Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Tổng hợp dẫn xuất 3,4-Dihydropyrimidine-2-One dùng xúc tác Montmorillonite trao đổi Cation biến tính

Việc kết hợp ưu điểm của các loại xúc tác dé tạo nên một loại xúc tác có nhiều ưu điểm hơn như xúc tác rắn trao đôi cation với một số loại muối thông dụng đã được dé ra, tuy nhiên khả nă

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HO CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

cacaa»@»á&m£o

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

Hóa Hữu cơ

Giảng viên hướng dan: ThS Pham Đức Dũng

Sinh viên thực hiện: Đỗ Thị Hoài

Mã số sinh viên: K39.106.037

Thành phố H6 Chi Minh, ngày 03 tháng 5 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Dé có thé hoàn thành đẻ tài khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của chính

bản thần em còn có sự giúp đỡ tận tình của quý thây cô và các bạn sinh viên khoa Hóa

học, trường Đại học Sư phạm thành phô Hồ Chí Minh.

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:

ThS Phạm Đức Dũng, người thay đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý

kiến quý báu cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt

nghiệp.

Các phòng ban quản lý phòng thí nghiệm Hóa học của Trường Đại học Khoa

Học Tự Nhiên Thành phố Hỗ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em được thực nghiệm ở

phòng thí nghiệm hóa hữu cơ trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hỗ Chí

Quý thầy cô gia đình, bạn bẻ và đặc biệt là các bạn sinh viên trong nhóm khóa

luận đã luôn dành nhiều tình cảm, động viên và hỗ trợ cho em trong suốt thời gian theo

học tập tại trưởng và trong thời gian thực hiện đẻ tài khóa luận tốt nghiệp

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên khóa luận không tránh khỏi

những thiếu sót Vì vậy em xin ghi nhận và biết ơn những ý kiến đóng góp quý báu từthây/cô và các bạn dé đề tài được hoàn thiện và có ý nghĩa hơn

Kính chúc quý thay cô, các bạn và những người thân của em lời chúc sức khỏe,

lời cảm ơn chân thành nhất!

LỢI CẢM ƠN án nnenkonkonototEG0106050013065366231033503316391665356503560533554603465546558465366386358053865385868 i

NC iva secracassesnssattastssetavrasmsessassnasinsesessenssvsmssstnsenssiesnsnauaniinannnis ii

DANHINTI BẰNG -.ẻ (o0 ẽ {so at nstecaeseeeseereeeeeeeenencteesseecnees iv

DANH MDEGHm.NH -== .-=ẽ==ễ-ẽ-.ẽ -ẽẽ{ằẽ viDANHMUC CÁC CHỮ CÁT VIET TAT visssssscsscsssssssssscsssssssscssassssssssassassssssssassssassessess vii

MG DAU na nnnnnnniioniiGiiGEGG14G001100310531301603366330539153338338488346880383038353655386538653455965386338338 1

InnT TT r7 0n new |

È.2: MU tiết HH ghÌÊH CỮII::iiccciisiiatiiiiiiS1143114311331353385331135116383831383333635165534358493883355339133134335433853 l

Í.3.Ph0N6 PRED NOMEN CỮU!cciicoiccoiseiisiiosiiistiiS112833305150468548352581663563888683531389388351568585388855886 2

Ds TONG (GUIẨN bocccctittieeceeeeeeetitcieceotztteiiccec:iact02252520:2622562027556536555658665226628653366272638652g5E 3 SIIEIEhdifiti\BTLINHIHGIITIPITROTIcos: s2 c0; 2102610210024089002230835935933003313371033703210921392008273921192108301841032202%3 3

P0081 0.2114.400 T08 nh ad 3

2.2.1 SO AO 16g NOP Tanridd 3

2.2.2 Cơ ChE phản ứig ¿5:22 2222223223 230222112 1 211 21271 11 11 111.1 ccrrveu 3

2.2.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli đã được thực hiện trên thể giới 4

3.1.2 Hoạt hĩa acid montmorillonite Lâm Đẳng, 5-55555222 ScSseccsersrree 12

3.1.3 Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hĩa aeid 12

3.2 Điêu chế 3,4-dihydropyrimidine-2( LH)-one (DHPM) a5 5S << <<veeevereex 12

3.3 Qh tri 105 UU ROA nn ẽ e< IIIaaga 133.4 Phương pháp tai sử dụng XÚC tẮC SH SH HH HH n1 nh 138:5 Tổng hiợp một số dẫn xuất của DPM sssssssssessssssavssessssscsissssarcisessssassvassncansunsnvasanaseeaas 13

3.6 Xéic dinh cor ctu CAC SGN PRAM 8n n6 6n na 14

3.7 Xác định cơ cấu XIẮC 1h Co.eccccccsccceeccsccscscceecstecesvsessesesscsesussvecsscsssssisecsseetscarecsearsececseees 14

4 KET QUA VÀ THẢO LUẬN FT IEEEIS2IH5I22GI50/8G700E 154.1 Nghiên cứu xác định thành phan khống sét cua dat sét Lâm Đồng 15

4.2 Tổng hợp 3,4-dihydropyrimidine-2(1H)-one (DHPM) :ss2sseessssserssesssesseesseeees 15

4.2.1 SO AO 16g NOP ng ẽa ẽậÀẠA 16Š:2:2 ERGO vất NÚC II SI AUR :::cccccciiiciiitiiti1113511211153313515351533533533453553355355533585555358 155 16

42:3 Khảo sốt Hhiệt độ HUN-::::::cccccoicciioassozsisastissiassisa2g5026215512555855355355623555585586586558 858 17

0010 0n 8n 17

ADS Tot aret ROG ABAD ssasssscvswssissrseariesicsnasisiissasatsooramanseoasaisisansereamoanieaeitaasies 18

