Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp Decane-2,3-Dione từ Acrolein

Nghiên cứu tông hợp decan-2.3-dione =một thành phần pheromone của sâu đục thâncây cà phê mình trắng, góp phần ứng dụng vào công tác kiểm soát dịch hại mà không gây ônhiễm môi sinh, tạo n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM TP HCM

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA LUAN TOT NGHIEP

CHUYEN NGHANH: HÓA HỮU CƠ

KHÓA: 2009 - 2013

GIÁO VIÊN HƯỚNG DAN: T.S DANG CHÍ HIEN

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYEN VĂN HAI

TP.HCM Tháng 05 - 2013

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thẻ giới II

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam 12

L2 EHANIUDNGGRIGNARD sureannnennananởa.aa.aờaờớ-ớ-nnnanannanunne 13

M211) Phamitng Grignard, scsscssicssscecssvessaacsssssvessecisseessovessassostiessscaisverssvensaaesaeas 13

1.2.2 Tác chất Grignard ceccceccecsseesseesseessesseessvesssessvessveesvseseenreeercenneeenees 13

1.2.3 Phản ứng ghép cặp Grignard[2,9] c5 15

1.3 Phản Ung Epoxy Hóa -2-222S22S2222221221122322221222222222 222 rrve 16

1.4 Phản Ung Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua 18

1.5 Các Phan Ung Dehidro Hóa Va Oxi Hóa Ancol [9} 2-2-5 191.6 Tình Hình Sản Xuất Cà Phê Va Sâu Bệnh Hai Cây Ca Phé 22

1.6.1 Tình hình sản xuất cà phê của thé giới -2 222222sccccszecce 22

16:2) Sauibenhichinh hai cay cai Phe -sssisssssissssssasssssssasssaasssssseasssssssssssasssascsoaes 23

1.6.3 Đặc điềm sinh thái học côn tng c cccecceeeceesceesceescesssessscessessseesseesseen 24

1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Duc Thân Cà Phê Mình Trang (Xylotrechus

quadripes CheVrOlaf) - c0 1H Hàn HH0 ng HH ngon 24

17.1 Pheromone giới tính của sâu đục than cà phê (Xylotrechus quadripes CHeVIOHÍỦ) - ;¡::ịccciocciioooaoioariiariicoiiiitiioiiiattiaiiiaSi2620202012310130183501352163126361655333548365285356556 24

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây - << 25

Chương 2 NGHIÊN CỨU 2.- 2 222£222£EEEEE2EEE2EEEEE122E12211221122112 211221227 2x0, 29

2.1 NOI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 29

ZL UNG dung nghiÊn CỨu ccc c0 0100620165012411264146414ã646544 29

2.2 Phong pháp nghiÊn cỮU::.:.::::::::-ccccccc c0 c0S02100101263212140633533823618 558 31

L2 KET OUA VA THAO DUAN bisicsscssiassicsaisscssssssscinainsasiaacsssannainesisosanannan 33

2.2.1 Nghiên cứu tông hop allyl ancol từ aerolein - 225252 33

2.2.2 Tong hợp I-(oxiran-2-yl)octan- Ï-Ol -.::- ¿2s 25z 2222222222512 15122122 38

2.2.3 Tông hợp 2.3-decandiol cscccssesssesssesssesssessuessueesssessseseseneeencessncesves 4 2.2.4 Tong hop 2,3-đècandiOne 2: 2-2222 222221222122212221222222212122 2112202 ct 47

Chương 30T NGHI NỈ: uaneauritntoiiisobtiitttiitt2iti001110002/0012100161120002101210200001000 51

3.1 THIET BỊ, DUNG CU VÀ HOA CHAT THÍ NGHIỆM 51

3.1.1 Thiết bị và dụng CU sccccssccscssssessssesscssecsssveessvesesssscsssvssneseeessiesssneesseseeesseeen 51

lì sa ẻẽ -3|(ŒÄ- BHHH 513.1.3 Tinh chế một số hóa Chat ccccccssssssesssvesssvseesssessssvesssveessssesssveeeeveesensvean 53

3.2 TONG HỢP CAC HOP CHAT cs cesecsssescseessseesseessssesssecesneesnecencesensescueeees 53

3.2.1 Tổng hợp n-heptyl bromua - 2252222222233 2317237222222 ercxez 53

3.2.2 Tông hợp I-decen-3-ol theo phản ứng Grignard -2¿ 54

3.2.3 Tong hợp 1.2-epoxy-3-deeanol.(3) -+-2+©22222zczzzcrxecrsecrscre %4

51014'T1086IH00013560ãTi6đ10ÌLngunaneaneantaiieniiatniioiiiiit0001600330003000300189003300380 553.2.5 Tong hợp 2,3-decamedione -ccecccecseecseesseesssesssesseseeescesnesesceenveenven 56

L4 2i DU Tớ vocsscavassassassscasssansessssssescsssosssosaseeravavsanvsansnessmvanvests 56

KIEN NGHI 11 ca HH ee 58

TÀI LIEU THAM KHẢO 6 St CS 11211121121 11 11 1n 0g cày 59

J ¡ LU) 6) 0 | Ce Error! Bookmark not defined.

Mớ Đầu

Hiện nay cây cà phê được trông tại hơn 75 quốc gia trên thé giới với điện tích trên 10triệu hecta và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tấn Cà phê là một trongnhững thức uống thông dụng toàn cau, nhu cau doi hỏi của ngưởi tiêu dùng không ngừngtăng lên, chưa có những sản phâm nhân tạo được chấp nhận dé thay thế cho cà phê vì vay

việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn

đối với nhiều nước, Van đề quan trong cần có nhận thức day đủ là: sản phâm cà phê đem ra thị trường phải đảm bao chất lượng.

O nước ta, cây cà phê là 1 loại cây công nghiệp có giá trị lớn, và được trồng nhiều ở

vùng Tây Nguyên và đã đem lại nhiều lợi ich cho người dân và góp phan phát triển đất

nước Tuy nhiên, hiện nay, do tình trạng sâu bệnh phát triển, đặc biệt là sâu đục thân, làm

ảnh hưởng không nhỏ đến nang suất cây trồng tại đây Sự phun thuốc trừ sâu bừa bãi của

người din, không theo quy hoạch sẽ làm tan dur thuốc bảo vệ tăng cao, gây ảnh hưởng

không nhỏ đến sức khỏe người tiêu dùng Vậy làm thé nao dé người dân vừa tiêu diệt đượcdịch bệnh mà không ảnh hưởng gì đến sức khỏe người tiêu dùng 7hứ nhat đó là khuyến cáo

người dân phun thuốc bảo vệ thực vật đúng liều lượng, thu hoạch sản phẩm sau khi đã đủ

thời gian ngưng sử dụng thuốc 7# hai, dùng 1 phương pháp tiên tiến, hiệu quả hơn đó là

dùng chất dẫn dụ hay còn gọi là pheromone sinh vat Với việc sứ dụng pheromone thì chúng

ta vừa tiêu diệt được sâu hại trên cơ sở dẫn dụ sâu hại đến và tiêu diét mà không cần phải

phun trực tiếp như các thuốc hóa học thông thường nên không ảnh hưởng gì đến hàm lượng

hóa chất trong cây trồng Pheromone của sâu duc thân cà phê mình trắng Xyiøtrechs

quadripes có nhiều loại Chúng tôi chọn tong hợp 2,3-decanedione, việc đem vào ứng dụng

thực tiễn sẽ có lợi vẻ mặt kinh tế Từ những yêu cau trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghién cứu

tổng hợp DECAN-2,3-DIONE TỪ ACROLEIN” Nhằm tạo ra một loại pheromone của sâu

đục thân cây cà phê, từ đó tạo nên tang dé sản xuất pheromone sâu đục thân cây cà phê, áp

dụng vào thưc tế đề tăng giá trị kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Mục tiêu của dé tài

Nghiên cứu tông hợp decan-2.3-dione =một thành phần pheromone của sâu đục thâncây cà phê mình trắng, góp phần ứng dụng vào công tác kiểm soát dịch hại mà không gây ônhiễm môi sinh, tạo nên một nên nông nghiệp xanh.

