và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tỏi trong

suốt bon năm học đại học.

Cuối cùng là lời cảm ơn đến gia đình bạn bè đã luôn bên cạnh động viên giúp

đỡ tôi trong những lúc khó khăn vẻ học tập cũng nine quá trình hoàn thành luận văn

tot nghiệp.

Tôi xin gửi lời chúc sức khỏe tới tat cả mọi người

Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế rất mong nhận

được sự đóng góp ý kiến của Thay, Có dé bài báo cáo hoàn chỉnh hon Trong quảtrình bảo cáo khỏ tránh khỏi sai sót, rất mong Thay, Cô bỏ qua

Tôi xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

Chau Ngọc Huyền

NHẠN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

LỜI MỞ DAU TY 00) 197714 CNG Z090666)081430i42680)100043808xxasjx4421062c451463u 1

CHƯƠNG 1: TONG QUAN 2.0 _._._ Ỡ

AT GÀt thiện: vila oes es, nee A ee 3

1.1.1 Các phan ửng tống hợp sử dụng xúc tae KF-Al;O;, : -.¿ 3

1.1.1.1 KE-Al;O; - Xúc tác hiệu quả va có thé tái sử dụng cho sự tổng hợp

4H-RBrARSS:CBbORVNDV G66 G0012 2t0GG G000 2S)d0Gaysdl 3

1.1.1.2 KF-Al;O:: Xúc tác bazơ ran cỏ hiệu quả trong sự tông hợp

benzimidazoles ở nhiệt độ phòng He 4

1.1.1.3 Tổng hợp dẫn xuất Benzo[b]pyrane sử dụng xúc tác KF-Al;O: 5

1.2 Giới thiệu về phan ứng tổng hợp dẫn xuất 4/7-pyran -2 - 22 ccszz 6

1.2.1 Phản ứng đa thành phan 2-22-5252 tSveYxtccczvrccvzrrri 6

1.2.2 Phương trình phản ứng: - - 5 5 SH se 7

1.2.3 Cơ chế phản ứng .-.-22- 25222 2222222 222EEESrcrEvrcvcvvssrccrserre 7

1.2.4 Các phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4//-pyran với các xúc tác khác nhau đã

ngực ib giới thực NIÊN: 0656 0006616600006612°Q5400%01GGãI04Giad §

1.2.4.1 Phương pháp tông hợp hợp chất 2-Amino-4H-benzo[b]pyran sử dụng

xúc tác Per-6-amino-Ø-cycÌodextrim che ke §

1.2.4.2 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-pyran dùng xúc tác NaOAc và

PROM: ác 20k sca ita beh nen Sh ent 9

1.2.4.3 Tổng hợp một sé din xuất 4/7-benzo[b]pyran sử dụng hệ xúc tác

CHƯƠNG?:THƯC NGHIEM G2012 22 iia Groce (006 ans eee 12

U0 Whe chil và MOO senses goer ce ect ees eee 13

DY): See eo 22 k01100000yGG(06 0000559846880 6600102.a66i3060Lxá06 13

ESBS 1H De dnbitLkcC0i01026)1202162422ãaá0805593/246/24)2804046- 420461 l3PTT ies ởtriyyy yïỹÿ;ýÿÏï;ẽýÿý-.%wnxnuunauagzờe l32.3 Điêu chế hợp chất 4/7-pyran 52-2 2222221922252 2211222112121571372230121 lầ

2.4 Qua trình tối ưu hóa phản ứng -sG 22251210 2c=U2120010.6555 14

2.4.1 Tếi ưu hóa nhiệt độ 2222 t S23 9CECS4EEEZCZYEcEEECEZzcE2Zerxzccvrzrzrvvee l4

9⁄42 Tôi ữù hộa thời DŨN các t0 codecs acess eee ee ee: 14

2.4.3 Ti ưu hóa tỉ lệ tác chất tham gia phản ứng - 2-55 142.4.4 Tôi ưu hóa khối lượng xúc the oo eecceccstesscssssecssssssecesssssecessserssesessaeeseensess 14