4.2.6 Toi ưu hỏa ty lệ chất tham BIG DRAM UND tútiiiceiosiiosiiiaiiiai016ã116064641ã54ã45668ã3695818858 18

#.2:7 TƠI ưu hảa Khối lượng NAC CLE sorcsrsasssaessconsssssvasssnsssconsansnaasscssansassessbaasscsasoassanneas 194.3! THỊ NGhiỆNH lái: StF HUNG XI ÍÃ-:::::::::::.ctz2itt211111123312311351858551535153355533355325355 555553555353 558 20

4.4 Tổng hợp một số dẫn xuất của DHPÌM - S25 EE22EE2 21122273 2251511111 211 -xecrse 20

§.ĐINHĐPANH SANEHAN Geeeeooieeooooiiioeooeoooioiiooooooiitooooeooooocoooooooicooooooooooooc 22

51 Hợp chất Bi-I:

5-(ethoxycarbonyl)-6-methyl-4-phenyl-3,4-dihydropyrimidin-0/7.) 2077ẼẺẼ8.¬ .aẶaaa AäÚÚ 22

5.2 Hop - chất - Bi-2: —

5-(ethoxycarbonyl)-4-(4-methyiphenyl)-6-methyl-3,4-đìhydFopyriinillilt:2(PHHJ]EOHE cicciiccocsoostiisiiieiiiniEi8511251185815513851856515035886856558846354854558661568188558 25

5.3 Hợp chat - Bi-3:

5-(ethoxycarbonyl)-4-({3-fluorophenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2( 1 H)OME 0Prt.aiaiiÝ II 27

54 Hợp chất Bi-4: —

5-(ethoxycarbonyl)-4-(4-fluorophenyl)-6-methyl-3,4-GihWÄFQD9TDHHHHNHE2(TH]EGHE::-:::ssiicciieiiiaoiietiasigaSEE153515335551355138655553555335555355556355593858552558558 30

5.5 Hợp chất Bi-5: 4-(3-clorophenyl)-5-(ethoxycarbonyl

)-6-methyl-3,4-GÌ HƯưDYITUTHNN2(EHÌEOHỂ:iitbaoiioiiitiistiisiiiai110111645166156118855583818383531355158885883858585553153156585 32

5.6 Hop chat Bi-6:

4-(4-clorophenyl)-5-{ethoxycarbonyl)-6-methyl-3,4-Gin yA rOpy ritmidiie 2 (TH oO sas ss00i2sezscezsnasssesascasoneesseissnsssesasceasceessecssnsssasssesacceasssessesecacssess 355.7 Hợp chất Bi-7: 5-(ethoxycarbonyl)-4-(4-methoxyphenyl)-6-methyl-3,4-

đđơpyritmiliH:2([Tl]E0H:::‹:cccccccciiiegiistiisitiE5116518053165518835555188565868385580535538354388463583888558 37

GET DUAN WADE XUẤT cuc necccccekEtttiiEEEEGOGGGI2G00G01G00.103180001 033G 407.TÀILIỆEU THAM KHẢO tueeeinkeiiiiriioioieooioiooiiaroiiniiarioarinasaais 41PHY LUC THỦ TT HT TT TT Tà 0.0 000010 000808000000180008808.6 44

DANH MỤC BANG

Bảng 1 Kết quả của phan ứng Biginelli dùng xúc tác chat lỏng ion - 5 Bảng 2 Kết qua của phan ứng Biginelli dùng xúc tac acid trichloaxetic trong điều kiện

KRG gS AUS HiÔÌ::::::o:cc:::ccisipsicsoiosnbibsi0202021213512203146116618023585355318535555355858505156355855565ã585557 6Bang 3 Kết quả của phan ứng Biginelli ding xúc tác FeCl:.6HạO trong điều kiện vi

Bang 4 Kết quả của phan ứng Biginelli dùng xúc tác Cu(NO:);.3HO trong điều kiện

KHÔNE(HIE/BIỂNI::::::i::i:c::nzti:tit2201222012210121111111213113105531581189316853531833652538535395853523558158555503353878 7

Bang 5 Kết quả của phản ứng Biginelli ding xúc tic montmorillonite KSF trong điều

Kiện(EHÔiiE:dUN0/TDĐitussiiiisiii6ii02100210310041102611141124100314061003)3143938395651133363898)3651843065138339838) 8 Bang 6 VỊ tri các mũi khoáng Sé( Án SH S22 HH HH Hà Hiệu 15

Bảng 7 So sánh xúc tác trao đôi các cation khác nhau 2: ¿52552552 16

Bang 6: Khảo :sátnhiệbđổ ñHRE:::;::-:s::::::::-::::-::c::::::2:22212027202222212012021123112212635123572535532 17

Bảng 9 So sánh kha năng tái sử dụng lần 1 của các xúc tae nung - 17 Bảng 10 Kết quả tối ưu hóa theo thời gian 5 52222222 2022212212112 2121222222 xe 18

Bang 11 Kết quá tối ưu hóa theo nhiệt d6 cccscssscsssssssecssscsssesssessssssssessvseevssesseeensees 18Bang 12 Kết qua tối ưu hóa tỉ lệ chất tham gia phan tg c00-csseeseseseeceesnseeeees 19

Bảng 13 Kết qua tối wu hóa lượng xúc tae eee cece cecceeeseeeseeesseecsssessseensveenneeneveeess 20

Bang 14 Kha năng tai sử dụng XÚC tÁC G5 2 2S hs HH ngưng re 20

Bảng 15 Tong hợp một số dan xuất DHPM 22522222222 222122112211221721222 2e 21 Bang 16 Quy kết các mũi trong phô ‘H-NMR cúa chat Bi-l -5 555: „23

Bang 17 Quy kết các mũi trong phô "C-NMR của chat Bi-1 - 25

Bang 18 Quy kết các mũi trong phô ‘H-NMR của chất Bi-2 -2 -55 25

Bảng 19 Quy kết các mũi trong pho '3C-NMR của chất Bi-2 225555scs: 26Bảng 20 Quy kết các mũi trong phô 'H-NMR của chất Bi-3 -52552 552 28Bang 21 Quy kết các mũi trong phô “C-NMR của chất Bi-3 :- 52552 29Bang 22 Quy kết các mũi trong phô ‘H-NMR của chất Bi-4 -¿:5655¿ 30Bang 23 Quy kết các mũi trong phô “C-NMR của chất Bi-4 5 55¿ 32

