Nghiên cứu tổng hợp 2,3 decanedione

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Du nhập vào Việt Nam từ năm 1857, không ai phủ nhận được sự đóng góp to lớn của cây cà phê trong đời sống kinh tế, xã hội và văn hoá của nước ta trong những năm qua. Cà phê là mặt hàng xuất khẩu lớn thứ hai trong nông nghiệp, chỉ đứng sau xuất khẩu gạo. Trên cả nước, hiện có hàng trăm ngàn hộ gia đình với hàng triệu nhân khẩu có cuộc sống phụ thuộc trực tiếp hoặc gián tiếp vào cây cà phê, nó đã tạo ra công ăn việc làm và thu nhập cho hàng triệu người. Tuy nhiên, hiện nay ngành cà phê trong nước đang đối mặt với tình hình dịch hại nghiêm trọng và phức tạp do sâu hại cà phê ngày càng phát triển mạnh về mật độ và diện tích, trở thành nỗi lo ngại lớn cho người nông dân. Tình hình dịch hại phá hoại ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cà phê, giảm năng suất thương phẩm xuất khẩu. Việc tăng cường sử dụng chế phẩm có hoạt tính sinh học thân thiện với môi trường để thay thế thuốc trừ sâu độc hại là xu hướng của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Cùng với các chế phẩm sinh học có nguồn gốc từ nấm, thảo mộc, vi sinh,… đã được nghiên cứu và ứng dụng thì việc sử dụng pheromone – nhóm chế phẩm sinh học có tác dụng dẫn dụ, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống bảo vệ thực vật, với đặc điểm chuyên biệt cao với từng loại sâu hại nên rất an toàn với nông sản, sinh vật có ích, đồng thời mang lại lợi ích cho con người mà vẫn đảm bảo sự cân bằng sinh thái ở mức cao nhất có thể. Pheromone được dùng như một công cụ để dự báo, kiểm soát dịch hại cây trồng và nông sản lưu trữ trong kho. Pheromone của sâu đục thân cà phê mình trắng Xylotrechus quadripes có nhiều loại, nhưng chúng tôi chọn tổng hợp 2,3decanedione, việc đem vào ứng dụng thực tiễn sẽ có lợi về mặt kinh tế. Chính vì những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp 2,3 decanedione”. Trong đề tài này, chúng tôi trình bày phương pháp tổng hợp 2,3 decanedione mới. Kết quả thu được sẽ được ứng dụng để đặt bẫy sâu đục thân trên cây cà phê. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp pheromone giới tính sâu hại cà phê 2,3decanedione dùng làm mồi nhử để bẫy sâu hại cây cà phê, giúp tăng năng suất cà phê, góp phần bảo vệ môi trường sinh thái, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, tạo nên một nền nông nghiệp xanh. 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu chế tạo một số chế phẩm, mồi nhử và bẫy bướm của sâu đục thân cà phê, qua đó sử dụng pheromone làm công cụ hỗ trợ dự báo tình hình, kiểm soát sâu hại cây trồng. Kết hợp các phương pháp dự báo với phòng trừ sinh học của pheromone với các phương pháp hiệu quả khác (IPM) đối với cây trồng, mà không dùng thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 Chương 1 MỞ ĐẦU  1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Du nhập vào Việt Nam từ năm 1857, không ai phủ nhận được sự đóng góp to lớn của cây cà phê trong đời sống kinh tế, xã hội và văn hoá của nước ta trong những năm qua. Cà phê là mặt hàng xuất khẩu lớn thứ hai trong nông nghiệp, chỉ đứng sau xuất khẩu gạo. Trên cả nước, hiện có hàng trăm ngàn hộ gia đình với hàng triệu nhân khẩu có cuộc sống phụ thuộc trực tiếp hoặc gián tiếp vào cây cà phê, nó đã tạo ra công ăn việc làm và thu nhập cho hàng triệu người. Tuy nhiên, hiện nay ngành cà phê trong nước đang đối mặt với tình hình dịch hại nghiêm trọng