Nội dung đề tài

- _ Tổng hợp decan-2,3-dione từ những nguyên liệu dé tìm mua hoặc có thé tong hợp

được trong điều kiện của Việt Nam như acrolein và heptanbromua

- Phản ứng quan trọng là phản ứng ghép Grignard trong dung môi THF, được tiễn

hành dưới điều kiện siêu âm nhằm nâng cao hiệu suất và rút ngắn thời gian phản

ứng Và phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng phương pháp và kỹ thuật mới trong tông hợp hữu cơ như siêu âm trong

tông hợp pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình trắng (Xylotrechus

quadripes Chevrolat)”, góp phan làm da dang và phong phú nguồn chế pham có hoạt tinh

sinh học phục vụ nông nghiệp Kết quả nghiên cứu còn góp phân tìm hiểu sâu hơn về

pheromone decan-2,3-dione, vừa là cơ sở khoa học đồng thời là dữ liệu dé ứng dụng trong

việc phòng trừ và kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường.

_ Chương 1

TONG QUAN

1.1 PHEROMONE

1.1.1 Khái niệm

Pheromone là hợp chất dễ bay hơi có hoạt tính sinh học cao lại được tiết ra môi

trường ngoài cơ thé, nhờ không khí vận động mà nó được truyền đến các cơ quan cảm giác

của cơ thé khác dé gây nên tác dụng Chúng được các nhà khoa học nghiên cứu từ thế ký

XX Đến nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu sâu và có nhiều ứng dụng

Karlson và Lũscher (1959) đã đưa ra thuật ngữ pheromone Thuật ngữ này là một từ

ghép bắt nguồn từ hai chữ Hy Lạp: pherein có nghĩa là mang đi, truyền di và hormone có

nghĩa là kích thích [3,4]

Pheromone, theo định nghĩa của Karlson và Liischer (1959) là một chất được tiết ra

môi trường bên ngoài từ một cá thê và được nhận biết ở một cá thê thứ hai cùng loài ở đây

xảy ra một phản ứng đặc trưng, thí dụ nó giải quyết những tập tính nhất định hoặc một phản

ứng sinh lý nhất định [4]

1.1.2 Phân loại [3,4,9,10]

1.1.2.1 Nhóm các pheromone có tác dung hấp dẫn

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động đương đối

với con vật Trong nhóm này bao gôm các loại pheromone như sau:

$4 Pheromone tập hợp

La một loại pheromone có chức năng như một yếu té dé tập hợp các cá thé của cả hai

giới đực và cái Đặc biệt khi bị tấn công, việc tập hợp rõ ràng mang tính chất bảo vệ cao.

Việc tôn tại các pheromone tập hợp là cần thiết cho nhiều loài côn trùng, đặc biệt những loài

côn trùng sông thành xã hội, nửa xã hội hoặc có quan hệ tạo tô hay nơi trú ngụ tạm thời.

4 Pheromone giới tính

Bao gồm các chất do con cái hay con đực tiết ra nhằm hấp dẫn bạn đời Các loại

pheromone giới tính rat đặc trưng cho từng loài côn trùng và có tác đụng rất mạnh, chúng

đóng một vai trò quan trọng trong đời sống côn trùng Các pheromone giới tính cũng thuộctrong hệ thông affine, vẻ hình thức là một sự tập hợp nhưng nội dung lại là những kích thích

làm tăng việc chuẩn bị sẵn sàng giao phối.

Trong những năm gần đây, pheromone giới tính được đặc biệt nghiên cứu mạnh mẽ không chỉ xác định bản chất sinh học của chúng, mà còn đi sâu phân tích cơ chế tác dụng sinh lý của chúng cũng như nghiên cứu cách tông hợp nhân tạo đề đưa ra ứng dụng.

Việc sản sinh ra pheromone thường có liên hệ chặt chế với hoạt động sinh dục của

con cái Mặt khác, cường độ phản ứng của con đực đỗi với pheromone giới tính còn được

thé hiện theo nhịp điệu thời gian nhất định.

4 Pheromone đánh dau đường đi hay địa điểm

Pheromone này cũng thuộc vào nhóm các chất có tác dụng thu hút cá thê thuộc hệ

thông affine, chỉ có một điều khác biệt là “ké phát tin” lại không có mục dich cần gắn liền

với “con vat nhận tin”.

Các tín hiệu bằng hóa hoc (pheromone) được dé lại trên đường di (pheromone

đánh đấu đường di) hay dé lại ở một nơi nhất định (pheromone đánh dau địa điểm)

1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác dung xua đuổi

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động âm đối với

con vật Trong nhóm này bao gôm các loại pheromone như sau:

* Pheromone báo động

Chất báo động còn được gọi là “chat sơ tan”, chức năng chủ yếu là “hao động”

cho đồng bọn khi có các yếu tô gây nguy hiểm cho chúng từ môi trường ngoài Chất này được chủ động tạo ra tùy theo mức độ “bj gây rối loạn” hay sau khi con vật bị thương.

Chúng đặc biệt có ý nghĩa ở những côn trùng sông thành xã hội hoặc sông nửa xã hội.

* Pheromone phân tán

Trong khi sự tập hợp đưa đến hệ thong affine thì các yếu tố pheromone phân tán

lại tạo ra hệ thông diffuse, tức là làm cho các cá thé “xa cách" nhau O ham lượng nhỏ thì chat này có tác dụng hap dẫn (appellent), còn khi ở nông độ cao hơn sẽ hình thành có tính chất quy luật, một khoảng cách xác định giữa các con vật; còn nếu ở những nồng độ cao

hơn nữa thì chất này là chất gây tác dụng xua đuôi (repellent).

%4 Pheromone xua đuổi va pheromone báo vệ

Ngược với chức năng của pheromone báo động, pheromone xua đuôi chủ yếu làmchức năng bảo vệ khỏi sự tấn công và ăn thịt của kẻ thù, đồng thời những chất này cũngđược phân biệt với các chất phân tán điển hình bởi ý nghĩa tác dụng sinh học của nó trongđời sống con vật Vì thế, loại hình pheromone này còn được gọi là pheromone bảo vệ

1.1.3 Cấu trúc pheromone [8,9,10].

Cho đến nay, không phải người ta đã biết day đủ cấu trúc hóa học của tất cả các

pheromone đã được tìm ra từ các kết quá thí nghiệm sinh học Khó khăn cơ bản ở đây là các pheromone có rat it trong cơ thé sinh vật Do vậy, dé chiết suất và phân tích chúng hoàn

toàn không dễ dàng Hầu hết những pheromone đã được nghiên cứu cho thấy chúng là cácrượu, acid mỡ (chủ yếu là acid mỡ đối với mạch carbon có nối đôi); một số khác là các

` z z H ` `

alkaloid và các dân suat cua alkaloid.