Bang 24 Quy kết các mũi trong phô 'H-NMR của chất Bi-§ 33 Bảng 25 Quy kết các mũi trong phô “C-NMR của chất Bi-§ -52:55255- 34

Bang 26 Quy kết các mũi trong phô 'H-NMR của chất Bi-6 52552 36Bảng 27 Quy kết các mũi trong phô C-NMR của chất Bi-6 -. -5- 37

Bang 28 Quy kết các mũi trong phô ‘H-NMR của chất Bi-7 22-52-52 37

iv

Bảng 29 Quy kết các mũi trong phô C-NMR của chất Bi-7 5-5255-c55¿ 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ tổng hợp DHPM 2 5 22 2 1121122112211 1Ự n0 2sce 3Hình 2 Cơ chế phản ứng theo Sweet và Fissekis ác 0 2v 2211221112111 11xecrtreee 4Hình 3: (Cor chế phản ứng theo De Sotza scccssessssassscaissessscassasscassssasossssessvassnsnsvanssasoocssi 4

Hình 4 Sơ đồ tổng hợp theo Biginelli dùng xúc tác chất lỏng ion tiến hành bằng

phương pháp SÌÊU'ÂNM‹::::::-::‹c::c-csipiitiiS002202025123212211106130232651535383655558851653563388255853588588 5

Hình 5 So dé tông hợp theo Biginelli ding xúc tác acid trichloaxetic trong điều kiện

không dung mỗi 5à cá ssesseee ssisnasnesseetinciieassesiss ssasansssasisstinetivaiasesasassi 6Hình 6 So đồ tông hợp theo Biginelli dùng xúc tác FeCl:.6H;O trong điều kiện vi

Hình 7 Sơ đỏ tổng hợp theo Biginelli dùng xúc tác Cu(NO;);.3HạO trong điều kiện

KkHôNg:dU1E NGI iciiiciziititiiiiitiietiiiipii20004101110311331100116033583816385658)83188553838153808413823988350 7

Hình 8 Sơ dé tông hợp theo Biginelli ding xúc tác montmorillonite KSF trong điều

Kea Grn EGS GUN MON (225:142511213151512112211411111215124312113335133312838343132955369459120183381830383184423331483487 8

Hình D) (CoemseRai Npa BN siccscccsceossacossctsssscunnccasccassseasnsosssasssocaxoossacosaitieisnsascoasceussseaszeesl 9

Hình 10 Mô hình cau trúc không gian của MMIT - 2222522222222 2222222xzzzcrsec 10

Hình 11 Pho nhiễu xạ tia X của mẫu montmorillonite tinh chế .:55s:55- 15

Hình 12 Sơ đô tổng hợp DHPM dùng xúc tác MỸ MonL_nung - - 16

Hình 13 Pho 'H-NMR của chất Bi-1 s22 S222 2E 1211 1 1211 2012222 sxa 22Hình 14 Phô °C-NMR của chất Bi-1 22 S1 2 1525121502111 111 212112125511 21225221xEe 24Hình 15 Pho 'H-NMR của chất Bi-2 2S SG 1212112511121 125 11121211 2125111 211225112 xEe2 26

Hình 16 Phê C-NMR của chất Bi-2 Đ 2 2S H1 525 2112112221110 11221121 ce 27 Hình 17 Phỏ 'H-NMR của chất Bi-3 22 2S H1 5215212211210 0212212 xe 28

Hình 18 Phô 'ÌC-NMR của chất Bi-3 S2 2 C211 2112 021222122 sxe 29

Hình 19 Pho 'H-NMR của chất Bi-4 22 ST T1 5211211151122 211 2121221222112 22 2 ce 31

Hình 20 Phỏ 'ÌC-NMR của chất Bi-4 2 CS TH 221121125211 21222 2112125251222 see 31

Hình 21 Phỏ 'H-NMR của chất Bi-5 22 SE ssrrsrrsrsr.33

Hình 22 Phô °C-NMR cúa chất Bi-5 50 2 nu sec ¬ 34

Hình 23 Phô 'H-NMR của chất Bi-6 2 S0 HT 11101 12 E122 se 35

Hình 24 Pho 'ÌC-NMR của chất Bi-6 222 TH 2512111521121 1221122212112 12c se 36

Hình 25 Phé 'H-NMR của chất Bi-7 2 ST S215 5211211221122 211 210111102211 251 2E ce 38 Hình 26 Phé C-NMR của chất Bi-7 S3 2S C251 21121 2221121222212 se 39

vi

DANH MỤC CAC CHỮ CAI VIET TAT

+ ‘H-NMR: phô cộng hưởng tir proton.

+ C-NMR: phổ cộng hưởng từ cacbon-13.

+ CEC: khả năng trao đôi cation.

+ DHPM: 3,4-dihydropyrimidine-2-one

+ LD30: Montmorillonite tinh chế hoạt hóa acid H;SO; có nồng độ 30%

+LDTC: Montmorillonite tinh chế chưa hoạt hóa acid

+ MCR: phản ứng đa thành phần.

+ M"*_Mont: Montmorillonite tinh chế đã hoạt hóa acid và trao đổi cation với M"°.

+ M"*_Mont_nung: Montmorillonite tinh chế đã hoạt hóa acid và trao đôi cation với

M”” sau đó được nung ở nhiệt độ cao.