và phức tạp do sâu hại cà phê ngày càng phát triển mạnh về mật độ và diện tích, trở thành nỗi lo ngại lớn cho người nông dân. Tình hình dịch hại phá hoại ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cà phê, giảm năng suất thương phẩm xuất khẩu. Việc tăng cường sử dụng chế phẩm có hoạt tính sinh học thân thiện với môi trường để thay thế thuốc trừ sâu độc hại là xu hướng của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Cùng với các chế phẩm sinh học có nguồn gốc từ nấm, thảo mộc, vi sinh,… đã được nghiên cứu và ứng dụng thì việc sử dụng pheromone – nhóm chế phẩm sinh học có tác dụng dẫn dụ, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống bảo vệ thực vật, với đặc điểm chuyên biệt cao với từng loại sâu hại nên rất an toàn với nông sản, sinh vật có ích, đồng thời mang lại lợi ích cho con người mà vẫn đảm bảo sự cân bằng sinh thái ở mức cao nhất có thể. Pheromone được dùng như một công cụ để dự báo, kiểm soát dịch hại cây trồng và nông sản lưu trữ trong kho. 1 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 Pheromone của sâu đục thân cà phê mình trắng Xylotrechus quadripes có nhiều loại, nhưng chúng tôi chọn tổng hợp 2,3-decanedione, việc đem vào ứng dụng thực tiễn sẽ có lợi về mặt kinh tế. Chính vì những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp 2,3-decanedione”. Trong đề tài này, chúng tôi trình bày phương pháp tổng hợp 2,3-decanedione mới. Kết quả thu được sẽ được ứng dụng để đặt bẫy sâu đục thân trên cây cà phê. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp pheromone giới tính sâu hại cà phê 2,3-decanedione dùng làm mồi nhử để bẫy sâu hại cây cà phê, giúp tăng năng suất cà phê, góp phần bảo vệ môi trường sinh thái, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, tạo nên một nền nông nghiệp xanh. 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu chế tạo một số chế phẩm, mồi nhử và bẫy bướm của sâu đục thân cà phê, qua đó sử dụng pheromone làm công cụ hỗ trợ dự báo tình hình, kiểm soát sâu hại cây trồng. - Kết hợp các phương pháp dự báo với phòng trừ sinh học của pheromone với các phương pháp hiệu quả khác (IPM) đối với cây trồng, mà không dùng thuốc trừ sâu gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. 1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Giúp cho người dân có hiểu biết và ý thức trong việc bảo vệ sức khỏe cho bản thân và cộng đồng. - Đối với lĩnh vực khoa học có liên quan: pheromone là một công cụ quan trọng giúp cho việc áp dụng IPM hiệu quả. 2 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 1.5 GIỚI THIỆU VỀ SÂU ĐỤC THÂN MÌNH TRẮNG XYLOTRECHUS QUADRIPES CHEVROLAT 1,2,4,19,22,27 Sâu đục thân mình trắng Xylotrechus quadripes Chevrolat, là dịch hại nghiêm trọng nhất của cà phê Arabica (cà phê chè) tại Ấn Độ, Sri Lanka, Trung Quốc, Thái Lan, Nam Phi và Việt Nam. Có vị trí phân loại thuộc họ xén tóc (Cerambycidae), bộ cánh cứng (Coleoptera). Trưởng thành sâu đục thân Xylotrechus quadripes hoạt động trong biên độ nhiệt độ từ 25-36°C. Phát sinh 2 đợt chính, đợt 1 vào tháng 4-5, đợt 2 vào tháng 9-10, đỉnh cao sâu non vào tháng 6-7. Từ năm thứ 3 trở đi, cà phê bắt đầu bị hại từ 3-5% số cây, sang năm thứ 4 thiệt hại trên 10% số cây (tùy vùng sinh thái) thường bị sâu đục thân gây hại nặng, và cứ như vậy tăng lên ở các năm sau, vườn cà phê đến thời kỳ thu hoạch chính bị sâu đục thân hại trên 60% số cây, có nơi thiệt hại lên đến 100% số cây. Thời gian sống