2.5 Tổng hợp các dẫn xuất của 4H-pyrann ccsecssesssessssseesseeesssnsccssnsesnneecssecensesneee l§

SRI le OR =——————————.— 15

CHƯƠNG 3: KẾT QUA = THẢO LUẬN ;:c :2c2 65c 026i giku2á 006,0 4 86 l6

Bich IND dũng g0 NếU GÌ eccyscetcusiig2cotiig doan: (áncG5661034240/0265//6666) Babe 17

te U40, đản ÔIh: đói ÔNG NGA Nay mm SA 17

3:3 Tỗi eA t © tS KF2H7OtUIKIU «c0 S22S< (2S 17

3iÁ Ti gu liên phần Clay scissile 18

3.4:T Tối mụ liên nhiệt độ sic cases te ante lia 18

342 Tếi ưu bóa Cheats: aan sccscscscsascanszssaansassanaviccaessaenseunahadmceai sai alah tabi 19

143 Tôiuu hha th tếc Các nen ean apa as 20

3.4.4 Tối ưu hóa khổi lượng xúc tác .-<- c2escL2vsacervkaesrrtrvazke 21

3.5 So sánh giữa xúc tác và không xúc tắc -socssssecrree 2 3;:6:Tá s18 20%EĂGG Soe 22

327 lòng bơn DÂN SAM ic ss each acaba sn cc aa vidi 22

ZS Sain CA Aili (RII banner snepassreseeessuapssesnenmnneceenennacnre nse nent eentenen we 24

3.9 Định danh các dẫn xuất 4H-pyran cescceccceecssesccssescsnescssesccssessssucecssucesssncee 28 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - ĐỀ XUẤT S2 Skeiiiiieiiieoende 36

TÀI LIỆU THAMIKHẢOG ì.c—-SkSSSriieietae 38

Danh mục bảng

Bang |: Kết quả phan ứng tiến hành với lượng xúc tác va thời gian khác nhau 4

Bang 2: Kết quả tái sử dụng của KE-Al;O; (10 3mol) 222-225-Scsccvzccccvree 4 Bảng 3: Kết qua phản ứng trong các điều kiện khác nhau 555 555525552 6 Bảng 4: Kết quả phản ứng tiến hành trong điều kiện dung môi và thời gian khác nhau giữa benzaldehyde Š5.Š-dimethylcyclohexane-1.3-dione va malononitrile 8

Bang 5: Kết quả tổng hợp một số dẫn xuất 2-Amino-4/ƒ-benzo[b]pyran sử dụng xúc tác Per:6-amiiao CVGÍOd€XIFÏN s<¿-¡c‹c¿c:ccc-<cc: 2022 62222246620209056664586665312066838uA.cs:02i0A2600A.1556 9 Bang 6: Kết quả tái sử dụng xúc tác Per-6-NH)-B-CD, cccossceecsesscseevereserenveesesenneeseee 9 Bang 7: Một số dẫn xuất 4//-pyran được tổng hợp trong điều kiện không dung mỗi với 106 ĐC INROIAC VÀ PEGS OD ngu pagtrigo011020v 096/06 600070600 100661000 auwaergranao 10 Bang 8: Kết qua phan ứng sử dụng xúc tác KF-Al;O; trong các điều kiện khác nhau giữa benzaldehyde, malononitrile và 5,5-dimethylcyclohexane- | ,3-dione il Bang 9: Tổng hợp dan xuất 4/-benzo[b]pyran với sự có mặt của KF-Al,O; trong ` “ỹỶyỶyng tt ba 1aaxxsGaxeessuykee i ee pc |, | CẢ hố ẽ nến nên nh 18 Bang 11: Kết quả tối ưu hóa theo nhiệt 6 <ceccessoeeccsresveersseessvesssneensurennneseerennnenss 18 Bàng 12: Kết quả tối ưu hóa theo thời gia scscsssssssssssssseneesssvsnsusreneeesnnnnsnensennennen 19 Bang 13: Kết quả tôi ưu hóa theo tỉ lệ tác chất 2252 211221222121202.2e 20 Bảng 14: Kết quả tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác 22-22 272vee 21 Bang 15: So sánh khả năng của xúc tác - 5 ng re 22 Bảng 16: Kết quả tai sử dụng xúc tác KEF-K 10 -22-2ss2222s vzcccczevczceecree 22 Bang 17: Kết qua tống hợp dẫn xudt -csessseessessneesssersneesssseesssseesavessssveressveeessvseseneesss 23 Bang 18: Bang quy kết các mũi proton của chất 4A trong phố 'H-NMR 26

Bảng 19: Bảng quy kết các mũi phổ 'ÌC-NMR của chất 4A 55s: 27 Bang 20: Bảng quy kết các mũi proton cúa chat 4B trong phô 'H-NMR 29

Bang 21: Bang quy kết các mũi proton của chất 4C trong phô 'H-NMR 31

Bang 22: Bang quy kết các mũi proton của chat 4D trong phd 'H-NMR 32

Bang 23: Bảng quy kết các mũi proton của chat 4E trong phô 'H-NMR 34

Bảng 24: Độ dịch chuyển hóa học trong phd 'H-NMR của một số dẫn xuất của 2-Amino-3-cyano-S.6.7,R-tetrahydro-4-phenyl-Š-oxo-4/7-benzopvran 35