+ M"*_M300: Montmorillonite tinh chế đã hoạt hóa acid vả trao déi cation với MTM sau

1 MO DAU

1.1 Lý do chon đề tài

Trong Hóa học Hữu cơ nói chung và đặc biệt là tông hợp hữu cơ nói riêng, xu

hướng sử dụng những phan ứng đơn giản, dé thực hiện nhưng có khả năng thu được

sản phẩm có độ tỉnh khiết cao đang được ưu tiên phát triển hơn cả Một trong những

đại điện tiêu biểu là phản ứng Biginelli Ngoài những ưu điểm trên, sản phẩm tao thành của phản ứng này đã và đang có rất nhiều ứng dụng thực tiễn quan trọng trong

đời sống như: kháng vi khuân, kháng vi rút, chống tăng huyết áp,

Trong quá trình nghiên cứu phát trién phản ứng trên, việc cải tiến xúc tác luôn là một van dé được quan tâm hon cả Tuy nhiên, những xúc tác cho điều kiện phản ứng đơn giản (thời gian ngắn, nhiệt độ thấp ) lại có khả năng thu hồi kém, gây ô nhiễm

môi trường Trong khi đó, những xúc tác cho khả năng thu hoi tốt lại có điều kiện phản

ứng tương đối khó khăn (nhiệt độ cao, thời gian phán ứng kéo dai, ) gây tốn nhiên

liệu Việc kết hợp ưu điểm của các loại xúc tác dé tạo nên một loại xúc tác có nhiều ưu điểm hơn như xúc tác rắn trao đôi cation với một số loại muối thông dụng đã được dé

ra, tuy nhiên khả năng thu hoi vẫn còn nhiều hạn chế do sự hao hụt cation trong quá

trình phản ứng và xử lý sản phẩm Đề giải quyết van đề này, một giải pháp đã được dé

ra là tiền hành nung xúc tác ở nhiệt độ cao, biển các nhóm hydroxy] trên bè mặt thành

oxide (montorillonite trao đổi cation biến tính) dé giữ có định lượng cation đã được

trao đôi trước đó Tuy nhiên, giải pháp này chưa được đưa vào nghiên cứu và áp dụng

thực tiến.

Với những lí do trên, em quyết định chọn dé tài: “Tổng hợp dan xuất dihydropyrimidine-2-one dùng xúc tác montmorillonite trao đổi cation biến tính”.

3,4-1.2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Khảo sát nhiệt độ nung thích hợp xúc tác montmorillonite trao déi cation với một số mudi vô cơ.

+ Khảo sát khả năng tai sử dụng lần 1 của các xúc tác nung.

+ Tiến hành áp dụng xúc tác đã điều chế trên phản ứng Biginelli dé chọn ra xúc

tác tốt nhất

+ Tôi ưu hóa phản ứng Biginelli giữa ba tác chất là 4-methyl benzaldehyde, urea

và cthyl acetoacetate dựa trên nên xúc tác đã chọn

+ Khao sát khả năng tái sử dụng xúc tác và tông hợp một số dan xuất khác.

1.3 Phương pháp nghiên cứu

+ Tông hợp các tài liệu khoa học liên quan.

+ Tiến hành điều chế montmorillonite hoạt hóa acid trao đôi cation, nung ở nhiệt

độ cao.

+ Tiến hành ti ưu hóa phản ứng Biginelli giữa ba tác chất là 4-methyl

benzaldehyde, urea và ethyl acetoacetate, khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác và

tổng hợp một số dẫn xuất khác.

+ Định danh sản phâm thu được thông qua đo nhiệt độ nóng chảy phô cộng

hưởng từ proton (H-NMR) và pho cộng hưởng từ cacbon ('*C-NMR)

2 TONG QUAN

2.1 Phan teng da thanh phan

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

học có sự tham gia của ba hay nhiều hơn ba thành phan, những thành phan chính phản

ứng với nhau trong một quá trình dé tạo ra một sản phẩm bao gồm hau hết các nguyên

tử của các nguyên liệu đầu vào [7].

Phản ứng đa thành phan có kha nang tạo thành các phân tử phức tạp với sự đơn giản, nhanh gọn va đặc biệt là dé dàng thu được sản phẩm tinh khiết, vì hau hết tác chất ban đầu đều được kết hợp tạo thành sản phâm cuỗi [2].

2.2 Phan ứng Biginelli

Nam 1893, nha hóa học người Ý-Pietro Biginelli báo cáo về sự ngưng tụ vòng

cyclo trên xúc tác acid với chất tham gia gồm một aldehyde, một /-ketoester và urea(hoặc thiourea) dé tạo thành một dihydropyrimidine Ông đã dự đoán rằng khả năng

tổng hợp các phản ứng đa phần bằng cách kết hợp các chất phản ứng của hai phản ứng khác nhau có một phan chung, kết quả là tạo nên 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one và các dẫn xuất [6][23].

Phản ứng đa thành phần tạo ra 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM) từ ethyl

acctoacetate, aldehyde hương phương vả urea được gọi là phản ứng Biginclli (Hình 1)

9° f `

Ss H Et0,¢ H Ht Z7 ®

re) lo) oO ° is) HO AO

1 2 OEt OEt OEt

°asi ae

Hình 2 Cơ chế phản ứng theo Sweet và Fissekis [9][22]

Cơ chế được đề ra năm 1973 Ban đầu sẽ xảy ra phản ứng ngưng tụ giữa

benzaldchvdc 1 và cthyl acctoacetate 2 trong môi trường acid tao ra trung gian

carbocation Carbocation này sẽ tác dụng với urea 3 tạo thành 4, đóng vòng 4 thu được

Hình 3: Cơ chế phan ứng theo De Souza [6]{22]

Cơ chế được dé ra năm 2009 Trung gian N-acyliminium 2* được hình thành bởi

sự ngưng tụ giữa benzaldehyde 1 và urea 2 trong môi trường acid Sau đó trung gian

này sẽ tiếp tục phản ứng với ethyl acetoacetate 3, tạo thành sản pham 4, đóng vòng 4

thu được 5, tách nước tạo thành DHPM 6 Nếu urea du, trung gian 2* sẽ tạo thành.

2.2.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli đã được thực hiện trên thể

giới

2.2.3.1 Dùng xúc tác chất lỏng ion tiễn hành bang phương pháp siêu âm

Reta-o X«O,S EAA 2ao

Hình 4 Sơ đồ tổng hợp theo Biginelli dùng xúc tác chất lỏng ion

tiên hành băng phương pháp siêu âm

+ Kết quả

Kết quả thu được khi thực hiện với tỉ lệ và thời gian khác nhau thu được trong

Bảng 1.