từ 14-20 ngày, tối đa 30 ngày. Số trứng đẻ của từ 50-100 trứng. Hình 1 Sâu đục thân mình trắng trưởng thành Trứng được đẻ rải rác hay tập trung trong các kẻ nứt của vỏ cây. Thời gian đẻ trứng kéo dài từ 1-15 ngày. 3 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 Ấu trùng sau khi nở 1-2 ngày bắt đầu đục vào vỏ cây và đục quanh phần vỏ ở giai đoạn tuổi 1 (khoảng 95%). Khi đục đến phần giáp vỏ và gỗ thì đa số là ấu trùng tuổi 2 (khoảng 70%). Khi có chiều dài thân trên 6 mm, khoảng tuổi 3, ấu trùng bắt đầu đục vào phần gỗ của cây, đục vòng quanh thân làm đứt các mạch gỗ. Đường đục bên trong thân cây cà phê nhỏ thường là thẳng nhưng trên thân cây to đường đục thường ngoằn ngoèo, có nhiều nhánh ngang, đường đục có thể đi lên hay xuống. Đến tuổi 5 hoặc 6, lớn đủ sức, ấu trùng đục một đường lên phía trên thân cây cà phê và lệch ra phía ngoài, sát vỏ. Khi sát với vỏ cây, ấu trùng đục một khoang rộng như một cái túi và quay đầu ra ngoài nằm yên để hóa nhộng. Tỉ lệ ấu trùng đục ra sát phần vỏ chiếm khoảng 96%. Hình 2 Sâu non Triệu chứng để nhận diện cây cà phê bị loài này gây hại: 1. Lá non bị biến dạng, màu hơi vàng, mép lá hơi xoắn, lá héo như bị thiếu nước, trong khi các lá dưới còn xanh tốt. Cây mọc thêm nhiều chồi thân. 2. Trên thân có những vết, lằn vòng quanh, hơi nứt nẻ. Tách vỏ ra sẽ thấy các đường đục. Cây có thể bị gẫy dễ dàng. 3. Cây có sâu vũ hóa bay đi có những lỗ hổng đường kính 3 mm. Chương 2 4 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 TỔNG QUAN  2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Chưa có đề tài nào nghiên cứu tổng hợp pheromone sâu hại cà phê được công bố. 2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Tổng hợp 2,3-decanedione của Marc Rhainds, Chin Chiew Lan, Skip King, Regine Gries, Li Zhen Mo và Gerhard Gries năm 2001. 15 2-Octene C 7 H 15 O O Tổng hợp 2,3-decanedione của Hall và Cork năm 2006: Oxi hóa (S)-2-hydroxy-3-decanone bằng pyridinium chlorochromate và sodium acetate trong dichloromethane. 8 5 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 Chương 3 NỘI DUNG  3.1 SƠ ĐỒ TỔNG HỢP 2,3-DECANEDIONE OH OH O O CH 3 CH 2 PPh 3 Br, KMnO 4 loãng CrO 3 , H + CHO t-BuOK,THF Sơ đồ Tổng hợp 2,3-decanedione 6 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 3.1.1 Chuẩn bị Ethyltriphenylphosphonium bromide Ethyltriphenylphosphonium bromide được chuẩn bị bằng phản ứng giữa triphenylphosphine với bromoethane, giữ phản ứng ở 100°C trong 1 giờ. 3.1.2 Tổng hợp 2-decene Chuẩn bị ylide: Cho t-BuOK vào bình cầu 3 cổ 250 mL, lắp hệ thống sinh hàn, ống chống ẩm CaCl 2 , phễu nhỏ giọt. Hỗn hợp được nhỏ giọt 50 mL THF và siêu âm (biên độ 50%, công suất 40 W) trong 20 phút. Sau đó cho thêm muối ethyltriphenylphosphonium bromide rồi khuấy hỗn hợp trong 60 phút ở nhiệt độ thấp (khoảng 0°C). Phản ứng Wittig: Nhỏ giọt octanal trong THF khan vào hỗn hợp ylide rồi siêu âm ở biên độ 80% (công suất 40 W) trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng 25-30°C (phải thường xuyên thay nước mát). Kết thúc phản ứng, rót hỗn hợp vào nước đá, sau đó chiết ether. Rửa sản phẩm bằng nước cất, nước muối bão hòa và ngâm trong MgSO 4 khan rồi cô đuổi dung môi. Sản phẩm thô được lọc qua silica gel. 3.1.3 Tổng hợp 2,3-decanedione Oxi hóa 2-decene bằng KMnO 4 (0,67 mol, H 2 O), rửa lọc sản phẩm qua silica gel. Sản phẩm 2,3-dihydroxydecane tác dụng với chromium trioxide pyridine hòa tan trong dichloromethane. Sản phẩm thô được tinh chế bằng sắc ký cột silica gel. 3.2 HÓA CHẤT – THIẾT BỊ 3.2.1 Thiết bị Các thiết bị sử dụng trong quá trình tổng hợp gồm có: + Bồn siêu âm Đài Loan. + Cân điện tử. + Cột sắc kí sử dụng silica gel 60 (20-400 mesh, E. Merck, Darmstadt, Đức). 