Danh mục hình

Hinh 1: Sơ dé phản ứng tổng hop 4/7-pyran-3-carboxylate -.25-©22sccccscc 3

Hinh 2: Sơ đồ phản img tổng hợp benzimidazoles -22222 222222 22222122 e2 4

Hình 3: Sơ đồ tống hợp Benzo[b]pyrane .- 2222 2t 0 22211022211212211112001 e0 5 Hinh 4: So đồ tổng hợp dẫn xuất 4H-pyran sử dung xúc tác KF-Kl0 7

Hinh 5: Sơ đồ cơ chế phan ứng tổng hợp 4//-pyran 5: 5525: 2122225022022, 7

Hình 6: Sơ đồ tổng hợp 2-Amino-4/7-benzo[b]pyran 22: 2522222220222 §Hinh 7: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 4//-pyran dùng xúc tác NaOAc va PEG400 9

Hình 8: Sơ đồ tong hợp dan xuất 4H-benzo[b]pyran dùng xúc tác KF-Al;O; 10

Hinh 9: Sơ đồ tổng hợp 4H-pyran dùng xúc tác KF-K l0 -2-c-sz©c+z 17Hình 10: Phd hồng ngoại IR của chất 4A 5© c2Svevccvzeerereeeerrrre 24Hình 11: Phổ 'H-NMR của chất 4A - 2 2s tZC2€YgECYzzEsgcZvzzerxeerrsrrrvre 25

HN 15:P82 2S NMRGOES QẤ He Sa 27 Hình 13: Phố 'H-NMR của chất $B oo c.cccccssessseesssessosnueesssunsessuseosnnunennonnesensnueesnnen 28 Hình 14: Phổ 'H-NMR của Chat 4C -22222ECECEZECEEEVZZZZteC2Zrxrrrczcrrrrrrrre 30

Hinh 15: Phd 'H-NMR của chất 4D - no 2120110121100112 0.00 c1 32

Hình 16: Phd 'H-NMR của chất 4E 2s-.5s-c2Scs-cszzcvcvzccceeevpvrrcrcvryrre 33

Danh mục đồ thị

Đồ thị 1: DS thị kết quả tối ưu hóa theo nhiệt độ 45-55252551 x02 19

Đồ thị 2: Đỏ thị kết quả tôi ưu hóa theo thời gia ¿22222C22vSeccvzcee 20

Đồ thị 3: Đồ thị kết quả tối ưu hỏa theo khối lượng xúc tác -5:5+e 21

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dùng

LỜI MỞ ĐÀU

Hiện nay nhu cau tăng tổng hợp hóa học sạch vả hiệu quả liên tục trở nên cấp

bách hon vi môi trường Tống hợp hữu cơ trong diéu kiện không dung môi đã nhậnđược nhiều sự chú ý vi một số lợi ích như khả năng tương thích môi trường, dé dang

thực hiện tang cưởng chọn lọc giảm các sản phẩm phụ vả tốc độ phản ứng được cảithiện nhieu !"!

Trong hóa học tông hợp hữu cơ, các dẫn xuất 4H-pyran ngay càng nhận được sựquan tâm của các nha nghiên cứu do phạm vi rộng của nó vẻ hoạt tinh sinh học vađược lý, chang hạn như chống đông máu chong ung thư, chống co thắt, thuốc lợi tiểu

Những phương pháp điều chế trong dung môi hữu cơ hoặc chất lỏng ion có một số hạn

chế về hiệu suất thấp, 6 nhiễm môi trường va tốn kém dung môi khó thực hiện, !*!

KF tâm trên montmorillonite K10 1a xúc tác cho phản ứng tổng hợp dan xuất

4/7-pyran theo phản ứng đa thành phan Xúc tác này được điều chế từ những hóa chất có

sẵn rẻ tiền dễ điều chế vả có khá năng tái sử dụng

Chính vì những lý do đó chúng tôi chon dé tài: “KF TAM TREN

MONTMORILLONITE K10 XÚC TÁC CHO PHAN UNG TONG HỢP DAN

XUAT 4H-PYRAN” nhằm tông hợp và tối ưu hóa phân img dé đạt hiệu suất cao,

không gây ô nhiễm môi trường.

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

enn RRR er

CHUONG 1:

TONG QUAN

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

1.1 Giới thiệu về xúc tác

KF-AlzO; là xúc tác có thé tái sử dụng được trong phản ứng đa thành phan tổnghợp dẫn xuất 4H-pyran bằng phan ứng giữa aldehyde, malononitrile và hợp chat

methylene diearbonyl linh động trong điều kiện có hoặc không có dung môi Ỳ

Tuy theo tửng loại phản ứng, từng mục dich sử dụng ma KF và Al;O; được trộn,

nghién theo những tỉ lệ khác nhau sẽ thu được xúc tác KF-Al;O; khác nhau.