Bang 1: Kết qua của phản ứng Biginelli dùng xúc tác chat lỏng ion

[cmmim][BE;]: Thời gian .^ A

Stt [bmimỊBEj(@) (phat) Piêusuất(4)

+ Cách tiền hành

Hỗn hợp của aldehyde (1 mmol), alkyl acetoacetate (1 mmol), urea (1 mmol) và

acid trichloroacetic (0,032 g, 20 % mol) duge khuay ở 70 °C, Sau khi hoàn thành cácphan ứng chất ran được tạo thành ở nhiệt độ phòng và cho tiếp 5 ml ethanol vào Xúc

tác được thu hỏi bằng cách lọc [24].

+ Sơ đồ phản ứng

? lì Lf ChOCOOH im

solvent-free, 70°C yes x

H

Hình 5 Sơ đỏ tong hợp theo Biginelli ding xúc tác trichloroacetic

trong điều kiện không dung môi

+ Kết quả

Kết quả tông hợp 3.4-dihydropyrimidin-2-one và dẫn xuất thu được trong Băng 2

Bang 2: Kết quả phan ứng Biginelli dùng xúc tác acid trichloroaxetic

trong điều kiện không dung môi

Thời gian Hiệu suất

Hình 6 Sơ dé tông hợp theo Biginelli dùng xúc tác FeCl;.6HO

trong điều kiện vi sóng

+ Kết quả

Kết quả của phản ứng Biginelli dùng xúc tác FeCl;.6H:O trong điều kiện vi sóng

được thê hiện trong Bảng 3.

Bang 3: Kết qua của phan ứng Biginelli dùng xúc tác FeCl;.6H;O

trong điều kiện vi sóng

Hỗn hợp của aldehyde (3 mmol), alkyl acetoacetate (4,5 mmol), urea (6 mmol) và

Cu(NO;);.3H;O (2-10 % mol) được khuấy ở 70 °C Sau khi hoàn thành các phản ứng,

chất rắn tạo thành được cho tiếp 10 ml HạO vào khuấy và hòa tan trong 10 phút Sản

phẩm được rửa lại với nước [11].

Hình 7 Sơ đồ tông hợp theo Biginelli dùng xúc tác Cu(NO;);.3H:O

trong điều kiện không dung môi

+ Kết quả

Kết quả tông hợp 3,4-dihydropyrimidin-2-one và các dẫn xuất thu được trongBảng 4.

Bảng 4: Kết qua phan ứng Biginelli ding xúc tác Cu(NO;);.3H;O

trong điều kiện không dung môi.

Thời gian Hiệu suất

2.2.3.5 Dùng xúc tác montmorillonite KSF trong điều kiện không dung môi

+ Cách tiễn hành

Hỗn hợp của aldehyde (10 mmol), alkyl acetoacetate (10 mmol), urea (15 mmol)

va montmorillonite KSF (0.5 g) được khuấy ở 130 °C trong vòng 48 h Sản phẩm tạo

thành được kết tinh lại với ethanol, xúc tác được thu hỏi bằng cách lọc nóng với

cthanol và tái sử dụng được 2 lần với hiệu suất 80-81% [10]

Hình 8 So đỏ tông hợp theo Biginelli dang xúc tic montmorillonite KSF

trong điều kiện không dung môi

+ Kết quả

Kết quả tông hợp 3.4-dihydropyrimidin-2-one và các dẫn xuất được tóm tắt trongBang 5.

Bang 5: Kết qua phan ứng Biginclli dùng xúc tác montmorillonite KSF

trong điêu kiện không dung môi.

Hội đồng danh pháp (Joint Nomenclature Committees, JNCs) của Hiệp hội quốc tế

nghiên cứu về đất sét (Association Internationale pour I'Etude des Argiles, AIPEA)

định nghĩa khoảng sét là những phyllosiicate có tính déo và trở nên cứng khi khô hay

bị nung nóng Các khoáng sét có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tông hợp.

Khoáng sét được hình thành do sự phong hóa hóa học các loại đá chứa silicate

dưới tác dụng của acid carbonic hoặc do các hoạt động thủy nhiệt Thanh phan chinh

bao gdm Al,O;, SiO», HạO va một số oxid của kim loại kiểm, kiềm thổ, sắt, mangan,

kẽm Phân lớn khoáng sét được tìm thay đưới dang hạt mịn và có khả năng hap phụ

nước trở thành vật liệu có tính dẻo.

2.3.1.2 Cơ cau lớp 2:1

Cơ cau lớp 2:1 bao gồm một tam bát diện nằm giữa hai tam tứ diện, mỗi 6 mạnggồm 6 6 bát điện và 8 6 tứ điện, 2/3 nhóm hydroxyl của tắm bát điện được thay thé bởicác nguyên tử oxi năm trên đỉnh của tâm tứ diện.

%—

§ —

Hình 9 Cơ cấu lớp 2:1

Oger: tâm anion bat điện T: cation tứ điện

O,: oxigen tai đỉnh tứ diện Oy: oxigen tại đáy tứ điện

2.3.2 Vẻ Montmorillonite

2.3.2.1 Khái niệm

Montmorillonite (MMT) là một khoáng sét phyllosilicate rất mềm thuộc ho

smectite, được phát hiện năm 1847 tại Montmorillon trong tỉnh Vienne của Pháp,nhưng nó cũng được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên thế giới và được biết đến với cáctên gọi khác nhau MMT là thành phan chính của bentonite (chiếm khoảng 80-90%theo khối lượng cua bentonite) [Š |[ 19]

2.3.2.2 Cấu trúcGồm 2 tam tứ điện kẹp 1 tắm bát điện (khoáng sét 2:1) Mỗi lớp có độ day khoảng

1 nm [20] Câu trúc được minh họa trong Hình 10.