7 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 + Máy cô quay Heidolph 4000, máy khuấy từ hiệu Are-velr ® Scientifical. + Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Agilent 1100 series, nơi thực hiện Viện Công nghệ Hóa học. + Phổ 1 H NMR và 13 C NMR được đo trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Avance 500 NMR Spectrometer (Viện Hóa Học – Hà Nội) ở 125 MHz và 500 MHz. + Phổ IR được đo trên máy IR Bruker Equinox 55. + Sắc kí lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm, lớp hấp phụ bằng silica gel, chạy trên hệ dung môi petroleum ether: diethyl ether, hiện hình bằng hơi iodine, dung dịch sulfuric acid 10% (trong ethanol). + Thanh siêu âm HP50H – Đức. 3.2.2 Hóa chất + Acetic acid + Acetone + Bản mỏng tráng sẵn silica gel dạng 60 F 254 + Ethanol + Ether + n-Hexane + Hydrobromic acid + Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO 4 .7H 2 O) + Octanal + Petroleum ether (30-60ºC) + Potassium dichromate 8 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 + Potassium hydroxide (KOH) có độ tinh khiết ≥ 82% + Postassium permanganate + Potassium sulfate (K 2 SO 4 ) có độ tinh khiết ≥ 99% + Silica gel dạng 60 F 254 + Sodium bicarbonate + Sodium chloride (NaCl) có độ tinh khiết là 99,5% + Sunfuric acid (H 2 SO 4 ) có nồng độ 95-99% + Tetrahydrofuran + Triphenylphosphine 9 Trương Ngọc Thuận Đề cương luận văn thạc sĩ 2011 Chương 4 KẾT LUẬN  Nghiên cứu tổng hợp thành công 2,3-decanedione là tiền đề kết hợp với các chế phẩm sinh học khác giúp phòng trừ sâu đục thân mình trắng hại cà phê, nhằm đảm bảo sức khỏe của người sử dụng và giảm thiểu tác hại đối với môi trường xung quanh. 10 Trương Ngọc Thuận [...]... cáo nghiên cứu ngành cà phê, Ngân hàng thế giới [2] Huỳnh Văn Tư (2011), Nghiên cứu tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ [3] Phạm Thị Vượng, Trương Văn Hàm (2007), Kết quả nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp phòng trừ một số loài sâu hại quan trọng trên cà phê ở phía Bắc, Viện Bảo vệ thực vật [4] Trần Huy Thọ, Trương Văn Hàm, Kết quả nghiên cứu sâu... cà phê tại Sơn La 1996-2000, Bộ côn trùng – Viện bảo vệ thực vật Bộ nông nghiệp và PTNN [5] Trần Văn Bé (2010), Nghiên cứu tổng hợp pheromone giới tính của sâu hại rễ ngô Diabrotica Longicornis Say, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ [6] Trịnh Bửu Tài (2011), Nghiên cứu tổng hợp (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ Tài liệu tiếng Anh [7] A Cork . 2011 TỔNG QUAN  2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Chưa có đề tài nào nghiên cứu tổng hợp pheromone sâu hại cà phê được công bố. 2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Tổng hợp 2,3- decanedione. phương pháp tổng hợp 2,3- decanedione mới. Kết quả thu được sẽ được ứng dụng để đặt bẫy sâu đục thân trên cây cà phê. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp pheromone giới tính sâu hại cà phê 2,3- decanedione. chúng tôi chọn tổng hợp 2,3- decanedione, việc đem vào ứng dụng thực tiễn sẽ có lợi về mặt kinh tế. Chính vì những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài Nghiên cứu tổng hợp 2,3- decanedione . Trong