Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Tổng hợp 3,4-Dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác đất sét pillared trong điều kiện không dung môi

Ngày càng nhiều công ty sản xuất hoá chất đã nhận thức tam quan trọng của hoáhọc xanh đối với sự phát triển bên vững cho hoạt động sản xuất kinh doanh của mình.Hoá học xanh-đó là việc áp

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

MỤC LỤC

66710005 — ÔỎ 6 CHƯƠNG I: TONG QUAN s -2ss<2ccveeeeeErrrreeetttrkrrrtrrrrrrrtrrrsrrrorrree 7

1.1) Phản ứng Bigirn€ÌÌÏ <6 5 9 9 9 9.9 9.0809 0900900000809 68094 06 8

LDL ‹4 0.86 4 8

1.1.1.1 Phan ứng da thành phần -2- 22 52S£+Ex2EE2EEtEEEvEEEerxeerxeerxer 8

1.1.1.2 Phan ting Biginelli ee Ả 8

1.1.2 Co ché phan Ung w.ccccccccccsssesssesssesssesssessssssscssscssscsscssscssecssecssessusssssssecesecssecasecess 9 1.1.3 Một số phương pháp tông hợp DHPM scsssesssessssessessessesssecssecssecssecsseessess 10 1.1.4 Ứng dụng của một số dẫn xuất DHPM - - 2-2 2 s£++E++E++EzEzEszxez 13

1.2 Giới thiệu về xúc tác sử dụng -s-s-s< se se se csecsexsersessersersersessee 14

1.2.1 Khoáng SÉT - G1 TH TH HH HH 14

L201 ‹ 0 na “.4 14

1.2.1.2 Cơ cau của khoáng sét - + 2© £+Sk+EE2EEEEEEEEEEE1E7121121171E221 2E crk 14

1.2.1.2.1 Tắm tứ diện -2- 2 S©E£2EE+EE£EE2EEEEEE2E1221211271111711 111.1 cxe 14 1.2.1.2.2 Tấm bát diện 2-22 22+E+EE2EE2EEE22E12117112711271171.271 211.1 xe 14

1.2.1.3 Phân loại 2-©22+22<+2E2EE2E11271271211127121121121111111 1.11 15

1.2.1.3.1ILLỚp Lid cccecccscsesssesssesssesssesssessesssecssecssecssecssesssesssessuessussseessesssessuessseesseesees 15 1.2.1.3.2LUỚP 2: 2 2< 22 E2 E221 221221122112111 211.111.1111 1111 eree l6

1.2.2 Dat sét Pillared vn 16

1.2.2.1 Khái niệm oececceecccccscsssesssesssesssesssesssessssssesssesssecssesssecssessseesuessesssesesessseeesesees l6

1.2.2.2 Quy trình điều chẾ - 2-2 £++E+EE+2EE2EEEEEE2EE2E12112717112112121 2E crk 16

1.2.2.3 Phan lOdics.cccccccsssesssesssesssesssesssecssessuessssssesssesssecssecssecssesssecsuessuessueesesssecssesees 17

1.2.2.4 Dat sét Pillared nhôm (AI-PILC) -2 2£ 22£2£+2££+£E++£E£+EEzzrxerred 18

CHƯƠNG II: THỰC NGHIEM - 22s sssssevsEssexserserssesssrsee 19

2.1 Hóa chất và thiết bị -o-s- se s s©s©SsSseEseESESseSsESsEEsevseEsEssessessessese 20

QD H6a sẽ 20 2.1.2 Thiết Di oeccecceccccccccsessesssessessssssecsecssessessesssessssesssessesssessessesssessesssessesssssseseeseeesess 20 2.2 Điều chế Pillared cccsscsssssssesssecsessasssessecsaccsscsnccascsnseacssceaseascssccascsscsaceascssceass 20 2.3 Điều chế pyrimidine -s- <2 se ©ss©se©ss©xseEsstsstrserssesserserssersersee 21 2.4 Qué trình tối ưu hóa se se ss£+ss©ss£v£EseEvettserseersersersserssrsee 21 2.5 Tổng hợp các dẫn XuẤ - -° 5° se se se se EsEEseEseEsEEseEseEsessessessessere 21

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo 2.6 Xác định sản phẩm - e2 s< se ©ssss£SsEseExtEseEestrsersserserserssrrssrsee 21 CHUONG III: KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN ° 5° 5< se 5ssecssecssecse 22