— Thời gian: 15-5 giờ.

~ Phương pháp: khuấy tir

Phản img xong xúc tác được tách ra khỏi hỗn hợp bang cách lọc qua phéu lọc

xốp rửa bằng ethanol va tái sử dụng cho lần tổng hợp kẻ tiếp Sản phẩm thu được tinh khiết sau khi két tinh lại.

Khóa luận tốt nghỉ GVHD: ThS Phạm Đức Din:

Tién hành điều kiện phan ứng như trên với lượng xúc tác va thời gian khác nhauthu được kết quả được trình bày trong bang 1

Bang |: Kết quả phản ứng tiền hành với lượng xúc tác và thời gian khác nhau

Điều kiện phản ứng

KF-Al;O; (tai sử dung lần |), EtOH, RT.

KF-Al;O; (tai sử dụng lần 2), EtOH, RT.

KF-Al;O; (tai sử dung lân 3), EtOH, RT.

KF-Al;O; (tái sử dụng lan 4), EtOH, RT.

1112 KF-AlOy Xúc tác bazơ rắn có hiệu quả trong sự tổng hopbenzimidazoles ở nhiệt độ phòng “'

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

+ Quy trình tông hợp:

Dau tiên khảo sat ảnh hưởng của lượng KF-Al;O; lên phan ứng giữa | mmol

ø-phenylenediamine (1,2-diø-phenylenediamines) và | mmol benzoyl chloride trong 5 ml

acctonitrile ở nhiệt độ phòng Hiệu suất cao nhất được ghi nhận với lượng xúc tác là

25 %4mol, nêu nhỏ hơn thì hiệu suất giảm Nếu không có xúc tác thì phan img không

Xây ra.

Tiếp theo là khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ với lượng xúc tác là 25 %mol ở

các nhiệt độ khác nhau nhưng kết quả cho thấy hiệu suất không phụ thuộc vào nhiệt

độ Vi thẻ tất cả các phan ứng được tiễn hành ở nhiệt độ phòng

Cuối cùng phản ứng được nghiên cứu trong các dung môi khác nhau ở nhiệt độ

phòng Ket quả là phan ứng có hiệu suất cao (93%) khi tién hảnh trong acetonitrile va

dichloromethane.

1.1.1.3 Tông hop dẫn xuất Benzo[b]pyrane sử dung xúc tác KF-Al;O; Bì

+ So đồ tổng hợp:

Hình 3: Sơ đỏ tổng hợp Benzo[b]pyrane

+ Quy trình tong hop:

> Điều chế xúc tác: Trộn 5 mmol (0.291 g) KF va 5 mmol (0.510 g) AlzO:

nghiên mịn thu được hệ xúc tác KF-Al;O; dưới dang bột mau trắng (0,801 g)

> Tổng hợp din xuất benzo[b]pyrane:

Khoa luận tốt nghiệ GVHD: ThS Phạm Đức Din

Cho hỗn hợp phản ứng vao bình câu 25 ml, thêm 10 ml ethanol Dun hôi lưu hén

hợp ở 70°C trong 5 phút.

Sau đó lọc lấy dung dịch đem cô cạn cỏn 5 mi, để khoảng 4-5 giờ ở nhiệt độphòng, lọc lay sản phẩm Xúc tác thu hỏi rửa lại bang ethanol, làm khô va sử dụng cho

lan phan ứng kề tiếp

Kết quả của phan img tiến hành trong các điều kiện khác nhau được trinh bày

trong bảng 3:

1.2 Giới thiệu về phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-pyran.

1.2.1 Phan ứng đa thành phan ©Phản ứng đa thành phần (multi-component reaction, MCR) là một phản ứng hóahọc có từ ba tác chất trở lên cùng tham gia trong một quá trình (one-pot operation)

gồm nhiều giai đoạn dé tạo thành sản phẩm chứa đựng hằu hết các nguyễn tử của cácnguyên liệu ban dau

Phản ứng đa thành phần có khả năng tạo thành các phân tử phức tạp với sự đơn giản và ngăn gọn nhất Một lợi ích điển hình của phản ứng này là dé dang thu được sản

phẩm tỉnh khiết vì hầu hết tác chất ban đầu đều được kết hợp tạo thành sản phẩm cuối

Khóa luận tốt nghi GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

1.2.2 Phương trình phản ứng:

0 oO

> Ngưng tụ của aldehyde với hợp chất methylene linh động theo phản ứng

Knoevenagel, loại bỏ một phân tử nước.