Ve cấu trúc hóa học, cho đến nay mới phát hiện được một số pheromone và căn cứ

vào các dạng cau trúc hóa học nay, bằng phương pháp tông hợp nhân tạo đã có một số chếphẩm pheromone được đem ứng dụng vào thực tế của công tác phòng chống côn trùng gây

hại Mặc dù chi với nông độ = 10” g, người ta vẫn xem chúng là một trong những chất có hoạt tính sinh học mạnh nhất mà con người phát hiện ra Thành phần hóa học của pheromone rat đa dang, có thé là: các hợp chat mach thing chứa một vài nỗi đôi; các hợp chất dị vòng: các lactone vòng 5, 6, Ngoài ra, còn có các hợp chất có chứa carbon bat

di xứng, sự hiện điện của các carbon bat đối xứng này khiến cho việc nghiên cứu, cô lập,

tông hợp cau trúc của pheromone càng phức tap hơn Khi đó hoạt tính dẫn dụ côn trùng

không chỉ phụ thuộc vào công thức nguyên, cau trúc hình học mà còn phụ thuộc vào độ sạch quang học của các tâm bắt đối xứng.

1.1.4 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone

Trong tông hợp hữu cơ nói chung, tông hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học(pheromone) nói riêng trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng phong phú

và được ứng dụng rộng rãi.

Theo tổng kết của K Mori thì từ giữa năm 1990 đến đầu năm 2003 trên thé giớingười ta đã áp dụng bốn loại phản ứng trong tông hợp pheromone: thứ nhất là phản ứng cơBoran; thứ hai là hóa học cơ kim loại của kim loại chuyên tiếp bao gồm chuyên vị olefine;thứ ba là epoxide bất đối xứng, hydroxyl hóa bat đối xứng và những quá trình bat đối xứng

khác và cuỗi cùng là xúc tác sinh học lựa chọn lập thê [3,8, 10].

Tuy nhiên, ngoài những phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác trongtổng hợp pheromone đặc biệt là những pheromone bat bão hòa dang monoene, diene liên hợp hoặc

không liên hợp Chúng được sử dụng trong những phan ứng tạo nỗi đôi như: phan ứng Wittig; tạo hợp chat acetylenic rồi sau đó khử hop chat acetylenic thành alkene; phản ứng chuyển vị allyl; sử

dụng tác chat lithium cuprate bằng cách tác dụng với hợp chất epoxide hoặc tác dụng với acetylenehoặc hợp chất dang acetylenic Bên cạnh đó các nhà khoa học còn sử dụng ngay cả những chất nền

có sẵn cau hình (Z) hoặc (#2) đề tong hợp.

Cùng với sự phát triển của thé giới, ở Việt Nam lĩnh vực tông hợp pheromone cũng

có những bước phát triển, nhóm nghiên cứu đi đầu trong lĩnh vực này với sự chủ trì của

GS.TSKH Nguyễn Công Hao đã có những thành tựu đáng kể Một số công trình nghiên cứu

đã được công bố.

4“ Hormone sâu non: JH-I

đi 2~À JH-1

°

%& Pheromone và chất dẫn dụ côn trùng như pheromone côn trùng hại rau, côn

trùng hại màu cồn trùng hại cây ăn trái, côn trùng hại rừng.

Ví dụ:

(Z)-11-hexadecenol - pheromone cua sâu tơ Plutella xylostella.

(Z-3-dodecen-l-ol-(E)-2-butenoae - pheromone của bọ hà khoai lang

Cylasformicarius.

ethyl 4-methyloctanoate - pheromone của kién vương hại dừa Oryctes rhinoceros L

(2S,3S)-2-acetoxy-3,7-dimethylpentadecane - pheromone của ong cắn lá thông

Neodiprion lecontei.

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thế giới

Hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng pheromone đã phát triển mạnh

mẽ và phổ biến ở nhiều quốc gia trên thé giới Tại Anh, Pháp, Đức Mỹ nhiều

sản phẩm pheromone tổng hợp đã được sử dụng và công nghiệp hóa gần 20năm nay chủ yếu là để phát hiện và dự tính dự báo Riêng tại Pháp.pheromone tông hợp đã được sử dụng để dy tính dự báo trên 25 loài côn

trùng gây hại phô biến cho nhiều loại cây trồng Đặc biệt, pheromone giới tính của hơn 20 loài bướm đã được thương mại hóa đưới hình thức chất quấy

rỗi sự bắt cặp.

Ngày nay, trên thế giới việc cung ứng pheromone trong việc quản lý côn trùng gây hại ngày trở nên phỗ biến và đa dạng hơn với nhiều hướng khác nhau như:

4“ Phát hiện sự hiện diện và xác định vùng nhiễm côn trùng: Việc sử dụng

pheromone trong chiến lược quản lý dich hại tông hợp (IPM) cho việc kiểm dịch thực vật

trước khi nhập nội một loại cây trông mới là điều cần thiết và phù hợp với xu hướng hiệnnay của thé giới Day là biện pháp ngăn ngừa sự xâm nhập các loài côn trùng gây hại từ

nước ngoài vào trong nước, hoặc lây lan giữa các vùng trong nước và là công việc hết sức

> £ , a & `

quan trọng của bat cứ một quốc gia nào [13].

* Sử dụng làm công cụ khảo sát sự biến động quan thé: Pheromone giới tinh của

cá thê cái có tác dụng hap dẫn mạnh mẽ đối với cá thé đực trong cùng một loài Do đó, việc

sử dụng chúng như là một công cụ theo đối sự xuất hiện và đánh giá mức độ biến động mật

số quan thẻ gây hại trong chiến lược quan lý dịch hại tông hợp (IPM) là hết sức cần thiết

& Sứ dụng làm công cụ phòng trị bằng biện pháp bay tập hợp: Biện pháp sử dung

bay pheromone làm bay tập hợp đã được nghiên cứu và áp dụng trên 98 loài côn trùng gây

hại, trong đó có 4Š loài thuộc Bộ cánh vậy, 39 loài thuộc Bộ cánh cứng và một số loài thuộc

những Bộ khác.

PS Quay rồi sự bắt cặp: Cho đến nay, đã có khoảng 140 loài côn trùng gây hại đượcquản lý nhờ áp dụng biện pháp quấy rối sự bắt cặp Trong đó, Bộ cánh vay chiếm đa số với

121 loài, Bộ cánh cứng 9 loài.

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam

Ở Việt Nam, pheromone giới tính là một lĩnh vực tương đối mới với số lượng nghiêncứu còn hạn chế Tại Dong Bằng Sông Cửu Long, thử nghiệm ngẫu nhiên ngoài đồng đãxác định được chất hap dẫn giới tính của 19 loài bướm Trong đó, có 4 loài bướm thuộc họNoctuidae, họ phụ Plusiinae là những loài bướm sâu hại rau màu Diễn biến mật số quần thê

của 3 trong 4 loài bướm nay đã được ghi nhận.