3.1 Muc đích và phạm vi nghién CỨU << 5< «5 S9 9195 99 959596996 23

3.2 Quy trình tống hợp: -s-s<escsecss©ssesseEsstsstrsersstrsersersserserssrssersee 23

3.3 Khảo sát phản ứng Biginelli s <6 <6 9 S4 9 9 999.9999699 699899 8ø 23

3.3.1 Khảo sát thời Ø1411 - - G21 2111991119111 911 91019111 HH ng nh 23 3.3.2 Khao 16) 8n -.ẢẢ.À ố 24

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ các chất - + 2 2+++£++E+E+xezxerkerreree 25

3.3.4 Khảo sát XÚC (ÁC - - -Ăc Q11 HS TH HT TT ng 26 3.3.5 So sánh khi không sử dụng XÚC LÁC - 6 6 1xx ghi, 27

3.4 Tổng hợp dẫn Xuất << s< s£©s£ se s£Es£ESESseSsEEsEEsEssessestssrsersssse 27

3.5 Tái sử dụng XÚC VÁC G G59 S96 9.9.9.0 00.0000 60060060606606096ø 28

3.6 Dinh danh sản phẩm 5< s-s° << ©s£Ss£Ss£Ss£ss£Ss£sessessesseseessrsssse 29

3.6.1 Chất A 2c 2L 2221 21 211211221211 111121121111 .T1 1.111 ererreg 29 3.6.2 Chất B 5c Set E1 E1 1211011110111111 11211011 11 11 11 11g 1111111 1c erru 31

3.6.4 Chat Pa 33 3.6.5 Chat 7¬ 35 CHUONG IV: KET LUẬN VÀ DE XUẤTT s- 5< 2 s©cssssesseessessesseesee 37

TÀI LIEU THAM KHẢO - 2s e£s£©©Ss£S+se©ESse2vseeESseSrssersseorssersse 39

3:i0800900200335 - 41

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

DANH MỤC BANG

Bang 1 Phản ứng Biginelli khi sử dụng FeCl;.6H;O làm xúc tác ees 10

Bang 2 Phan ứng Biginelli trong điều kiện dùng Fe(NO:);.9H;O làm xúc tác .11

Bang 3 Phản ứng của acetophenone với các aldehyde aryl khác nhau 1]

Bang 4 Tông hợp các dẫn xuất của DHPM dưới xúc tác ZrC]¿ -¿-c5¿ 12 Bảng 5 So sánh các tính chất của PILC với đất sét ban đầu -5 552 17 Bang 6 Kết qua tôi ưu hóa theo thời gian - 5-5222 222222122212211231 221721221222 cze 23 Bảng 7 Kết quả tối ưu hóa theo nhiệt độ c2 22221291 210211011112 211110211721 12c 24 Bang 8 Kết quả tối ưu hóa theo tỉ lệ tác chất ¿ s6 6c ve 22v2221AEExerrkerrree 25 Bang 9 Kết quả tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác - 2- 22+ ccxzccveeccsd 26 Bảng 10: So sánh khả năng của xÉc LẤc -.::-c:cccc 0200 2202200121222122122131-125a e6 27 Bang 11 Kết qua tông hợp dẫn xuất, 25 5c 2< 2222322312 21721023112 11711223222 cEee 28 Bảng 12 Kết quả tổng hợp DHPM sử dụng đất sét tái sử đụng 5 555: 28 Bang 13 Quy kết các mũi proton của chat A trong phô 'H-NMR - - 30

Bang 14 Quy kết các mũi proton của chất B trong phô IH-NMR 32

Bảng 15 Quy kết các mũi proton của chất C trong phô 'H-NMR 33

Bang 16 Quy kết các mũi proton của chất D trong phô 'H-NMR 34

Bang 17 Quy kết các mũi proton của chất E trong phố "HNMR 36

Bang 18 Độ dịch chuyên hóa học trong phố 'H-NMR của một số dẫn xuất DHPM 36

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

DANH MỤC HÌNH

Binh) 1 Phan tne Bignell sssccssssssssssssasssssssassscssessssesssssvaesasssssssassastsssssestsnassesssoasseaaaesss 8

Hình 2 Sản phẩm trung gian của quá trình ngưng tụ benzandehyde va urea 9 Hình 3 Sơ đồ cơ chế phan ứng theo Kappe -25c- S56 222v 22x 22xxZ2Exeztrcree 9