+ Benzaldehyde phản ứng với malononotrile, tiếp tục khử nước được hợp chat

trung gian 4.

+ Cyclohexane-1,3-dione tan công vao liên kết đôi C=C của hợp chất trung gian 4

theo phan ứng Micheal, qua các giai đoạn chuyển hóa cuối cùng tạo ra hợp chất

4H-pyran.

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũn

1.2.4 Các phương pháp tông hợp dẫn xuất 4H-pyran với các xúc tác khác nhau đã được thé giới thực hiện

1.2.4.1 Phương pháp tông hợp hợp chất 2-Amino-4H-benzo[b]pyran sử dung

Phản ứng được tién hành trong điều kiện không dung môi với | mmol mỗi chất

tham gia phản ứng đẻ ở nhiệt độ phòng khoảng một phút Phản ứng xong lọc xúc tác,

rửa lại bằng ethanol ba lần, say khô trong chân không.

Kết quả của phan ứng tiến hành trong điều kiện dung môi và thời gian khác nhau

được trình bay trong bang 4:

Bảng 4: Kết quả phản ứng tiến hành trong điều kiện dung môi và thời gian khác nhau

giữa benzaldehyde, 5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione và malononitrile.

es NHNK' WSH.-/-N

Kết quả tong hợp một số dẫn xuất 2-Amino-4/7-benzo|b]pyran sử dung xúc tácPer-6-amino-/-cyclodextrin Trone điều kiện không dung môi thời gian 1 phút được

trình bảy trong bảng Š.

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: ThS Phạm Dire Din

Bang 5: Kết qua tng hợp một số dẫn xuất 2-Amino-4/7-benzo[b]pyran sir dụng xúc

tác Per-6-amino-Ø-cyclodextrin

Kết quả tái sử dụng xúc tác Pcr-6ó-NH;-/Ø-CD trong tổng hợp dẫn xuất

2-Amino-H-benzo[b}pyran từ C,H„CHO được trình bày trong bảng 6.

Bảng 6: Kết qua tai sử dụng xúc tác Per-6-NH;-Ø-CD

— 0,1 mol aldehyde thơm.

— 0.11 mol hop chat methylene hoạt động.

~ O11 mol cyclohexane-!.3-dione.

- 0,01 mol NaOAc vả 0,005 mol PEG400

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Pham Đức Dũng

— Cho vào bình ba cô đáy tron 50 ml

Khuay mạnh hon hợp va nung ở một nhiệt độ cho phép trong khoảng thời giantheo yêu cau dé hoàn thành phân ứng (theo ddi bang sắc kí lớp mỏng)

Sau đó hỗn hợp nóng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng va rửa sạch bằng nước.

Loc sản phẩm và kết tinh lại bang ethanol

Áp dụng điều kiện phản ứng như trên tác giả đã tổng hợp được một số dẫn xuất

4H-pyran được trình bảy trong bảng 7:

Bảng 7: Một số dẫn xuất 4H-pyran được tổng hợp trong điều kiện không dung môi với

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

— 1,2 mmol malononitrile.

~ 1 mmol aldehyde thơm.

Cho hỗn hợp phan ứng vào bình cầu 25 ml, thêm 10 ml ethanol Dun hồi lưu

hồn hợp ở 70°C trong 5 phút.

Sau đó lọc lấy dung dịch đem cô can còn Š ml, để khoảng 4-5 giờ ở nhiệt độ

phòng lọc lấy sản phẩm Xúc tác thu hồi rita lại bằng ethanol, làm khô va sử dụng cho

lần phản ứng kẻ tiếp.

Kết quả của phản ứng tiến hảnh trong các điều kiện khác nhau được trình bay

trong bảng 8.

Ap dụng điều kiện phản ửng như trên: phản ứng tiên hành trong 10 ml ethanol,

đun hồi lưu 70°C trong 5 phút để tổng hợp dẫn xuất 4H-benzo[b]pyran thu được kết

quả được trình bày trong bảng 9.

Bảng 9: Tổng hợp dẫn xuất 4/7-benzo[b]pyran với sự có mặt của KF-Al;O; trong

THỰC NGHIỆM

GVHD: ThS Pham Đức Dũng

12

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Ðức Dũng

2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất

¢ Malononitrile (Sigma Aldrich).

e Cyclohexane-l.3-dione (Sigma Aldrich).

© Benzaldehyde (Trung Quốc).

« KF.2H,O (Trung Quốc)

© Cân điện từ Sartotius.

® Máy chiếu xạ siêu âm Branson,

© Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET

© Máy hút chân không.

© Máy đo nhiệt độ nóng chảy Bũchi.

® Máy đo NMR 500 MHz.

e Máy đo IR.