STRUCTURE OF

2.3.2.3 Tính chất vật lý

2.3.2.3.1 Trạng thái tự nhiên

MMT ton tại ở dạng đơn khoáng, gan giống sáp nên, thường có màu trắng, xám,

vàng nhạt, nâu, nâu đỏ, có thể màu xám xanh hoặc xanh lục khi sờ cảm thấy nhờn và

trơn [18].

Tỷ trọng MMT trong khoảng 2.2-2,6 Độ cứng Mohs tương đối khoảng 1.5 Tốc

độ lắng đọng thấp, thường có hiện tượng kết bông khi gặp môi trường kiềm, có độ pH

cao hoặc khi thay đôi môi trường nhanh chóng MMT có diện tích be mặt lớn, diện

tích lớp cao, kích thước hạt rat mịn, độ déo cao và có tính thấm ướt thấp [12]

2.3.2.3.2 Tính trao đồi ion

điện tính sinh ra này làm thay đổi lực hút tĩnh điện giữa các lớp và ảnh hưởng nhiều

đến kha năng xúc tác của MMT Bang cách thay thé các cation giữa các lớp bằng

cation khác, có thẻ tạo ra nhiều loại MMT có tính chất khác nhau, phù hợp với yêu cầu

của người sử dung [18].

Khả năng tao doi cation (Cation Exchange Capacity-CEC) của MMT thay đổi

trong một khoảng rộng từ 80-140 meq/100 g.

10

Khả năng trao đổi ion còn phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của các cation trao

đổi, các cation có hóa trị nhỏ dé trao đổi hơn các cation có hóa trị lớn theo thứ tự

M*>M**>M** Với các cation có cùng hóa trị, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổication càng lớn theo thứ tự Li>Na*>K†>Mg”*>Ca”“>Fe”'>AI' [18]

2.3.2.3.3 Khả năng hấp phụ

Sự hap phụ bê mặt trong của MMT có thê Xảy ra Với chất bị hap phụ là các ion vô

cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực Các chất hữu cơ phân cực

có kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bang cách tạo phức trực tiếp với cáccation trao đổi nam ở lớp xen giữa (interlayer) hoặc liên kết với các cation đó qua liên

kết với nước [4].

Sự hap phụ các chất hữu cơ không phân cực, các polymer va đặc biệt là vi khuẩnchỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của MMT [14]

2.3.2.4 Tính chất hóa học

MMT có công thức hóa học: (Na,Ca)s::(AI.Mg)›(Si;O;¡a)(OH);.nH;Ø.

Tính chất đặc biệt của MMT là có thé dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ

nhờ vào độ acid cao Nó có thé được xem là acid Lewis do sự thay thé đồng hình các

ion Sỉ” bằng ion Al** ở tâm tứ diện và ion Mg” thay thé ion AI" ở bát diện làm bềmặt của MMT mang điện tích âm Do vậy tâm acid Lewis được tạo thành từ ion AI”

và ion Mg”° Trên bề mặt MMT tồn tại các nhóm hydroxy! (-OH) có khả năng nhường

proton đẻ hình thành trên be mặt MMT những tâm acid Bronsted [19].

11

3.1.2 Hoat héa acid montmorillonite Lam Dong

Cân 10 g montmorillonite tinh chế Lâm Đông, khuấy với 200 ml dung dich acid

H;SO; có nồng độ 30% trong 4 h tại nhiệt độ 70 °C San phẩm được lọc, rửa trên phễuBiichner tới khi hết ion SO,” (thử bằng dung dich BaCl, 1 M), sấy khô tại nhiệt độ

110 °C Sản phẩm được nghiền mịn qua ray 80 mesh [1]

3.1.3 Phương pháp trao đổi cation với montmorillonite hoạt hỏa acid

Thêm từ từ 3 g montmorillonite hoạt hóa acid vào 100 ml dung dich muối CuSO,

1 M, khuấy từ trong 5 h ở nhiệt độ phòng Chất ran sau đó được lọc, rửa sạch dung

dich CuSO,, say khô va nghién min thu được xúc tác montmorillonite hoạt hóa acidtrao doi ion Cu”", ký hiệu Cu**_Mont Phương pháp này được áp dụng cho một số

mudi vô cơ khác dé trao đổi những cation khác Ký hiệu chung là M"*-Mont [1].

3.1.4 Phương pháp nung xúc tác montmorillonte đã trao đôi cation

Nung xúc tác M”°_Mont ở các nhiệt độ khác nhau: 100 °C, 200 °C, 300 °C, 400 °C

và 500 °C Xúc tác sau khi thu được, được kiểm tra khả năng tái sử dung như mục 3.4,

xúc tác này được kí hiệu M”” Mont_nung.

3.2 Điều chế 3,4-dihydropyrimidine-2(1H)-one (DHPM)

Cho vào bình phản ứng 0,212 g 4-methylbenzaldehyde (2 mmol), 0,120 g urea (2

mmol), 0,260 g ethyl acetoacetate (2 mmol) và 100 mg M””_Mont_nung Hỗn hợp

được trộn đều, thực hiện phản ứng tại 100 °C Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp

được hòa trong ethanol nóng, lọc xúc tác, dung dich qua lọc được cho bay hơi dung

môi dưới áp suất thấp, chất rắn kết tinh lại trong ethanol thu được sản phim DHPM tinh khiết.

12

3.3 Quá trình tỗi ưu hóa

Diéu kiện phan ứng ban dau: 0,212 g 4-methylbenzaldchyde (2 mmol), 0,120 gurea (2 mmol), 0,260 g ethyl acetoacetate (2 mmol) và 100 mg xúc tác khuấy từ điềunhiệt trên bếp dau trong điều kiện không dung môi trong 120 phút ở nhiệt độ 100 °C

Các yếu tố được tiền hành tối wu:

> Khao sát xúc tác su dụng

Giữ có định điều kiện phản ứng ban đầu, thay đôi lần lượt các xúc tác M°”

Mont_ nung.

> Toi wu hóa thời gian

Sử dung xúc tác đã tôi ưu, tiễn hành thay đôi thời gian phan ứng từ 90-360 phút.