Hình 4 Tông hợp DHPM dùng xúc tác FeCly.6H20 trong điều kiện chiếu xa vi sóng

¬— 10

Hình 5 Tông hợp DHPM dùng xúc tác Fe(NO;);.9H;O :-.2-5cccccccsccscc 10

Hình 6 Tông hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl, dùng dung môi

hoặc trong điêu kiện không dung môi - c1 SH, 11

Hình 7 Batzelladine - - - SG 321111112 E11 1211210111111 cc 13

Hình § Tam tứ diện của lớp khoáng sét 2 2225 +22 22x xecSeecSerserrsrrree 14 Hình 9 Tam bát diện của một lớp khoáng sét - 2- 5222222222222 222 czrzserree 15 Hình 10 Cơ cấu lớp l:Ì c6 2222152111 11 S10211111 1122112107102 11t 1 0g l6 Hình, HO cna 2 aaanaaaaaaanianoariniintinusiniiiiiiiiiiilii001101000000200888533318821051 l6

Hi l2, (Ouy trình điều chế PNLIG oasis ssssessssssecsssssasscavscasssessssssssssssesssssaainssatsoansaiasoainss 17Hình 13 Câu trúc của ion [AIYAI Ÿ!,2O;(OH);; (HạO)¡a]'” -.2-5522-55552 18Hình 14 So đồ tông hợp DHPM -22-©2222S222EE2EE2EEE2EEECEE22EE17 2222222 crrrerrred 23Hình 15 D6 thị tối kết quả ưu theo thời gian 2-2022 2cv22vvccvvvcrrverrrrrrree 24Hình 16 Đồ thị kết quả tối ưu theo nhiệt độ - 2-62 222t222122211222xzzrxsrrree 25Hình 17 Đồ thị kết quả tối ưu theo khối lượng xúc tác -2- 22s 26

Hình 18 Pho 'H-NMR của chất A -2-22-272eC22EE22EE22AE2EAecEEecrrrcrrrcrrred 29

Hình 19 Pho 'H-NMR của chất B o -.s.-cescseecsssesssoescsseecsssesenseeesssessssesenseeecoseecesneeenes 31

Hình 20 Phổ "H-NMR của chất C oo ccccccsssesssveessessssessseesseesssensssvesseessetesserseareeaeeeseeensd 2 Hhiii 21 Ehô HNMR của COED issscasssissssivsssssassesnsoscrsncassvsasieassssassvasissanseassvonsearnesiieas 33 Hình 22 Phố H-NMR của chấtE, c.o con 0021022022002 666 35

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Lời cảm ơn

Tôi lay cơ hội nay dé thé hiện lòng tôn trọng và biết on sâu sắc đến người Thay

đã hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này - ThS Phạm Đức Dũng, giảng

viên khoa Hóa học trường đại học Sư phạm Thành phố H6 Chí Minh Trong suốt thời

gian làm khóa luận này, tôi luôn nhận được sự động viên quan tâm và khích lệ mọi

lúc, mọi nơi từ Thay Kinh nghiệm làm việc bài bản, gần gũi của Thay là một trongnhững điều đáng quý mà tôi sẽ trân trọng mãi mãi

La một vinh dự khi được gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm

khoa Hóa trường đại học Sư phạm Thành phô Hỗ Chí Minh các phòng ban quản lý

phòng thí nghiệm Hóa học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất có thé dé tôi có thê

hoàn thành khóa luận.

Tôi cũng xin cảm ơn chân thành đến các bạn và các Anh Chị trong phòng thi

nghiệm đã giúp đỡ và chỉ bảo một cách tận tình.

Ngoài ra xin chân thành cảm ơn đến các quý Thây Cô trong nhà trường, những

người đã trang bị kiến thức, day dé và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt bốn

năm học đại học.

Cuối cùng là lời cảm ơn đến ba mẹ, người thân và bạn bè đã luôn bên cạnh,

động viên, giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn vẻ học tập cũng như quá trình hoàn thành luận van tốt nghiệp.