2.2 Điều chế xúc tác

Tron KF.2H;O với K10 theo tỉ lệ khối lượng 1:3, 2:3, 3:3, 4:3, rồi đem hòa tan

vào khoảng 30 ml nước Khuấy từ hỗn hợp trong | giờ Sau dé đem cô quay để loại bỏ nước ở 70°C, thu được xúc tác hỗn hợp rắn Thực hiện phan ứng tối ưu hóa ti lệ xúc

tác ở điều kiện: thời gian 30 phút khối lượng xúc tác 0.1 g tỉ lệ tác chấtbenzaldehyde:malononitrile:cyclohexane-l.3-đione là !:1:1, ở nhiệt độ phỏng dé tìm

ra tỉ lệ xúc tác tốt nhất

2.3 Điều chế hợp chat 4H-pyran

Cho vao bình cau 25 mi:

13

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Pham Đức Dũng

e 2mmol (0.132 g) malononitrile.

e 2 mmol (0.224 g) cyclohexane-| 3-dione.

e 0.1 g xúc tác KF-K10 (theo ti lệ khối lượng tôi ưu)

tinh, cân sản phẩm va tinh hiệu suất thu được (sản phẩm có màu trang)

2.4 Quá trình tối ưu hóa phản ứng

Điều kiện phan img ban đầu: 2 mmol (0.132 g) malononitrile, 2 mmol (0,224 g)cyclohexane-!.3-dione, 0,1 g xúc tác KF-K10 (theo ti lệ khối lượng tối ưu) 2 mmol

(0,212 g) benzaldehyde, chiếu xạ siêu âm không dung môi

2.4.1 Tối ưu hóa nhiệt độ

Cổ định thời gian phan img trong 30 phút khôi lượng xúc tác 0.1 g nhiệt độphản ứng thay đổi từ nhiệt độ phỏng đến 50°C

2.4.2 Tối ưu hóa thời gian

Cổ định nhiệt độ đã tối uu, khối lượng xúc tác 0.1 g thời gian phản ứng thay đổi

từ 15-60 phút.

2.4.3 Tối ưu hóa tỉ lệ tác chất tham gia phản ứng

Có định thời gian và nhiệt độ đã tối ưu, khối lượng xúc tác 0.1 g thay đổi tỉ lệ

mol của malononitrile:cyclohexane-l,3-dione:benzaldehyde theo I1:1:l, 1.5:1:1,

125:1:1,1:1.5:T,28251 1:1:15:21:125,

2.4.4 Tối ưu hóa khối lượng xúc tác

Thực hiện phản ứng theo các điều kiện đã được tôi ưu va thay đổi khối lượng xúc

tác cho phản tng từ 0.05-0.25 g.

> Kiểm tra xúc tác: thực hiện phan img ở điều kiện ti ưu với sự có mặt của xúc

tác vả không có xúc tác.

14

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

> Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác: thực hiện ở điều kiện tối ưu với xúc tác đã thu

hôi lân 1.

2.5 Tổng hợp các dẫn xuất của 4H-pyran

Thay đổi benzaldehyde bảng các dẫn xuất nitrobenzaldehyde

4-chlorobenzaldehyde, 4-bromobenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde Áp dụng điều

kiện đã tôi ưu hỏa ở trên để xác định ảnh hưởng bởi các nhóm thẻ

2.6 Xác định sản phẩm

Đo nhiệt độ nóng chảy, IR, 'H-NMR, '*C-NMR của sản phẩm

15

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

"—=————————————————————————s==xr

CHƯƠNG 3:

KET QUÁ - THẢO LUẬN

16

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

3.1 Nội dung nghiên cứu

© Đối tượng nghiên cứu

Kha nang xúc tác phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-pyran của KF tam trên

montmorillonite K 10.

« Mục đích nghiên cứu

- Tổng hợp một số dẫn xuất 4H-pyran sử dụng xúc tác KF tâm trên

montmorillonite K10 và tối ưu hóa các điều kiện phản ứng

- Kiém tra khả năng tái sử dung xúc tác.

« Nội dung nghiên cứu

- _ Điều chế xúc tác KF tắm trên montmorillonite K10.

- Tổng hợp dẫn xuất 4H-pyran bang phản ứng đa thành phân trong điều kiện

chiều xạ siêu âm không dung môi

- _ Tôi ưu hóa các điều kiện phản ứng như: nhiệt độ thời gian, tỉ lệ các tác chat va

lượng xúc tác.