Các điều kién phản ứng khác không đổi

> Tối ru hóa nhiệt do

Tiền hành phan ứng với xúc tác và thời gian tối ưu Thay đổi nhiệt độ phản ứng từ

80-120 °C, các điều kiện phản ứng khác không thay đôi

> Tối uu hóa tỉ lệ chất tham gia phan ứng

Giữ có định xúc tác, nhiệt độ và thời gian đã tối ưu, tiễn hành thay ddi tỉ lệ các

chất tham gia phan ứng Khối lượng xúc tác 100 mg.

> Toi trụ hỏa khối lượng xúc tác

Có định các điều kiện đã tối ưu: xúc tác nhiệt độ, thời gian, ti lệ chất tham gia

phan ứng Tiến hành thay đổi khối lượng xúc tác từ 50-250 mg.

3.4 Phương pháp tái sử dụng xúc tác

Xúc tác thu được sau quá trình lọc nóng được rửa lại bang ethanol nóng, sấy khô

tai 110 °C Chất rắn sau đó được nghiền min qua ray 80 mesh, xúc tác này được sử

dụng cùng điều kiện tối ưu ban đầu dé nghiên cứu kha năng tái sử dụng

3.5 Tổng hợp một số dẫn xuất của DHPM

Áp dụng điều kiện đã tối ưu ở trên để xác định ảnh hưởng của nhóm thế bằng

cách:

Thay đổi 4-methylbenzaldehyde bằng benzaldehyde và các dẫn xuất khác của

benzaldehyde như methoxybenzaldehyde, 3-chlorobenzaldehyde,

4-chlorobenzaldehyde, 3-fluorobenzaldehyde, 4-fluorobenzaldehyde.

13

4 KET QUA VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xác định thành phan khoáng sét của đất sét Lâm Đồng

Phô đồ nhiễu xạ tia X của mẫu montmorillonite tính chế cho thấy các mẫu chứa

chủ yếu khoáng sét: montmorillonite, illite, Kaolinite và quartz (Hình 11) Phé 46

nhiều xa tia X của các mẫu montmorillonite được trình bay trong Phụ Lục 1.

[Bop LORS soe Tạ: 3TS/ locked - 9.90: 3.000" = Gyh O00" - Dep: 1.000" - Seep tree lột - Teng 2 2% "C(Eoe) - Tene 2 guá: 9+ - Db Theea: 0.008 * - Tướca: 1.008" Che 040 0 +Ð

See eens | Seow 6.50 | Của AEA 0.808 | la lợ e4 9 0) 1,1 200 [eget

Hình 11 Phé nhiễu xạ tia X của mẫu MMT tinh chế

Vị trí mũi các khoáng sét trên phô đồ của được trình bày trong Bang 6

Hình 12 Sơ đồ tông hợp chất DHPM dùng xúc tác M"*_Mont_nung

Sử dụng R=CH; đối với các quá trình 4.2-4.7

Riêng với quá trình 4.2.3, dùng R=H.

4.2.2 Khao sát xúc tác sử dụng

Điều kiện áp dụng khí tiến hành khảo sát xúc tác sử dụng là 1:2:3=1:1:1 (mmol),

thời gian 120 phút, nhiệt độ 100 °C, lượng xúc tác là 100 mg với các chất xúc tác

montmorillonite hoạt hóa acid trao đôi ion của 9 cation kim loại khác nhau lần lượt là:

Na', Ni”, Mg**, Cu**, Zn**, Co”, Cr”, AI, Fe** Sau đó nung ở nhiệt độ bat kì, kí

hiệu: M°'_Mont_nung O dé tài này chọn 300 °C, kí hiệu M**_M300 Kết quả được

trình bày trong Bang 7.

Bang 7 So sánh xúc tác trao đôi các cation khác nhau

Kết qua Bảng 7 cho thấy xúc tác trao đôi cation H* bang những cation kim loại tại

điều kiện đã chọn cho hiệu suất tông hợp DHPM đều không cao nhưng vẫn tốt hơn khikhông sử dụng xúc tác (20 %) Xúc tác Co”'_M300 cho hiệu suất tổng hợp DHPM caonhất (40 %) Vì vậy chon mẫu xúc tác Co””_ M300 đẻ tiến hành tối ưu hóa phản ứng

tông hợp DHPM.

16

4.2.3 Khảo sát nhiệt độ nung

Ti lệ chat tham gia phản ứng (R=H) là 1:2:3=1:1:1, thời gian 150 phút, nhiệt độ

100 °C, xúc tác 100 mg (ứng với 2 mmol tác chất) Xúc tác Co”*_M300 được thay déi

nhiệt độ nung từ 100-500 °C Kết qua thu được trong Bảng 8.

Bảng 8 Khảo sát nhiệt độ nung.

Stt Nhiệt độ nung (°C) Hiệu suất (%)

Hiệu suất phan ứng tang từ 65 % lên 69 % khi tăng nhiệt độ nung từ 100 °C lên

200 °C Khi tăng lên nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất giảm (Bảng 8, thí nghiệm 3.4.5)

Xúc tác này được kiêm tra kha năng tái sử dụng lan | dé so sánh, chọn ra xúc tác

có khả năng xúc tác và tái sử dụng tốt nhất, kết quả được tóm tắt trong Bảng 9

Bảng 9 So sánh khả năng tái sử dụng lần I của các xúc tác nung

Sự Nhiệt độ nung Hiệu suất ban đầu Tái sử dụng lần I

(°C) (%) (%)

] 100 65 51

2 200 69 53

3 300 58 57

Kết quả thu được từ Bang 9 thì kha năng tái sử dung lần | của xúc tác nung tại

200 °C thắp (tương tự khi nung ở 100 °C) Khi nung xúc tác ở 300 °C, hiệu suất phảnứng khá, khả năng tai sử dụng tốt Vậy sử dụng xúc tác CoTM_M300 được nung ở nhiệt

độ 300 °C dé tiễn hành các bước tối ưu tiếp theo.