Tại Hai Dương, thí nghiệm đặt 400 bay pheromone/hecta cho thay khả năng khống chế sâu to (Plutella xylostella Linnaeus, Lepidoptera: Plutellidae) và sâu ăn tap (Spodoptera

litura Fabricius, Lepidoptera: Noctuidae) mà không cần phải phun thuốc trừ sâu.'" Nhữngkết quả trên cho thay tính khả thi của việc ứng dụng pheromone giới tính trong phòng trị sâuhại theo hướng hạn chế hoặc thay thế thuốc trừ sâu hóa học ở Việt Nam Các thí nghiệm vềkhả năng hấp dẫn của pheromone đối với một số đối tượng sâu hại trên rau hoa thập tự, cà

chua, nho, hành tây, hành ta, dưa hau, lạc và vải thiều được tiến hành tại Hà Nội, Bắc Ninh,

Bắc Giang, Hải Phòng và nhiều địa phương khác (diện tích mỗi điểm triển khai 5-10

hecta/vụ) Kết quả ghi nhận sd lượng bướm sâu to (Plutella xylostella), sâu an tạp

(Spodoptera litura), sầu xanh (Helicoverpa armigera) và sau xanh da láng (Spodoptera

exigua) vào bay khá lớn (125,8-139,2 con/bay/ngay), riêng sâu đục cuồng quả vai (Camellia sinensis) thì rất ít (7,6 con/bay/ngay) Năm 2003 đã triển khai áp dụng với tổng điện tích 656.8 hecta tại 9 tinh trong cả nước phòng trừ 6 loại sâu trên 7 loại cây trông là rau hoa thập tự, hành tây, cà chua, lạc, dưa hấu, nho và vải thiêu Trong đó, cây trồng ấp dụng pheromone lớn nhất là rau hoa thập tự với tông diện tích 245 hccta ”

1.2 PHÁN UNG GRIGNARD

1.2.1 Phan tng Grignard

Phản ứng Grignard được biết đến dau tiên vào năm 1899, do Barbier

nghiên cứu [32] Khi đó, Barbier thực hiện phan ứng giữa Xeton với magie

kim loại có mặt iodometan trong eter tạo ra alcol Đến năm 1900 phan ứng này mới được nghiên cứu kĩ vé quá trình tạo tác chất cũng như sự ghép cặp

của chúng và được công bố bởi Victi Grignard (học trò của Barbier) Với

những ứng dung và phát trién rộng rãi trong việc nỗi dài mạch cacbon đã giúp

V Grignard nhận giải thưởng Nobel vào năm 1912 Ngày nay, phan ứng

Grignard đóng vai trỏ hết sức quan trọng trong hóa học hữu cơ nói chung va

tông hợp hữu cơ nói riêng.

1.2.2 Tác chất Grignard

1.2.2.1 Điều chế và tính chất

Tác chất Grignard (RMgX) được điều chế từ dẫn xuất halogenur alkyl (RX) với

Magie kim loại (Mg”) trong dung môi eter hoặc THF.

eter THF

R-X + Mg R-MgX

Trường hợp trong quá trình điều chế tác chất grignard là sự tự ghép của RX tạo ra

hợp chất tương ứng R - R Về bản chất, tác chất Grignard rất khó phản ứng với alkyl

halogenur, trừ các halogenur có hoạt tính mạnh như iodometan, allyl halogenur, benzyl

halogenur Đề tránh trường hợp này trong quá trình tạo tác chất cần nhỏ giọt chậm dung

dịch halogenur vào Mg kim loại.

Về cơ chế, phản ứng tạo tác chat Grignard xảy ra theo cơ chế gốc tự do [31]

2R-x + Mg = ——> R-R + MgX,

Mg + MgX, — mm 2 “Mgx

R-X + “MgX ——m °R + tgx,

*R + “MẹX ——* R-Mg-X

Điều quan trọng nhất của tác chất Grignard là sự trái ngược giữa liên kết C-X vàC-Mg~X Một liên kết C-X thông thường thì cacbon có tính thân điện tử, còn trong tác chất

Grignard, cacbon lại có tính thân hạch Vì thế, tác chất Grignard đóng vai trò như một cacbanion, có tính bazo rất mạnh (pK, = 25 - 40) Trong tất cả các loại tác chất Grignard thì

metylmagiesium halogenur mạnh nhất, còn tác chat Grignard của vinyl và allyl yếu nhất.

Trong khi đó, tinh bazo của RMECI lại mạnh hơn RMgBr.

Hiện nay, người ta vẫn biéu diễn dẫn xuất Grignard đưới dang R — Mg - X cấu tạothực của chúng phức tap hơn nhiều [9] Trong dung dich, tác chất Grignard không những

tồn tại dang monomer (RMgX) mà luôn xuất hiện một cân bằng giữa monomer, dime và trimer Tùy theo loại dung môi mà nồng độ chúng cao hay thấp Dạng monomer chiếm ưu thé khi ở nông độ thấp tong dung môi nucleophin và đối với dẫn xuất bromua, iodua Khi

tăng nông độ hợp chất cơ magie đôi với dẫn xuất clorua thì chúng chuyền sang dạng dime(RzMg;X¿) và polime Trong dung dịch của hợp chất cơ magie trong ete có sự cân bằnggiữa một số dạng khác nhau với các liên kết cộng hóa trị liên kết ion và liên kết phức:

R-M - Ma-R —>~- —xMg-R <= 2R.MọX SE RMg + MgXs

! R X

+ <©

R- + RM X; a Mg MgMg £^? ==—* R `».x

Tác chất Grignard có thể được điều chế với 3 dung môi khác nhau: eter,

tctrahidrofuran (THF) và trietylamin Ứng với mỗi dung môi, chúng cho cau trúc hóa học

khác nhau.

Với ether, tác chat Grignard có thé tồn tại tất cả các dang cân bang kẻ trên Trong đó,

trạng thái monomer tồn tại chủ yếu ở dạng RMgX cùng với lượng nhỏ R;Mg + MgX: Phầncòn lại chúng kết hợp với nhau tạo thành dime va trimer với nông độ trên 0,3M Do đó,dung dịch eter của tác chất Grignard thường rất ôn định trong môi trường khí trơ Thật vậy.một dung dịch eter của CH:MgI 2N được bao quản kín khí có thé giữ trên 20 năm mà nông

độ của chúng không thay đôi.

Trong THE, sự kết hợp xảy ra rất ít, dạng chủ yếu tồn tại hai dạng monomer RMgX

và R;Mg + MgX> với hàm lượng tương đương.

Trong trimethylamin, phản ứng Grignard rất ít được thực hiện, chỉ dùng với các

alkyl halogenur đơn giản.

Ngoài ra, người ta còn sử dụng dung môi hidrocacbon nhưng phản ứng của alkyl

halogenur và magie kim loại phải được thực hiện ở nhiệt độ trên 100C Chúng tồn tại chủ

yếu ở dạng R;Mg + MgX, và dạng kết hợp nhiều phân tử với nhau.

1.2.3 Phan ứng ghép cặp Grignard[2,9]

1.2.3.1 Các loại phan ứng ghép cặp Grignard

Tác chất Grignard có thê phản ứng với các hợp chất sau:

- Oxi

- Luu huynh

- Cacbon disulphid

- Sulfur dioxid

- Hop chat alkyl halagenur

- Hợp chất cacbonyl: aldehit, ceton, ester, clorua acid, amid.

- Hop chat chứa hidro hoạt động mạnh: H:O ROH, NH: RNH:

- Hợp chất epoxid.

- Hợp chất cacbon dioxid

Trong khi đó, xúc tác LiyCuCI; ( được điều chế tir LiCl và CuCl, trong THF) cũng

được sử dụng trong phản ứng ghép cặp giữa tác chat Grignard va alkyl halogenur Tolstikov

và các cộng sự đã tông hợp thành công từ một alkyl halogenur phức tạp là

I~bromo-4-pentadecen với isobutylmagnesium bromur với hiệu suất trên 80%,

vào hợp chất cacbonyl liên hợp ( C = C - C = O) theo kiểu 1:2 Trong trường hợp có mudiCu() lam xúc tác thì phan ứng xảy ra theo cơ chế 1:4 như các ví dụ dưới đây:

Epoxi hóa anken rõ ràng là phản ứng oxi hóa vì số nguyên tử oxi được cộng vào nỗi

đôi Peaxit là tác nhân oxi hóa chọn lọc cao Một số peaxit thường gặp như là axit peefomic

HCOOH, axit peaxetic CH;COOOH, axit pebenzoic CsH;COOOH Peaxit epoxy hóa

anken là quá trình một giai đoạn, trong đó đồng thời một vài liên kết bị đứt ra và hình thành một vài liên kết khác, không có sự tham gia của ion trung gian kiểu cation

aiken peaXit Trạng thái chuyển tiếp ep9Xit axit

Hiện nay, người ta thường dùng axit m-clopebenzoic dé epoxi hóa Axit này bèn khibảo quản trong thời gian dai (đến 1 năm) va hoàn toàn không nguy hiểm khi sử dụng và

hiệu suat oxiran tương đôi cao.