- Kiém tra khả năng tái sử dụng xúc tác

® Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp các tài liệu khoa học có liên quan

- Điều chế xúc tác: KF tẩm trên montmorillonite K10 bằng phương pháp khuấy

Hình 9: Sơ đô tổng hợp 4H-pyran dùng xúc tác KF-K10

3.3 Tối ưu tỉ lệ xúc tác KF.2H;O và K10

Thực hiện phan ứng ở điều kiện: thời gian 30 phút khối lượng xúc tác 0.1 g, tỉ lệtác chất 1:2:3 lả !:1:1 ở nhiệt độ phỏng dé tìm ra tỉ lệ xúc tác tốt nhất

17

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Pham Đức Dũng

Kết quả tối ưu tỉ lệ xúc tác được trình bày trong bảng 10

Bảng 10: Kết quả tối ưu xúc tác

Tí lệ KF.2H;O:K10 (g:g) | Khối lượng sản phẩm (g) | Hiệu suất (%)

: 0.378 71

Dựa vào kết quả tôi ưu xúc tác (xem bảng 10) ta thay với tỉ lệ giữa KF.2H;O va

K 10 là 3:3 thì hiệu suất phản ứng cao nhất

Vậy tí lệ giữa KF.2H,O và K10 tốt nhất là 3:3 Chúng tôi đã sử dụng tỉ lệ này dé

thực hiện tối ưu hóa phản ứng

3.4 Tối ưu hóa phản ứng

> Khi tăng nhiệt độ phản ứng tử 20-40°C, hiệu suất phản img tăng dan Tiếp tục

tang nhiệt độ lên 60°C thi hiệu suất phản ứng giảm Khi nhiệt độ tăng, sản phẩm nhanh đóng ran, hạn chế khả năng tiếp xúc giữa các tác chất và có thé một phân sản phẩm có

thé bị phân hủy hoặc các phan img khác cạnh tranh nên hiệu suất giảm,

Đồ thị | biểu thị sự tương quan giữa hiệu suất và nhiệt độ phản ứng khi nhiệt độ

thay đối từ 20-60°C.

18

0 10 20 30 40 so 60 mộ

Nhiệt độ (°C)

Đồ thị 1: Dé thị kết quả tôi ưu hóa theo nhiệt độ

> Vậy dựa vào kết quả tối ưu hỏa phản ứng theo nhiệt độ (bảng 11 va dé thị 1).

chúng tôi chọn nhiệt độ phan img tối ưu là 40°C

3.4.2 Tối ưu hóa thời gian

Phản img được tiến hành ở nhiệt độ tối ưu 40°C, khối lượng xúc tác 0,1 g, ti lệ tác

chất 1:2:3 là 1:1:1 và thời gian phản ứng thay đổi Kết qua tối ưu hóa phản ứng theo

thời gian được trình bay trong bang 12.

Bang 12: Kết quả tối ưu hóa theo thời gian

"Thời gian (phú

% Khi tang thời gian ban đầu hiệu suất tăng dan nhưng khi thời gian tăng từ

30-60 phút thì hiệu suất giảm

> Thời gian dé các tác chất tiếp xúc vả phản ing với nhau một cách hoàn toản là cân thiết vì nếu thời gian ngắn quá các chất chưa kịp phản ứng hết, còn nếu thời gian

quá dai sản phẩm có thẻ bị phân hủy hay xảy ra phan ứng khác cạnh tranh Do đó với

thời gian 30 phút phản ứng thu được hiệu suất cao nhất

Đỏ thị 2 biểu thị sự tương quan giữa hiệu suất và thời gian phản ứng khi tăng

thoi gian tử 15-60 phút.

19

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

Đồ thị 2: Dé thị kết qua tối ưu hóa theo thời gian

Qua khảo sát với kết quả thu được như bảng 12, chúng tôi chọn thời gian tôi ưu

của phản ứng là 30 phút.

> Khi thay đôi tỉ lệ tác chất theo các tỉ lệ trong bảng 13 hiệu suất gần như không

thay đổi Do đó chúng tôi chọn ti lệ giữa các tác chất 1:2:3 là L:]:1 là tí lệ tối ưu của

phan ứng Vi đỏ là ti lệ tối ưu hiệu quả va kinh tế nhất

20

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

3.4.4 Tối ưu hóa khối lượng xúc tác

Thực hiện phản ứng với nhiệt độ tối ưu 40°C, thời gian tối ưu 30 phút, tỉ lệ tác

chất 1:2:3 tôi ưu là 1:1:1 và khối lượng xúc tác thay đổi Kết quả được trình bay trong

bảng 14.

