nghiên cứu phản ứng knoevenagel trong dung môi xanh là chất lỏng ion 1

Chương I TỔNG QUAN 1.1 Xúc tác trên chất mang rắn [3] 1.1.1 Xúc tác trên chất mang vô cơ [1] So với chất mang polyme, chất mang vô cơ có nhiều ưu điểm: • Độ bền hóa học cao, chịu được

Chương I

TỔNG QUAN

1.1 Xúc tác trên chất mang rắn [3]

1.1.1 Xúc tác trên chất mang vô cơ [1]

So với chất mang polyme, chất mang vô cơ có nhiều ưu điểm:

• Độ bền hóa học cao, chịu được điều kiện khắc nghiệt của phản ứng oxi hóa

• Độ bền cơ học tuyệt vời, không bị ảnh hưởng bởi sự trương trong dung môi như của chất mang polyme

• Độ bền nhiệt tốt, có thể thực hiện các phản ứng đòi hỏi nhiệt độ cao

Hiện nay công nghệ sản xuất các vật liệu vô cơ phân tán cao với sự kiểm soát kích thước phân tử, đường kính mao quản đã hoàn thiện, cho phép tổng hợp chất mang mong muốn dễ dàng

1.1.2 Chất mang vô cơ - vật liệu mao quản trung bình

1.1.2.1 Vật liệu mao quản trung bình (MQTB)

IUPAC đã phân loại vật liệu xốp dựa trên kích thước mao quản

Bảng 1.1: Phân loại vật liệu xốp [4]

Phân loại Kích thước lỗ xốp Ví dụ

Mao quản trung bình 2-50nm M41S, SBA, …

1.1.2.2 Xúc tác trên chất mang SBA

Đặc điểm:

-diện tích bề mặt (m2/g): 639

-kích thước trung bình (A0): 120

Hình 1.1: SBA-15 sau khi cố định amine

Hình 1.2: Dạng lỗ xốp của SBA-15

-kích thước hạt trung bình (μm): 0.4

-thể tích lỗ xốp (m3/m2): 1.39

SBA-15 có đặc tính vật lý thuận lợi là có độ xốp, kích thước mao quản, kích thước hạt tương đối lớn, nên khả năng hấp phụ tác chất phản ứng trên bề mặt là rất lớn, chính

vì vậy những tác chất phản ứng sẽ được hấp phụ trên bề mặt và phản ứng trên bề mặt xúc tác nên hiệu suất rất cao

SBA-15 3-D là một hỗn hợp có nhiều thuận lợi cho việc ứng dụng làm chất mang bởi vì chúng có đường kính lỗ xốp 46-300A0 và diện tích bề mặt riêng cao (gần 800m2/g) Với mạng cấu trúc ba chiều rất thuận lợi cho sự khếch tán và di chuyển của các phân tử lớn so với cấu trúc một chiều, vì vậy SBA-15 cấu trúc 3-D được dùng nhiều trong lĩnh vực xúc tác và phân tách

1.2 Phản ứng Knoevenagel [5]

1.2.1 Giới thiệu

Năm 1894 E Knoevenagel trình bày phản ứng ngưng tụ giữa diethylmalonate và formaldehyde với sự hiện diện của xúc tác diethylamine tạo thành sản phẩm cộng hai phân tử diethylmalonate vào một phân tử formaldehyde

Ông cũng phát hiện ra sự tạo thành sản phẩm cộng tương tự từ formaldehyde, aldehyde và ethylbenzoate hoặc acetylacetone khi có sự hiện diện của amine bậc nhất, bậc hai và bậc ba

Năm 1896, khi thực hiện phản ứng giữa benzaldehyde và ethylacetoacetate ở 00C với xúc tác là piperidine, ông thu được ethylbenzylidene acetoacetate là sản phẩm duy nhất

Do đó phản ứng của aldehyde và ketone với các hợp chất có nhóm methylene hoạt động khi có sự hiện diện của các bazơ hữu cơ yếu và tạo ra dicarbonyl bất bão hòa được đặt tên là phản ứng Knoevenagel

Doebner khi sử dụng pyridine làm xúc tác cho phản ứng này thu được hiệu suất rất cao nên phản ứng này còn được gọi là phản ứng Knoevenagel - Doebner

Hình 1.3: Phản ứng Knoevenagel

Phản ứng này có những đặc điểm:

• Aldehyde sẽ phản ứng nhanh hơn ketone

• Hợp chất chứa nhóm methylene hoạt động cần có hai nhóm hút điện tử, điển hình là malonic ester, acetoacetic ester, malonodinitrile, acetylacetone…

• Bản chất của xúc tác đóng vai trò quan trọng trong phản ứng này Xúc tác thường dung là các bazơ hữu cơ yếu như các amine bậc nhất, bậc hai, bậc ba và các muối ammonium tương ứng của chúng, pyridine, piperidine… Cũng có thể

sử dụng một số muối vô cơ như KF, các muối phosphate… hoặc axit Lewis như TiCl4/Et3N

• Dung môi là điều kiện quyết định sự thành công của phản ứng Các dung môi phi proton thường được sử dụng cho phản ứng này

• Sản phẩm dicarbonyl có thể bị thủy phân và khử nhóm carboxyl bằng cách loại

đi phân tử CO2 để tạo ra carbonyl bất bão hòa

• Sản phẩm thu được sẽ là hỗn hợp của nhiều đồng phân hình học Sản phẩm chính sẽ được quy định bởi hiệu ứng lập thể và thông thường thì sản phẩm bền nhiệt động sẽ là sản phẩm chính

1.2.2 Cơ chế

Phản ứng Knoevenagel là một loại phản ứng Aldol hóa với xúc tác bazơ

Cơ chế chính xác của phản ứng Knoevenagel phụ thuộc vào loại tác chất và loại xúc tác bazơ sử dụng

Phản ứng này xảy ra theo cơ chế của phản ứng ái nhân SN

X, Y = -CHO, -COR, -COOR, -CN, -NO2, -SOR, -SO2OR

Hình 1.4: Cơ chế tổng quát của phản ứng Knoevenagel

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào độ bền của carbanion (được ổn định bởi hai nhóm hút điện tử bên cạnh) và mật độ điện tích dương trên nguyên tử carbon của phân tử

RCOR’ Ion carbanion càng bền và mật độ điện tích dương càng cao thì phản ứng xảy

ra càng nhanh, hiệu suất phản ứng càng cao

Bazơ sử dụng trong phản ứng này không cần phải mạnh vì không cần chuyển hóa hoàn toàn XCH2Y thành carbanion trước khi đi vào phản ứng

Bazơ được tái tạo sau phản ứng

Cần lưu ý rằng toàn bộ các quá trình xảy ra trong phản ứng là thuận nghịch nên cần

có các biện pháp thích hợp để loại nước ra khỏi hỗn hợp phản ứng