Ngoài epoy hóa ankel đùng tác nhân peraxit Tuy nhiên dé epoxy hóa allyl ancol thì

người ta hay sử dụng phản ứng epoxy hóa bat đối xứng Sharpless.

Phản ứng epoxy hóa Sharpless là phan ứng hữu cơ được ding để chuyền đổi allylancol đến expoxy ancol sử dụng xúc tác Titanium(IV) isopropoxide, tert-butyl hydroperoxit

(TBHP) và đietyl tactrat (DET) hoặc Điisopropyl tactrat (DIPT).

M eo“ Yor

poy ‘co,es eh 'ozt

Sơ do 1: cơ chế phan ứng epoxy hóa bat đổi xứng Sharpless

Tuy nhiên phan ứng xảy ra thường không hoàn toàn, quy trình xử lí thu sản phẩm

thường phức tạp và khó khăn Trong đó điều kiện phản ứng cũng khắc nghiệt, cần nhiệt độ thấp (dùng đá khô) Và phải chống 4m tốt, đặc biệt là xúc tác Titan (IV) isopropoxit rất dé

hút âm và khi đó chức năng xúc tác không còn nữa.

1.4 Phản Ứng Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua

Cầu trúc của phân tử Lithi nhôm hidrua.[44]

Sơ đồ 2: các phan ứng của Lithi Nhôm Hidrua

- Khir epoxit (oxiran) đến ancol [9]

Dưới tác dụng của LiAIH, trong ete hoặc THF, các epoxit được chuyên thành ancol

Phản ứng bao gồm sự tấn công nucleophin ion hidrua vào nguyên tử cacbon ít bị thể nhất

hoặc không bị án ngữ không gian đẻ tạo thành ancol bậc hai hoặc bậc ba.

1.5 Các Phản Ứng Dehidro Hóa Va Oxi Hóa Ancol [9]

Khi cho hơi ancol có bậc khác nhau đi qua xúc tac kim loại đồng kim loại ở 300C,

chúng có sự khứ khác nhau.

Các ancol bậc | và bậc 2 có thé bị đehidro hóa hoặc oxi hóa thành andehit hoặc xeton

tương ứng, trong khi đó các ancol bậc ba lại bị đehidro hóa thành ankel Người ta thường

dùng các phản ứng đó đẻ phân biệt các ancol có bậc khác nhau.

Tương tự như nhiều phan ứng khác, cơ chế phản ứng oxi hóa ancol bằng Cr(VI) xảy

ra theo nhiều giai đoạn Thí dụ phản ứng oxi hóa propan-2-ol thành axeton bằng axit cromic

(H;CrO¿) giai đoạn ban đầu là sự tạo thành este cromat:

Giai đoạn tiếp theo là phản ứng E¿, tạo thành axeton

CH, O CH; °

H,C-6.0.0-0H —mH,c-¢:0 + r.0H *H,O

HO A CrIVCr/Vl) xeton IV)

Như vậy, khi oxi hóa acol bậc hai cho axeton, còn khi oxi hóa ancol bậc một sé tao

thành andehit.

Nhưng andehit khác với xeton, nó dé dang bị oxi hóa tiếp theo đến axit.

OH [0] fo) (0) oO

R-¢H-H —*> R-G—H —» R_Ê—OH Anzsl bbe} Angeit Ash cocken ue

Việc điều chế andehit thường khó khăn, vì rằng hau hết các tác nhân oxi hóa đủ

mạnh dé oxi hóa các ancol bậc một cũng oxi hóa được andehit đên axit.

crom trioxit-pyridin có công thức (C¿H;N);CrO; trong môi trường phan ứng diclometan.

Tổ hợp này được gọi là tác nhân Collin.

Hai chất oxi hóa khác tương tự tác nhân Collin là Pyridinium clocromat (PCC),

C;H;NH*CICrO¿ˆ và Pyridinium dicromat (PDC), (C:H;NH);?*Cr;O¿;Ÿ đều xuất xứ từ

Cr (VI) và dung môi diclometan.

0%

Dighcayieceaned

1.6 Tình Hình Sản Xuất Cà Phê Và Sâu Bệnh Hai Cây Ca Phê

1.6.1 Tình hình sản xuất cà phê của thế giới

Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 75 quốc gia trên thé giới với điện tích trên 10

triệu hecta và sản lượng hàng năm biến động trên dưới 6 triệu tan Bốn nước có điện tích cà

phê lớn nhất đó là: Brazil trên 3 triệu hecta chiếm 25% sản lượng cà phê thé giới, CôteD'Ivoire (Châu Phi), Indonesia (Châu A) mỗi nước khoảng | triệu hecta và Columbia có gan

1 triệu hecta với san lượng hang năm đạt trên dưới 700 ngàn tan Hạt cà phê được lấy từ hạt

của các loài cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae), Ba dòng cây cà phê chính là Coffea arabica

(Cà phê Arabica) cà phê chè và Coffea canephora (Robusta) cà phê vối cà phê mít

-Coffea excelsa — với nhiều loại khác nhau Chất lượng hay đăng cấp của cà phê khác nhautùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau Cả phê Robusta được đánh giá

thấp hơn so với cà phê Arabica đo có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn.

Loại cả phê đắt nhất và hiểm nhất thé giới tên là Kopi Luwak (hay "cà phê chén") của

Indonesia và Việt Nam Đây không phải là một giống cà phê mà một cách chế biến cà phê bằng cách dùng bộ tiêu hóa của loài cay, Giá mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND (1300 USD) va hàng năm chỉ có trên 200 kg được bán trên thị trường thé giới Cà phê là

mặt hàng xuất khẩu quan trọng Năm 2004, cà phê được xuất khẩu nông nghiệp tại 12 nước,

và vào năm 2005, nó xuất khâu nông nghiệp hợp pháp thứ 7 trên thể giới tính theo giá trị.

Cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu, nhu cầu đòi hỏi củangười tiêu dùng không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận

để thay thé cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hang hóa đặc biệt nay

vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước Vấn dé quan trọng can có nhận thức day

đủ là: sản phẩm cà phê đem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng Trong cơ chế thị trường:Tiền nào - của nay, lại cảng đúng với mat hàng cà phê Sản lượng cũng như chất lượng càphê lại phụ thuộc rất nhiều vào sâu bệnh hiện nay đỗi với cây.