4% Nhận xét: Khi lượng xúc tác tăng từ 0.05-0,1 g thì hiệu suất phản ứng bằng

nhau, nhưng tiếp tục tăng thì hiệu suất giảm Lí do là khi có quá nhiều xúc tác sẽ làm

hỗn hợp phản ứng quá đặc sệt, làm giảm khả năng kết hợp giữa các phân tử tác chất cũng như giảm khả năng tạo thành sản phẩm chính, dẫn đến làm giảm hiệu suất của

Dựa vào kết quả bảng 14 va đồ thị 3, chúng tôi chọn khói lượng xúc tác 0,05 g là

khối lượng tối ưu

4 Sau quá trình tối ưu hóa điều kiện phan img chúng tôi được kết quả:

Nhiệt độ tối ưu: 40°C

— Thời gian tôi ưu: 30 phút

21

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

~ Tỉ lệ tác chất 1:2:3 tối ưu: I:1:1

~ Khếi lượng xúc tác tối ưu: 0,05 g

3.5 So sánh giữa xúc tác và không xúc tác

Xét tại điều kiện tối ưu của phản ứng: nhiệt độ 40°C, thời gian 30 phút tỉ lệ tácchất 1:2:3 là 1:1:1 Kết quả so sánh giữa phản ứng cỏ xúc tác và không xúc tác được

trình bay trong bang 15.

Bang 15: So sánh kha nang của xúc tac

Thực hiện phản ứng với điều kiện tối ưu: nhiệt độ 40°C, thời gian 30 phút, tỉ lệ

tác chất 1:2:3 là 1:1:1 và khối lượng xúc tác 0,05 g Xúc tác tái sử dụng lin 1, lần 2,

lan 3 Kết quả tai sử dung xúc tác được trình bay trong bảng 16.

Bang 16: Kết quả tái sử dụng xúc tác KF-K10

Xúc tác KF-K10 la xúc tác dé điều chế dé sử dụng và có khả nang tái sử dụng

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: ThS Phạm Đức D

Thay benzaldehyde lần lượt bảng các dẫn xuất nitrobenzaldehyde,

4-chlorobenzaldehyde 4-bromobenzaldehyde 4-methylbenzaldehyde, thu được kết

quả trong bang 17.

Bang 17: Kết quả tổng hợp dẫn xuất

STT | Mẫu | Công thức cấu tạo a - Nhiệt pity chảy | Nhiệt ap chay

=| oe | mm

Too

ele]

aloe f

Khi thay benzaldehyde bing các dẫn xuất nitrobenzaldehyde,

4-chlorobenzaldehyde, 4-bromobenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde, hiệu suất phản

ứng tương đối cao (trừ chất 4D) (xem bảng 17), chứng tỏ xúc tác KF-K 10 vẫn có hiệu

qua trên các dẫn xuất của benzaldehyde

23

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

3.8 Định danh sản phẩm

2-Amino-3-cyano-5,6,7,8-tetrahydro-5-oxo-4-pheny|-4H -benzopyran

Lam tại một điều kiện bat ki, thu được sản phẩm kết tinh lại that sạch rồi đem đi

đo nhiệt độ nóng chảy, phd IR, pho 'H-NMR, "C-NMR Kết quả thu được :

© T„=243-247.

© _ Phổ hồng ngoại IR của chất 4A (C¡¿H¡4¿N;O;) (xem phụ lục 3)

Hình 10: Phố hông ngoại IR của chat 4A

Trên phổ hong ngoại (IR) của chất 4A (xem hình 10) xuất hiện vân hap thụ có

tan số 3171 cm” và 3341 cm” đặc trưng cho đao động hóa trị của liên kết N-H, vânhap thụ có tần số 2865-2957 em” là dao động hóa trị của liên kết C„'-H

Vân hap thụ cỏ tin số 2200 cm đặc trưng cho đao động hoá trị của liên kết

C=N Van hap thụ ứng với đao động hóa trị C=O, C=C được thấy xuất hiện ở tan số

1610-1700 cm `.

——x— =—xXxX=—E—X—=e——E—E.ỶE=z-rcrxcr-rxrxr-rxrxrxcrxrcrỶrnr.rvrxrxrxrxr-x-x-r-rcrxr-rr=

24

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Đức Dũng

Vân hap thụ có tan số 1260 cm’ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết

2:2:2:1:2:3:2 phù hợp với cấu trúc của chất 4A.

Tín hiệu multipiet có cường độ bang 2 va độ chuyển dịch ö = 1,87-1,99 ppmđược quy kết cho proton H; Tin hiệu multiplet có cường độ bang 2 va độ chuyển dịch

5 = 2,56-2,67 ppm được quy kết cho proton Hạ do nhóm -CH; liên kết với nhóm -C=O

nên địch chuyển về trường thắp hon so với proton Hạ trên nhóm -CH) (ở vị trí 8) liên

kết nhóm -C=C Vậy tín hiệu ở & = 2,22-2,34 ppm, có cường độ bằng 2 được quy kết