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

Xin cảm ơn.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

`

Mo dau

Trong vòng một thập niên trở lại đây ở các quốc gia hậu công nghiệp, van đê

giải quyết và phòng ngừa ô nhiễm cũng như bảo vệ môi trường ngày càng chiếm vai

trò quan trọng hơn trong tiến trình phát triển Một bằng chứng là sự ra đời và tăngtrưởng tại các quốc gia Âu - Mỹ của phong trào Hóa học xanh, hiện được xem là biệnpháp hữu hiệu nhất dé giải quyết các vẫn nạn môi trường

Ngành Hóa đang nỗ lực để chuyên hoá các nguyên liệu khai thác từ thiên nhiên

thành các sản phẩm hữu ích cho xã hội và nâng cao đời sống cho con người Đặc biệt,Hóa học có nhiệm vụ phát hiện và phát triển những loại thuốc mới dé tạo điều kiện

cho con người sống lâu hơn, khoẻ mạnh hơn và có khả năng lao động với năng suất

cao hơn Nhưng đề đạt được những mục tiêu này một cách bên vững thì chúng ta cũng

cần phải có môi trường sống lành mạnh, không gây ô nhiễm và bệnh tật

Ngày càng nhiều công ty sản xuất hoá chất đã nhận thức tam quan trọng của hoáhọc xanh đối với sự phát triển bên vững cho hoạt động sản xuất kinh doanh của mình.Hoá học xanh-đó là việc áp dụng những nguyên lý sản xuất than thiện với môi trường,

sử dụng tối ưu các tài nguyên thiên nhiên, giảm thiểu hoặc loại bỏ phát sinh và sửdụng những chất nguy hiểm, độc hại trong thiết kế, sản xuất ứng dụng các sản phẩmhoá chất Trong số những nguyên lý này thì một trong những nguyên lý đầu tiên là:Ngăn ngừa sự hình thành phế thải sẽ tốt hơn là xử lý hoặc loại bỏ phế thải sau khi nó

đã được tạo ra.

Dé tài này nghiên cứu những đặc điểm cơ cau cũng như những đặc tính hóa lý

của montmorillonite, từ đó nghiên cứu khả năng xúc tác của đất sét Pillared trong phản

ứng tông hợp đa thành phần Biginelli tổng hợp 3,4-dihydropyrimidin-2-(1H)-one

(DHPM) trong môi trường không dung môi.

Do đó, chúng tôi chọn dé tài: “tổng hợp 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one dùngxúc tác đất sét Pillared trong điều kiện không dung môi" nhằm tổng hợp và tối ưu hóa

nó đề đạt được hiệu suất cao nhất

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

—c>ề

CHUƠNG I:

TONG QUAN

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

11 Phan ứng Biginelli

1.1.1 Khái niệm

1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần

Phản ứng đa thành phan (multi-component reaction, MCR) là một phan ứng hóa

học có từ 3 tác chất trở lên cùng tham gia trong một quá trình (one-pot operation) gồmnhiều giai đoạn dé tạo thành một sản phẩm Về cơ bản, tất cả hoặc hau hết các nguyên

tử của các nguyên liệu ban đầu đều đóng góp hình thành sản phẩm [1-2]

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

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

1.1.1.2 Phan ứng Biginelli

Phan ứng Biginelli được biết đến là một phản ứng ngưng tụ vòng cyclo của một aldehyde, một /-cetoester và urea (hoặc thiourea) trong điều kiện acid mạnh làm chất xúc tác Báo cáo dau tiên về phản ứng Biginelli được đưa ra năm 1893 [3].

Năm 1893, nhà hóa học người Ý Pietro Biginelli báo cáo về phan ứng ngưng tụ

vòng cyclo trên xúc tác acid của một aldehyde, một /-cetocster và urea (hoặc

thiourea) Hơn một thế kỷ trước Biginelli dự đoán khả năng tông hợp các phản ứng đa

thành bang cách kết hợp các chat phản ứng của hai phản ứng khác nhau có một thành

phan chung, kết quả của phan ứng ba thành phan là một sản phâm mới đã được hình

thành như các dẫn xuất của 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one - DHPM

Phan ứng Biginelli là phan ứng đa thành phần tạo ra

3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one từ ethyl acetoacetate, aldehyde hương phương (như benzaldehyde) và urea.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

._ớh:⁄:⁄SẳẶằẰ-TxS : Œđ%&$§ s sa sa - áả:g‹ẶẶẰẶ%<

1.1.2 Cơ chế phản ứng

Nhận ra được tam quan trọng và bị thu hút một cách đặc biệt với các sản phâm DHPM của phan ứng Biginelli, các nhà khoa học đã đi vào nghiên cứu để giải thích

cho cơ chế của phản ứng này [4]

Folkers và Johnson đã chứng minh sự tôn tại của sản phẩm trung gian

N,N"*-benzylidenebisurea của quá trình ngưng tụ benzaldchyde và urea [5] (Hình 1).