1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê

Hạn chế lớn nhất đối với việc trồng cà phê đặc biệt là cà phê chè ở nước ta là tác hại của sâu bệnh Sâu đục thân (Xylotrechus quadripes) và bệnh gi sắt cà phê (Hemileia vastatrix), là hai đối tượng sâu bệnh gây hại chính và nguy hiểm nhất hiện nay đối với cây

cà phê Theo Chi cục bảo vệ thực vật tinh Lâm Đồng sâu đục thân cà phê có tên

Xylotrechus quadripes Chevrovar Khi trưởng thành là con xén tóc Sâu lớn đẻ trứng vào vết

nứt của vỏ thân, sau khi nở, sâu non đục vào vỏ thành đường vòng xung quanh than, tiện ngang các mạch gỗ, sâu đục tới đâu, đùn phân và mùn cây ra phía sau trám kín lỗ lại Khisắp chuyên thành nhộng, sâu đục ra phía gần vỏ, khi vỏ sắp thủng thì dừng lại và ở đóchuyền thành nhộng Do đường đục quanh thân cây nên cây rất dễ bị gãy Do đặc điểm gây

hại như trên nên việc phòng trừ sâu đục thân bằng biện pháp hóa học ít hiệu quả Theo Phòng Nông nghiệp Đà Lat, néu không diệt trừ ngay bằng cách khoanh vùng và chặt đốt thì

đến tháng 10, 11 (thời điểm trứng phát triển), mức độ nguy hại sẽ cao hơn rất nhiều (Theovietbao.vn).[42]

Sâu đục thân thường gọi là Bore (Xylotrechus quadripes Chevrolat) chỉ tac hại trên

giống cà phê chè ở tuôi cây thường từ cuối năm

thứ 3 trở đi Sâu đẻ trứng vào kẻ nút của vo sau

đó sâu non nỏ vào phá hoại phần gỗ bên trong

thân cây là cho cây héo rồi chết Loại sâu này

khả năng xuất hiện quanh năm nhưng tập trung

đẻ trứng rộ vào hai thời kỳ xuân, hè (thắng

3,4,5) và thu đông (tháng 10,11) Trồng cây

thân minh trắng (Xylotrechus quadripes)

bóng mát cho cả phê dé hận chế sự tác hại của sâu Dùng Boremun 4% phun phú kín lênthân cây từ ngọn đến gốc 1 năm 2 lần dé diệt trừ trứng sâu non và sâu trưởng thành vào

tháng 3-4 (xuân — hè) và tháng 10-11 (vụ thu đông) Những cây bị sâu nặng phải kip thời

cưa cắt kịp thời dé kịp thời diệt nguồn sâu trưởng thành (Theo nongnghiep.dailyinfo.vn).

[42]

1.6.3 Đặc điểm sinh thai học côn trùng

(Xylotrechus quadripes; tk sâu đục thin mình trắng), loài sâu họ Xén tóc

(Cerambycidae), bộ Cánh cứng (Coleoptera) Sâu trưởng thành có kích thước 9 - 19 mm,

con đực nhỏ hơn con cái, trên cánh cứng có hai vệt ngang den nim phía cuối cánh và nhiềuvệt vàng Trứng hình bầu dục dài một đầu tròn to một đầu dài hẹp dài 1.2 mm Sâu non

màu trắng ngà, không có chân ngực và chân bụng, miệng có hàm trên rất cứng màu nâu đen.

Nhộng màu vàng sam Sâu trưởng thành đẻ trứng vào kẽ nẻ vỏ cây Sâu non mới né đục vào

trong vỏ thành đường vòng, sau đó chui vào gỗ giữa cây Khi sắp chui ra khỏi nhộng, sâu

đục một buồng sat vỏ cây, khi trưởng thành cắn vỏ chui ra ngoài Vòng đời Sâu đục thân(xén tóc) cà phê (SĐTCP) khoảng 125 - 215 ngày, mỗi năm 2 - 3 lứa Phá hại nghiêm trọng

cà phê chè, cây bị hại nặng từ 3 tuổi và cây càng già càng bị hại nặng hơn Cây bị sâu tiện ngang thân, gặp gió to, cây cành gãy ngang vết đục Sâu có ở tất cả các nước trông cà phê Biện pháp phòng trừ: chăm sóc, làm cỏ, bón phân day đủ dé cây phát trién tốt; hằng năm dùng thuốc trừ sâu quét thân hai lần Ngoài SPTCP, con gặp sâu đục thân mình đỏ (Zeuzera

coffeae) thuộc họ Ngài đục thân gỗ (Cossidae) cũng gây hại cà phê.[43]

1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Duc Thân Cà Phê Mình Trắng

(Xylotrechus quadripes Chevrolat)

1.7.1 Pheromone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat)

- Công trình về pheromone của sâu đục thân cà phê (Xylorrechus quadripes

Chevrolat) đầu tiên do Jayarama, et al (1998) công bố trong tạp chí Indian Coffee [21] xác

định hợp chat 2-hydroxy-decan-3-one (2-hydroxy-10-3Kt) là pheromone của loại sâu này.

- Năm 2001, Mare Rhainds er al trong tạp chi Appl Entomol Zool [32] đã công bố tô hợp pheromone của sâu đục thân cà phê là 2 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one (2S-hydroxy-10-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) với ty lệ 100 ; 2/môi nhữ.

(10-2Kt3K0 : 2-phenylethanol : caprylic acid với tỷ lệ 100: 7: 7:0.5:2: 3: 4/moi nhữ.

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước day

Racemate

Đáng chú ý có công trình của Mare Rhainds e ai (2001) tông hợp

decane-2,3-dione từ 2-octene, 2-hydroxydecan-3-one tử acetaldehyde và 3-hydroxydecan-2-one từ octanal.{32]

Sơ đổ 5 Tổng hợp 3-hydroxydecan-2-one từ octanal

Sơ dé 6: Tổng hợp (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol

- Công trình của Hall D.R ef al., (2006) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của

2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl ester của S-lactic acid.[20]

H DHP, H* OTHP LIOH THP 1.RLi

OR Hall et al,, 2006

Sơ đồ 7: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone tir methyl hoặc ethyl

ester của S-lactic acid

- Công trình của Lacey et al., (2007) công bố tông hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động học của racemate bằng Amamo AK lipase.28]

Sơ đồ 8: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động

học của racemate bằng Amamo AK lipase

- Công trình của Hanks et al., (2007) công bố Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ

racemic syn- hoặc anti-2,3-alkancdiol bang periodic acid với xúc tác oxy hóa

Sơ đồ 9 Tổng hợp hợp chất quang hoạt tir racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng

periodic acid với xúc tac oxy hóa ruthenium

- Công trình của Lacey et al., (2008) công bố tông hợp hợp chất quang hoạt của alkanediol bằng phan ứng khử và tách động phân quang học bằng sắc ký cột nhanh.[29]

a) 2,3-hexanedione added to NaBR, in EtOH; re)

b) NaBH, added to 2,3-hexanedione in EtOH

OR HoH H R Flash chromatog

^yr° OR ¿ “oY ————> Prre sterecisorrers

S OH oH

Sơ đồ 10: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3-alkanediol bằng phản ứng khử và tách

đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh

- Công trình của Ryutaro Kiyota er al., (2009) công bố tông hợp hợp chất quang hoạt

(2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octancdiol từ hexanoic acid.[27]

aad WY

6x 3H

(S)-1 (2S39)-2

Fig.l Mile Sea Pherescoe Cc(œ@seserd of the Grape Borer,

WY2ydsosyv-docraeow [(5+1) and (2X 19+2/14Xtaređicl

Scheme 1 Symhetic Routes for Deuterated Derivatives of ®e Pheromose Compooerrts of Be Grape Bocer, Dy4{5)-1 and Dy-(25,35)-2.

a, CD;CD=PF%; /THE; b, 3<hloroperteazoc acid (MCPBA)/CH:Ch; o, ACOH; d, MPLC; e, pyridinium chiceoctoomate (PCC)/CH;C|;;

£ K;CO; /MeOH; g, chiral HPLC; h, 1) achiral HPLC, 2) chí HPLC

Sơ đồ 11: Tổng hợp (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (25,35)-2,3-octanediol của Kiyota R.