4.2.4 Toi wu hóa thời gian

Cổ định tí lệ 1:2:3=1:1:1 (mmol), lượng xúc tác Co?” M300 là 100 mg, thay đổi

thời gian phản ứng từ 90-360 phút Kết quả được trình bày trong Bảng 10.

Kết quả Bảng 10 cho thấy thời gian phan ứng cho hiệu suất cao nhất là 270 phút(thí nghiệm 8), tăng thêm (thí nghiệm 9,10,11,12) hay giảm thời gian phản ứng (thí

nghiệm 1,2,3.4,5,6) đều làm hiệu suất giảm.

17

Bảng 10 Kết quả tối ưu hóa theo thời gian

Sử Thời gian Hiệu suât

Cô định điều kiện phản ứng ban đầu với tỉ lệ 1:2:3=1:1:1 (mmol), thời gian 270

phút, lượng xúc tác là 100 mg, nhiệt độ phản ứng được thay đôi từ 80-120 °C Kết qua

được trình bày trong Bảng 11.

Bảng 1H Kết quả tối ưu hóa theo nhiệt độ

Ste Nhiệt độ Hiệu suat

nhiệt độ cao hơn hay thấp hơn thì hiệu suất phan ứng đều giảm, có thé do ở nhiệt độ

cao hơn 100 °C sản phẩm và chất tham gia đã bị phân hủy một phan, do đó chọn nhiệt

độ 100 °C để khảo sát những yếu tổ tiếp theo

4.2.6 Tối wu hóa tì lệ chất tham gia phản ứngTiền hành phan tng theo điều kiện nhiệt độ thời gian đã tối ưu, lượng xúc tác

Co** M300 là 100 mg, thay đổi tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng Kết qua

được trình bày trong Bảng 12.

Khảo sát tỉ lệ các chất tham gia phản ứng nhận thấy hiệu suất phan ứng có tăng,

nhưng không đáng kể khi tăng duy nhất một yếu tố là lượng 4-methylbenzaldehyde

(thí nghiệm 2.3.4) ethyl acetoacetate sử dụng (thí nghiệm 4,5) Khi tăng lượng urea sử

18

dung thì hiệu suất giảm (thí nghiệm 8,9), Tuy nhiên, khi tăng đồng thời hai yếu tổ là4-methylbenzaldehyde và ethyl acetoacetate thì hiệu suất tăng đáng kẻ (thí nghiệm

10,11) Kết quả này phù hợp với cơ chế do De Souza [6][22] dé nghị Phan ứng tông

hợp DHPM xảy ra qua trung gian giữa benzaldchyde với urea, sau đó trung gian này

sẽ phản ứng với ethy acetoacetate Lượng thừa urea có thé tao ra trung gian phụ gây

can trở quá trình tạo thành sản phẩm nên hiệu suất tông hợp DHPM giảm khi lượngurea tăng cao Vì vậy, chon tỉ lệ 1:2:3=1,5:1,5:1 (mmol) là tối ưu dé khảo sát yếu tôtiếp theo ảnh hưởng đến phản ứng

Bang 12 Kết quả tôi ưu hóa theo tỉ lệ chất tham gia phản ứng

Tiền hành phản ứng ở các điều kiện đã tôi ưu và thay đôi khối lượng xúc tác từ

50-250 mg Kết quả được trình bày trong Bảng 13

Kết qua Bảng 13 cho thấy lượng xúc tác sử dụng cũng ảnh hướng nhiều đến khả

năng tạo thành san phẩm Khỗi lượng xúc tác cần thiết dé phản ứng xảy ra tốt nhất là

200 mg (ứng với 2 mmol tác chất) (thí nghiệm 7) Khi sử dụng lượng xúc tác ít hơn

200 mg thì phản ứng xảy ra không tốt bằng, dùng nhiều xúc tác hơn thì hiệu suất phảnứng giảm (thí nghiệm 8.9) do xúc tác dang ran, khi dùng thừa có thê gây can trở quátrình tiếp xúc giữa các chat tham gia phan ứng

19

Bảng 13 Kết quả toi ưu hóa theo khối lượng xúc tác

s„ LượngXúctấc Hiệu suất

© Xúc tác: Co?” M300

o Nhiệt độ: 100°C

o Thời gian: 270 phút

o Tỉ lệ chất tham gia phản ứng 1:2:3=1,5:1,5:1 (mmol)

© Khối lượng xúc tác: 200 mg (ứng với 2 mmol tác chat).

4.3 Thứ nghiệm tái sử dung xúc tác

Áp dụng điều kiện tối ưu khi khảo sát số lần tái sử dụng xúc tác Kết quả được

trình bày trong Bảng 14.

Bang 14 Kha năng tái sử dụng xúc tác

S6 lân tái sử dụng Hiệu suat (%)

0 92

| 92

2 85

3 82

Kết quả trình bày trong Bảng 14 cho thấy hiệu suất tạo thành sản pham DHPM hau

như không giảm theo số lần tái sử dụng xúc tác

4.4 Tong hợp một số dẫn xuất của DHPM

Ap dụng điều kiện phan ứng tống hợp DHPM đã tối ưu, nghiên cứu tổng hợp một

số dẫn xuất DHPM khác dựa trên sự thay đổi 4-methylbenzaldehyde thànhbenzaldehyde và những dẫn xuất khác của benzaldehyde

Kết quả Bang 15 cho thấy khi thực hiện phan ứng tại nhiệt độ tối ưu là 100 °Ctrong 270 phút thì một số dẫn xuất cho hiệu suất tốt (Bi-1, Bi-2) Các dẫn xuất khác

20

cho hiệu suat khá (Bi-3, Bi-5, Bi-7), trung bình (Bi-6) hoặc yếu (Bi-4) Khi tiền hành

tăng thời gian phan ứng lên 360 phút thì hiệu suất tốt hơn (Bi-1, Bi-3 Bi-6)

Bảng 15 Tổng hợp một số đẫn xuất DHPM

Hiệu suất (%) Nhiệt độ nóng chảy CC)

180 270 360 Nghiêncứu Tham khảo