Hình 2 Sản phẩm trung gian của quá trình ngưng tụ benzandehyde va urea.

Năm 1997, dựa trên cơ sở của kỹ thuật quang phô như 'H/°C-NMR, C Oliver

Kappe đã đề nghị ra một cơ chế cho phan ứng Biginelli Trong cơ chế đề xuất này, đầu

tiên có sự hình thành N-acyliminium từ aldehyde va urea đưới tac dụng của xúc tac

acid Bước thứ hai có thé được coi là một sự bỗ sung các nucleophile từ các ethyl

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

._ớh:⁄:⁄SẳẶằẰ-TxS : Œđ%&$§ s sa sa - áả:g‹ẶẶẰẶ%<

1.1.3 Một số phương pháp tông hợp DHPM

+ Tong hợp DHPM dùng xúc tác FeCl;.6H;O trong điều kiện chiều xa ví sóng

M Mozaffari Majd và các cộng sự của ông đã nghiên cứu và nhận thấy rằngvới khi lay hỗn hợp benzaldehyde acylal, ethyl acetoacetate và urea theo tỉ lệ 1:1:1,5

mol được chiếu vi sóng dưới 180 W trong 15 phút với sự có mặt của FeCl;.6H;O làm

xúc tác thì phản ứng xảy ra với hiệu suất cao nhất (Hình 3) Sau đó ông đã áp dụng

điều kiện tối ưu hóa này vào các phản ứng khác nhau của các aldehyde aryl, ethyl

acetoacetate và urea hoặc thiourea,kết quả thu được ở Bảng | [5]

-Hình 4 Tổng hợp DHPM dùng xúc tác FeCl;.6H;O trong điều kiện chiếu xạ vi sóng

Bang 1 Phản ứng Biginelli khi sử dụng FeCl;.6H+O làm xúc tác.

.STT R X Hiệusuất(%)

I CoHs O 85

| 2 O

3 LÒ 4

5 6

* Tổng hợp DHPM sử dung xúc tác Fe(NO:):.9H;O.

M Phukan, M K Kalita và R Borah đã tiễn hành nghiên cứu các phản ứng

của anisaldehyde (1 mmol), acetophenone (1 mmol) và urea (1,5 mmol) sử dụng các

dung môi khác nhau trong điều kiện dùng Fe(NO:):.9H;O làm xúc tác (Hình 4) thuđược kết qua như trong Bang 2 [6]

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

FeNO;.9H,O | CH;COCH,; _

FeNO;.9H,O CHạC]; —— 12 — |Khôngphảnứng TỶ

=" FeNO;.9H;O _—CHC, | — 12 — |Khôngphinúng |

6 | FeNO;9HO | HO | 12 | Không phan img |

Từ kết quả thu được, có nể đưa ra kết TP khi sử dụng Fe(NO:); SH,O

trong điêu kiện không dung môi làm tăng hiệu suất của phản ứng lên đáng kê

Sử dụng các điều kiện tôi ưu trên, khí không sử dụng dung môi, họ đã áp

dụng cho phản ứng của acetophenone với các aldehyde aryl khác nhau va thu được kết

quả như Bảng 3.

Bảng 3 Phan ứng của acetophenone với các aldehyde aryl khác nhau.

~ ng

3 ames | oO | 0 | 92 |

+ Tông hợp các dẫn xuất của DHPM sử dung xúc tác ZrCl, trong điều kiện dung môihoặc điều kiện không dung môi (Hình 5) [7]

Rạ

Rạ R; fe) ° oO

7 AA k + GIỌH - BOW" ZC

H OEt HạN“ “NH bị COOEt

Hình 6 Tổng hợp các dan xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl, dùng dung môi

hoặc trong điều kiện không dung môi

11

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

- Tông hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCly trong điều kiện

dung môi.

Trộn hỗn hợp urea (0,01 mol), aldchyde (0,01 mol) và cthyl acetoacetate (0,015

mol) khi có ZrCly (10 mmol %) làm xúc tac và sử dung ethyl alcohol (10 mL) làm

dung môi dưới tác dụng của sóng siêu âm trong vòng 20-35 phút ở nhiệt độ phòng.