Chương 2

NGHIÊN CỨU

2.1 NOI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu được trình bay trong luận văn này là tông hợp2.3-decanedione, một thành phan pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mìnhtrắng Xylotrechus quadripes Chevrolat, bằng một số kỹ thuật và phương pháp mới trong

tông hợp hữu cơ.

2,3-decanedione là một diketone 10C, Ketone ở vị trí 2 và 3, không có chọn lọc lập

thé Diketone được oxi hóa tử alcohol alcohol có thé được tạo thành từ phan tng ghép

Grignard (giữa tác chat Grignard với một andehit như acrolein) có thé dé đàng thực hiện ởđiều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt

Sự tạo nối carbon - carbon là một nhóm phan ứng rat quan trọng trong tong hợp hữu

cơ Trước đây, chúng ta đã biết phan ứng của RX với Na, Zn, Ag; vinyl halide đưới tác

dụng CuCl, Zn-NIC]: hay Cu; phan ứng của các allyl với propagyl halide Ngoài ra, các

phản ứng hình thành liên kết carbon - carbon tiêu biểu đã và đang được quan tâm nghiên

cứu thực hiện như: phản ứng ghép đôi Heck, phan ứng Suzuki, phản ứng Tsuji-Trost (hay

còn gọi là phản ứng alkyl hóa allylic).

So với nhiều phương pháp đẻ tạo nối carbon - carbon thì phản ứng ghép Grignard là

một trong những phản ứng quan trọng, đồng thời cũng được xem là một hướng đi thuận tiện trong tông hợp pheromone do có thé dé dàng nghiên cứu thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt.

Hơn nữa, nguồn nguyên liệu đầu luôn giữ vai trò quyết định cho việc lựa chọn hướng

đi của sơ đồ tông hợp Do đó, lựa chọn nguồn nguyên liệu ban đầu thích hợp không kém

phần quan trọng, đôi khi giữ vai trò quyết định thành công cho ca sơ dé tông hợp

pheromone.

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

s* Nghiên cứu tông hợp allyl ancol từ acrolein

Phản ứng Grignard được sử dụng đê nôi mạch cacbon giữa acrolein với

n-heptan bromua và n-pentan bromua

s* Nghiên cứu tông hợp epoxy

Cho allyl ancol tác dụng với Diisopropyl tactrate (DIPT) với xúc tá Titan (TY)

isopropxide và tert—buty] hydroperoxit (TBHP).

(*)Diisopropyl (Dy tartrate =O

Sơ dé 12 Sơ dé tong hợp dencan-2,3-dione từ acrolein

Tac chat

a) Mg, THF, 0 - 5°C, siêu âm; b) Titanium (IV)isopropoxide, TBHP, DIPT, CH;C];

khan; c) LiAIH¿ Et.O khan, 0 ~ 5°C, khuấy tir; d) PCC, CHCl, khan, khuấy từ

Sơ đồ chúng tôi lựa chon có những đặc điểm sau:

Thứ nhất: nguyên liệu đầu, các tác chất cũng như xúc tác được lựa chọn là những hóa chat cơ bản, có thé dé tìm kiểm hoặc tông hợp được trong điều kiện Việt Nam, đồng thời có

ý định thông qua các kết quả nghiên cứu đạt được trên các dan xuất của allyl ancol sẽ tiếptục mở rộng ứng dụng và phát triển dé tông hợp hoàn chỉnh pheremone của sâu đục thân cây

cà phê.

Thứ 2: Phản ứng có đặc tính lập thé có tính chọn lọc cao.

Thứ 3: Đưa ra một quy trình tông hợp decane-2,3-dione với con đường hoàn toàn

khác so với những nghiên cứu trước đây.

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Việc xác định cau trúc sản phâm được thực hiên bằng các phương pháp phân tích hiện đại: phô cộng hưởng từ 'H-NMR và phô 'ÌC-NMR, IR, GC.

2.1.2.1 Qui ước và tính toán

Độ sạch: % theo GC, (đã lọc qua cột sắc ký).

Hiệu suất cô lập của các chất tông hợp được tính theo công thức:

HG = x%GC

mM,

Trong đó: H (%): hiệu suất của sản phẩm tông hợp được (%)

mụy: khôi lượng sản phâm cô lập được thực tế (g)

my khôi lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (g)

2.1.2.2 Theo dõi các yếu to ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng

Chúng tôi chọn những điều kiện khảo sát dé tìm ra những điều kiện thích hợp cho phản ứng tông hợp các ancol nhị có nối đôi, phản ứng epoxy hóa, khử hóa như:

tiếp tục đun hồi lưu 30-40 phút Hỗn hợp sau phản ứng được rửa với HCl đậm đặc, nước,

dung dịch NaHCO, bão hỏa, nước rồi làm khan bằng CaCl; Sản phẩm thu được bangphương pháp chưng cat với điểm sôi 156°C

Tông hợp 1-decen-3-ol

Sử dụng các kết quả nghiên cứu trước đây [5,6] về ứng dụng siêu âm trong phản ứngGrignard, tác chất Grignard được tạo thành bằng bon siêu âm trong 1 giờ Phản ứng

Grignard được thực hiện bang thanh siêu âm giữa halogenua ankylmagnesium và Acrolein ở

ÓC biên độ siêu âm 50% và khảo sát theo thời gian

Tổng hợp 1-(oxiran-2-y])octan-1-ol

Quá trình tông hợp dựa trên tài liệu tham khảo [25]:

Phản ứng được tiền hanh trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm Phản ứng được

thực hiện trên hệ thông khuấy từ.

Phản ứng giữa I-decen-3-ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide

được thực hiện trong hệ thông kin, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) va được tránh âm tốt, phản

ứng xảy ra lâu và xử lí phức tạp.

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột dé loại bỏ một phân

ancohol còn dư, DIPT chưa bị xử lí hết rồi tiễn hành phan ứng kế tiếp.

Tổng hợp decan-2,3-diol

Ete được làm khô trong Natri vụn, rồi chung cất đề thu được ete khô Tiếp theo, choLiAIH, vào bình 3 cô được làm khô kĩ, thôi khí Nitơ dé không lọt âm, thêm tiếp một lượng

ete, rồi hỗn hợp được làm lạnh trong 5 phút Nhỏ giọt 1-(oxiran-2-yloctan-l-ol trong ete

vào hỗn hợp phan ứng trong 30 phút Ti lệ LiAIH¿ và epoxy được khảo sát cho tỉ lệ thích

hợp là 1:1.5 Sau đó tiếp tục khuấy hỗn hợp qua đêm ở nhiệt độ phòng Kết thúc phản ứng,hỗn hợp được đem lọc nhanh qua cột silicagel bang THF dé loại bỏ chất khử dư Rửa lại vớidung dich NaCl bão hòa rồi làm khô bằng MgSO, khan.

Sản pham thu được kiêm tra bằng TLC, lọc cột silicagel đề đề thu được san phim sạch

Tổng hợp decan-2,3-dione

Phản ứng oxi hóa ancol thành keton chúng tôi sử dụng tác chất là pyridin

clorocromat trong dung môi diclometan khan Ti lệ giữa PCC và ancol là 1:1.5

Sản phẩm thô thu được lọc nhanh qua cột Silicagel, sau đó xử lí dé thu được sản

phâm thô Kiểm tra bằng TLC, lọc qua cột silicagel đề thu được sản phâm sạch

1.2 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN

2.2.1 Nghiên cứu tong hop allyl ancol từ acrolein

Các tài liệu trước day, đã chi rõ hiệu quả của việc siêu âm kết hợp với khuấy cơ trong

phan ứng Grignard, nên trong dé tai này, chúng tôi chỉ tiền hành khảo sát thời gian phản ứng

tối tru cho hiệu suất cao nhất Phản ứng được thực hiện ở 0 — 5°C (đá mudi)

“®šHo SPA Cù “soái Rao Xã vi di

hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng

cũng được nâng cao đáng kê.

Dung môi cũng là một vẫn đề cân nói tới, vì phản ứng Grignard cân tránh âm tốt nêndung môi sử dụng cũng cần được xử lí dé loại toàn bộ nước Nhu vậy THE mua về, cần

được ngâm trong KOH trong môi trường khí Nito Khi thực hiện phản ứng thì cho lọc qua

Nhôm oxit dé loại toàn bộ các epoxit có thê tồn tại trong quá trình bảo quan, sau đó được ngâm trong kim loại Naưi vụn đẻ loại toàn bộ nước sau đó chưng cất dé thu được THF

khan.

Đề tìm yếu tố thích hợp cho phản ứng, chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian tiễn

hành phản ứng

Các yếu tố cố định:

« Ti lệ mol acrolein : n-heptyl bromua 1:2

© Phương pháp thực hiện: khuấy cơ kết hợp siêu âm

© Phản úng thực hiện ở nhiệt độ 0 - 5°C.

Yếu tổ thay đổi: Thời gian của phan ứng

Bang 1: So sánh hiệu quả phản ứng giữa acrolein và C;H,<Br theo thời gian:

Phương pháp | Thời gian (giờ) |GC(%) | Hiệu suất (%)

Grignard vẫn có thé tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa Tóm lại, phản ứng

Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn được thời gian phan ứng, ít tốn dung

môi hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng cũng được nâng cao đáng kê (> 84%).

Hình 2: Phan ứng tong hợp 1-decen-3-ol từ acrolein kết hợp

khuấy cơ và siêu âm

Trong quá trình tạo tác chất, có xảy ra phản ứng cạnh tranh giữa tác chất Grignard

vừa hình thành với halogenua alkyl thêm vào.

i id er ae ae MgBr » EOE

Tetradecan

Phan ứng thé giữa tác chat Grignard với RX

Dé phản ứng xảy ra tốt và dat kết quả cao cần lưu ý:

* Phản ứng phải tiền hành trong điều kiện khan nước phải say kỹ dụng cụ thí

nghiệm, dung môi và tác chất phải được xử lý thật khan (THF phải được xử lý lai, làm khan,

chưng cat trong Na có sục N> đề tránh hút âm trước khi tiền hành làm phản ứng) Tác chat

Grignard là base mạnh nên dé phản ứng với các hợp chất hydroxylic như alcohol và nước Hydroxide kim loại được tạo thành khi tác chat Grignard tiếp xúc với không khí am đó là

một chat rin mau trắng Khi đó, lớp magnesium oxide tạo thành bao phủ ngoài kim loại làm

cho phản ứng khó xảy ra.

%4 Khi tiến hành điều chế tác chat Grignard, có một lượng magnesium bị lắng xuống

đáy bình mà không phan ứng hoàn toàn nên khi nhỏ giọt alkyl halide vào sẽ để tạo điều kiệnsinh ra san phẩm tự ghép của alkyl halide mà không tác dụng hết với tác chat Grignard, sảnpham đó sẽ chiếm ưu thế so với sản phẩm chính Dé hạn chế quá trình tự ghép xảy ra cầnđặc biệt chú ý một số điểm như tốc độ nhỏ giọt vừa phải, không để phản ứng xảy ra quámãnh liệt và không gia nhiệt bồn siêu âm trong lúc chưa nhỏ giọt hết

alkyl halide.

Về cơ chế phản ứng, thực chất đây là phản ứng cộng hợp giữa tác chất Grignard với

nôi đôi C=O cho ra ancol bậc 2.

Cơ chế phan ứng trình bày như sau:

Mũi hap thu đặc trưng của I-decen-3-ol là dao động hóa trị của liên kết O - H ở

v = 3351,69 cmÌ Ngoài ra còn có dao động hóa trị của H trên C sp” ở v = 2927,2 cm”

dao động hóa trị của C=C ở v= 1644 em.

Như vậy dựa trên phô IR ta có thé kết luận có nhóm OH, có liên kết đôi.

« Phố "H-NMR (500MIHz, CDCI:, 5 ppm) (Phu lực 5,6,7)

Xuất hiện peak của nhóm C-OH tại 73.16 và của C=C tại 114 và 141 ppm

¢ Dựa trên phố DEPT: (Phu luc 9)

1 2 1q

2.2.2 Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol

Dựa trên tài liệu tham khảo số [25] chúng tôi tiến hành phản ứng tổng hợp

1-(oxiran-2-yl)octan- I-ol hay 1,2-epoxy-3-decanol.

Phản ứng được tiền hanh trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm Phản ứng được

thực hiện trên hệ thông khuấy từ.

TBHP 70% được làm khan bằng cách đun hồi lưu với benzen dé loại hoàn toản nước,

vì phản ứng này cần khô tránh âm Tuy cách này có thé giúp TBHP có thé khan hoàn toàn nhưng khi đun hồi lưu với benzen thì benzen là một hóa chất độc hại nên chúng tôi không

tiễn hành theo cách này mà TBHP được làm khô một phần bang cách cho vào MgSO, khantrong 30 phút, sau đó được chiết bang diclometan khan (diclometan khan được thực hiệnbằng cách chưng cat trong CaCl.) ta thu được TBHP khô tương đối

Binh 3 cô được làm khô ki, gan hệ thong máy khuấy từ có thôi khí Nitơ va gắn ông hút âm, cho vào bình 3 cô một lượng DET, sau đó là xúc tác Titanium tetra (isopropoxide)

rồi làm lạnh trong 5 phút Sau 5 phút, tiến hành nhỏ giọt I-decen-3-ol trong CH;C]; vàotrong 30 phút, rồi tiếp tục thêm TBHP đã được làm khan vào Tiếp tục khuấy trong 2h, sau

đó cho vào ngăn đá của tủ lạnh trong 18h.

Phan ứng giữa I-decen-3ol với TBHP, DIPT với xúc tac Titanium isopropoxide được

thực hiện trong hệ thông kín, nhiệt độ thấp (đá khd/axeton) và được tránh âm tốt, phản ứng

xảy ra lâu và xử lí phức tạp.

Hình 3 A Phản ứng tổng hợp epoxy, B dung dịch thu được sau phản ứng

Dé khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng epoxy hóa Chúng tôi thực hiệnkhảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng

Với một giá trị có định đó là: tỉ lệ số mol thêm vào, phương pháp thực hiện phản ứng

là khuấy từ, thời gian phản ứng là như nhau, chỉ thay đôi giá trị nhiệt độ Và tién hành kiêm

Hình 4: Bản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phan ứng (n-hexan:Et;O=1:1)

Quan sát bản mỏng hình 3 ta nhân thấy:

Ở cả 2 điều kiện nhiệt độ đều có sự tạo thành sản phẩm Tuy nhiên với điều kiện đá

khô cho hiệu suất phan ứng cao hơn han, lượng sản phẩm tạo ra nhiều hơn Nhưng lượng

I-decen-3-ol du vẫn còn nhiều nên cần khảo sát lại tỉ lệ mol, tốc độ khuấy, thời gian của phản

ứng cho phù hợp Do đó, dé khảo sát các điều kiện sau,ta cần tiến hành phản ứng trong điềukiện nhiệt độ thấp (-20°C, đá khô)

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột rồi thực hiện phản

ứng kế tiếp

Phản ứng tạo thành epoxy có thé tóm gọn

Cơ chế tạo thành [24.40]