Thêm methylene chloride (50 ml) và nước cất (5 ml) để kết thúc phan ứng va ngăn

chặn sự hình thành các phức chất Sau khi khuấy hỗn hợp trong 1 phút thì đem đi lọc.

Rửa sản phẩm hai lần với methylene chloride (mỗi lần 10 ml) dưới áp suất thấp dé

sạch hết dung môi có trong sản phẩm Chat rắn đem kết tinh trong ethyl alcohol

- Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl, trong điều kiện

không dung môi.

Trộn hỗn hợp urea (0,01 mol), aldehyde (0,01 mol) và ethyl acetoacetate (0,015

mol) khi có ZrCly (10 mmol %) làm xúc tac được hấp thụ bởi đất sét bentonit (5 g)

dưới tac dụng của sóng siêu âm trong vòng 20-35 phút ở nhiệt độ phòng Thêm

methylene chloride (50 ml) va nước cat (5 ml) dé kết thúc phản ứng vả ngăn chặn sự

hình thành các phức chất Sau khi khuấy hỗn hợp trong | phút thì đem đi loc Rửa sản

phẩm hai lần với methylene chloride (mỗi lần 10 ml) dưới áp suất thấp đẻ sạch hếtdung môi có trong sản phẩm Chat rắn đem kết tinh trong ethyl alcohol Kết quả thu

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

1.1.4 Ứng dụng của một số dẫn xuất DHPM

Qua nhiều năm, sau khi được nghiên cứu, DHPM và các dẫn xuất của nó được

coi như là một loại hợp chất đặc biệt trong tự nhiên hay trong tông hợp, được sử dụng

nhiều trong lĩnh vực như sinh học y học, sinh lý học và được pham Nó đóng vai trò như một loại thuốc chặn kênh canxi, thuốc hạ áp, chéng viêm, kháng sinh Hơn nữa.

DHPM được coi là có ảnh hưởng rất lớn đến việc tông hợp các sản phẩm tự nhiênkhác, điển hình là dẫn xuất polycyclic marine alkaloid, trong đó alkaloids batzelladine(Hình 7) là một chất ức chế mạnh HIV gp-120-CD4 với độ an toàn cao [8-9]

Một số dan xuất của pyrimidin có giá trị trong được liệu như:

* SQ 32926 và SQ 32547 được coi là một loại thuốc hạ huyết áp

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

=>

1.2 Giới thiệu về xúc tác sử dụng

1.2.1 Khoáng sét

1.2.1.1 Khái niệm

Khoáng sét là những philosilicate, có tính dẻo và trở nên cứng khi khô hay bị

nung nóng Các khoáng sét có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tông hợp [10].

1.2.1.2 Cơ cầu của khoáng sét

Khoáng sét được hình thành trong tự nhiên do sự phong hóa hóa học các loại đá

chứa silicate dưới tác động của acid carbonic hoặc do các hoạt động thủy nhiệt Nó là

hỗn hợp bao gồm AlzOs, SiO;, HạO và một số oxide của kim loại kiểm, kiểm thô, sắt,

mangan, kẽm Phan lớn khoáng sét thường gặp dưới dang tập hợp hạt mịn Khi hap

phụ nước, chúng trở thành vật liệu với độ đẻo thay đôi [11]

1.2.1.2.1 Tam tứ diện

Mỗi tứ diện chứa một cation T liên kết với bốn nguyên tử oxygen và liên kết vớicác tứ điện kế cận bằng ba oxigen đáy (Oy, the basal oxygen atom) tạo thành một môhình mạng lưới vòng sáu cạnh hai chiều vô tận Cation tứ diện thường là Si”/ AI” và

3+

Fe ”.

Hình 8 Tam tứ diện của lớp khoáng sét

(a) : Tứ điện [TO,]: (b) : Tắm tứ điện (T)

O, và O, lần lượt là oxygen đỉnh và oxygen đáy12.122 Tam bát diện

Mỗi bát diện chứa một cation T liên kết với sáu nhóm hydroxyl Trong tắm bát

điện, sự liên kết giữa mỗi bát điện O và các bát điện kế cận là bởi các cạnh theo haichiều trong mặt phang

14

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

—————————————————————————————————

Cation bát diện thường là AI”, Fe**, Mg”” và Fe” Ngoài ra con có một số ion

khác như Li*, Mn”", Co”, Ni**, Cu", Zn?", VÌ, Cr°* và Ti”

Nguyên tử oxigen tự do ở mỗi tứ điện (O,, the tetrahedral apical oxygen atom)

trong tam bát diện cùng hướng về một phía so với tam và liên kết với các tam bát điện

tạo thành mặt phăng chứa Ox (Oe = OH, F, Cl, O), On, là anion của tắm bát diện,

nằm ở trung tâm của vòng sau tứ diện va không liên kết với tam tử diện, nguyên tửoxigen này liên kết với nguyên tử hidrogen tạo thành nhóm —OH trong cơ cấu của đất

sét Bát diện có hai dang hình học khác nhau phụ thuộc vào vi trí nhóm —OH : định

hướng cis (2 Ove nam cùng phía) va trans (2 nhóm O, nằm khác phía)

Hinh 9 Tam bat điện của một lớp khoáng sét

(a): sự định hướng O,„, (OH F Cl) trong cis-bat điện và trans-bat điện

(b): VỊ trí tâm cis và tâm trans trong tắm bát diện

O, và O, lần lượt là oxygen đỉnh và oxygen đáy

1.2.1.3 Phân loại

Sự sắp xếp giữa tắm tử diện và tắm bát diện thông qua các nguyên tử oxigen một

cách liên tục tạo nên mạng tỉnh thé của khoáng sét [12] Có 2 kiểu sắp xếp chính:

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

O: Cation bát điện; T: Cation tứ diện; O,: oxygen tại đỉnh tử diện

o,: oxygen tai đáy tứ điện; Ô„„: tâm anion bát diện

1.2.1.3.2 Lớp 2:1

Cơ cau của lớp 2:1 bao gồm một tam bát diện nằm giữa hai tam tứ diện, mỗi 6mạng bao gồm 6 bát điện và 8 tứ điện ”⁄4 nhóm hydroxyl của tam bát diện được thaythế bởi các oxigen đỉnh của tắm tứ diện

O: Cation bát điện; T: Cation tử diện; O,: oxigen tại đính tứ điện

O, : oxygen tại đáy tứ diện; O, : tâm anion bát diện1.2.2 Dat sét Pillared

1.2.2.1 Khái niệm

Dat sét Pillared (Pillared Clay, PILC) la mot loai vat ligu vi xốp được nghiên

cứu như một chất xúc tác và hỗ trợ cho các chuyên đôi hữu cơ khác nhau PILC thực

chat là sản phẩm của quá trình biến đôi smectit, các cation xen giữa các lớp làm tăng

khoảng cách cơ bản của các loại đất sét Sau khi xử lý nhiệt, chúng được chuyên đôithành các cụm oxit kim loại ôn định đóng vai trò trụ cột giữa các lớp đất sét giữ cho

cầu trúc của đất sét được ôn định trong môi trường nhiệt độ cao [13-14].

1.2.2.2 Quy trình điều chế

Quy trình chung đẻ điều chế PILC (Hình 11) bao gồm [13]:

16

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Lam trương nở smectit trong nước.

- Trao đổi cation vào giữa các lớp của đất sét bằng các polymer ngậm nước hoặc

Dat sét Pillared được phối hợp với nhiều loại cation khác nhau như Al, Zr, Ti,

Cr, Fe, Ta V Những thay đôi đặc trưng khi sử dụng đất sét Pillared làm xúc tác bao

gồm tinh bên nhiệt, độ mịn, điện tích bề mặt và các tính chất so với đất sét ban dau

[14].

Bang 5 So sánh các tinh chat của PILC với đất sét ban dau.

Tính chất Dat sét ban đầu PILC

Khoảng cách lớp 2-3 Á §-15 A

Tinh bẻn nhiệt <300°C <800 °C

17

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

1.2.2.4 Đất sét Pillared nhôm (Al-PILC)

Trong tat cả các loại đất sét Pillared, Al-PILC được các nhà khoa học nghiên

cứu và ứng dụng rộng rãi nhất Trong tác nhân ban đầu của AI-PILC có chứa các

polycation [AIYAI VU ,04(OH) 25 (H20))2)"* Cac polycation này được tao ra trong quá

trình thủy phân một phan của dung dich muối nhôm chloride.

Hình 13 Cấu trúc của ion [AIYAI "!2O;(OH);; (HạO);;]”"

Sở di AI-PILC được sử dụng là chất xúc tác cho nhiều phản ứng hữu cơ vì PILC có điện tích bề mặt cao hơn hắn so với các loại PILC khác, ngoài ra còn có một

Al-số tính chất vượt trội như tính ben nhiệt, độ min cao, [12].

18

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

——_ểẦ— XS ‹-‹<°sdaa:a-.a : :.šằš ÓỒcciăễăă®$&ŒcẮẽẮẶŒđặằŠš-ẻằẶằẶẶẶẰẶẰằẮằẮ=+=ŒẶ

CHUONG II:

THỰC NGHIỆM

19

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất

e Urea (Trung Quốc)

e Ethyl acetoacetate (Merk)

e Benzaldehyde (Trung Quốc)

e Muối AICl;.6H;O (Trung Quốc)

e Ethanol (Trung Quốc)

e Cân điện tr Sartotius

e Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET

e May hút chân không

e Máy đo nhiệt độ nóng chảy Buchi

e May đo NMR

e May cô quay

2.2 Điều ché Pillared

Tac nhân Pillared (300 ml): Thêm tir từ dung dich NaOH 0,25 M (200 ml) vào

dung địch AICI; (100 ml) sau đó ủ qua đêm trên bếp từ ở nhiệt độ 65 °C

Dat sét được hoạt hóa axit bằng dung dịch H;SO; 30 % Ký hiệu LD30

Lay 1,5 g đất sét LD30 cho vào 150 ml HạO khuấy qua đêm trên máy khuấy

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

2.3 Điều chế pyrimidine

Cho vào ống phản ứng 25 ml: 0,318 g benzaldehyde, 0.260 g ethyl acetoacetate,

0,180 g urea và 0,150 g xúc tác đất sét Pillared (theo tỷ lệ khôi lượng tối ưu) trong

điều kiện không dung môi, khuấy từ điều nhiệt trong 120 phút ở 100 °C

Sau khi phản ứng kết thúc, xử lý với ethanol nóng để lọc bỏ xúc tác (vì sản phẩmtan tốt trong ethanol nóng), kết tinh lại bang ethanol ở nhiệt độ phòng (làm lạnh

khoảng 2 h), lọc, cân sản phẩm và tính hiệu suất (sản phẩm có màu trắng).

2.4 Quá trình tối ưu hóa

s* Điều kiện phản ứng ban đầu: 0,212 g benzaldehyde (C;H;CHO), 0,260 g ethyl

acetoacetate (EAA), 0,120 g urea và 0,100 g xúc tác đất sét, khuấy từ điều nhiệt không

dung môi.

* Tối ưu hóa nhiệt độ

¢ Tôi wu hóa thời gian

¢ Tối ưu hóa tỷ lệ chất tham gia phản ứng.

® Tôi ưu hóa khối lượng xúc tác.

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

CHUONG III:

KET QUA VA

THAO LUAN

22

Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

=>

3.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Mục đích của dé tài là nghiên cứu phương pháp tong hợp 2-one bằng phản ứng đa thành phan Biginelli dùng đất sét Pillared làm xúc tác Sau đó.dựa trên phương thức tốt nhất dé tiễn hành tôi ưu hóa phản ứng bang cách khảo sát

3,4-dihydropyrimidine-những yếu tố anh hưởng đến hiệu suất, bao gôm: nhiệt độ phản ứng, thời gian phản

img, tỉ lệ giữa các tác chất và khôi lượng xúc tác

Bên cạnh đó, dựa trên đặc tính ưu việt của đất sét là phd biến, giá thành rẻ, dé sử

dụng, dé xứ lý và thu hồi, chúng tôi nghiên cứu khả năng tai sử dụng xúc tác dé xanh

fe) fe) O ~ EtOOC NH

sơ Aon, en i A ÔN As

Hạ

1 2 3 4

Hình 14 Sơ đồ tông hợp DHPM.

3.3 Khảo sát phản ứng Biginelli

3.3.1 Khảo sát thời gian

Phản ứng được khảo sát ở nhiệt độ 100 °C, khối lượng xúc tác là 0,100 g, tỉ lệ

theo mmol của các chất 1:2:3=1:1:1 và thời gian phản ứng thay đổi Kết quả được

trình bày ở Bảng 6.

Bang 6 Kết quả tối ưu hóa theo thời gian

_STT | Thời gian phản ứng (phúU | Hiệu suat (%)