BÀI báo KHOA học NGHIÊN cứu TỔNG hợp CHẤT LỎNG ION họ PYRIDINIUM ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN hóa HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION HỌ PYRIDINIUM ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN HÓA HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN 1 NGUYỄN HOÀNG ĐỨC, 2 HUỲNH THỊ KIM CHI, 2* HOÀNG THỊ KIM DUNG 1 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu 2 Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ABSTRACT As we know, synthesized ionic liquids have been a hot issue that is attractive the scientists on around the world to learn and study. Because of their advantages as high melting point, high viscosity, low vapor pressure, stable characteristics over time, they are suitable as solvent, catalyst in organic synthesis and petroleum industry. For these reasons, we conducted to study application of pyridinium ionic liquids in organic synthesis, especially in the preparation of diosmin that can treat hemorrhoids, colon cancer, diabetes, varicose circuit. The reactants were used to synthesize diosmin: hesperidin, sodium hydroxide, iodine. Using N-butyl pyridinium bromide as solvent in the convertion, diosmin was obtained 84.46% purity. The yield was 63.68%. I - ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp truyền thống chuyển hóa hesperidin thành diosmin bằng dung môi pyridin tuy được sử dụng rộng rãi nhưng với tính chất độc hại, ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe (mệt mỏi, nôn ói, giảm huyết áp, ) và khó xử lý [7]. Thay vào đó ta sử dụng chất lỏng ion họ piridinium có được những đặc tính điểm vượt trội của nó như bền với nhiệt, độ nhớt cao, không bị bay hơi, hoạt tính ít thay đổi theo thời gian [1] [2] [3]. Với những tính chất đó chất lỏng ion rất thích hợp làm dung môi tổng hợp hữu cơ và xúc tác trong dầu khí [4]. Vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion (Ils) họ pyridinium ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ đặc biệt trong điều chế thuốc diosmin từ hesperidin: là một flavonoid có nguồn gốc thực vật từ cây họ cam, chanh được trồng nhiều ở Việt Nam. Diosmin là một loại thuốc chữa bệnh trĩ, ung thư đại tràng, tiểu đường, suy tĩnh mạch đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như trên thế giới [3] [5]. Phụ thuộc vào từng loại chất lỏng ion khác nhau ta điều chế được diosmin trong điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau. II- THỰC NGHIỆM II.1 – Thiết bị thí nghiệm Dụng cụ: bình cầu thủy tinh , bình cầu cổ nhám 2 cổ , pipep, becher thủy tinh các loại. Thiết bị: máy khuấy từ có hiệu chỉnh, tủ sấy chân không, thiết bị đun hoàn lưu, máy cô quay Buchi Rotavapor R-200. Hesperidin (Trung Quốc), sodium hydroxide (Trung Quốc), iodine (Tây Ban Nha), sodium tetrafluoroborate (Đức), 1-bromobutane (Đức),…và các hóa chất khác đủ tiêu chuẩn trong tổng hợp hữu cơ. II.1.4 Phương pháp xác định sản phẩm Phổ sắc ký khối phổ với độ phân giải cao (HPLC): Phổ HPLC được ghi trên hệ thống máy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC (Agilent 1200) được đo tại Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) đo trong dung môi DMSO gồm: 1 H-NMR, 13 C-NMR được đo trên máy Bruker AM0 FT-NMR Spectrometer (ghi ở 500 MHz cho phổ 1 H và ở 125MHz cho phổ 13 C ), Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phổ HRMS được ghi trên hệ thống máy sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép với máy khối phổ với độ phân giải microOTOF−Q, Bruker đo tại trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh. II.2 – Điều chế chất lỏng ion II.2.1 – Điều chế chất lỏng ion N-butyl pyridinium bromide ([BPY]Br). N Br NH + Br Micorwave Cho 30 mL (278.10 mmol) butyl bromide với 20 mL( 245 mmol) pyridin vào bình cầu một cổ, lắc đều, sau đó cho hỗn hợp phản ứng trong lò vi sóng, trong vòng 10 phút (30 giây x 20 lần). Sau đó, hỗn hợp sau phản ứng được đem đi chiết, thu được chất lỏng ion [BPY]Br và loại sản phẩm phụ. Tiếp tục là giai đoạn làm sạch [BPY]Br, xử lý chất lỏng [BPY]Br với ethyl acetate (15 mL x 3) và diethyl ether (15 mL x 3). Sản phẩm thu được có màu vàng nhạt, hiệu suất phản ứng là 80.25%. II.2.2 – Điều chế chất lỏng ion N-butyl pyridinium tetrafluoroborate ( [BPY]BF 4 ) [6] N + Microwave N Br + NaBr NaBF 4 BF 4 Đong 5 mL (24.23 mmol) [BPY]Br vào bình cầu chứa 3.40 g (36.35 mmol) NaBF 4 đã hòa tan vào 5mL nước cất. Cho hỗn hợp phản ứng trong lò vi sóng, trong vòng 30 phút (60 giây x 30. Sau khi phản ứng kết thúc sản phẩm được đem đi cô quay loại nước , sau đó cho 6.50 mL dung môi CH 2 Cl 2 vào hỗn hợp trên, tiến hành lọc hỗn hợp để tách phần rắn và lấy dung dịch. Dung dịch sau khi lọc xử lý tiếp bằng CH 2 Cl 2 , làm lạnh hỗn hợp, lọc loại bỏ rắn ở nhiệt độ thấp. Hiệu suất phản ứng là 89%. II.3 – Chuyển hóa hesperidin thành diosmin sử dụng dung môi Ils họ pyridinium. O OH O O OH OCH 3 O OH HO O HO O OH HO HO H 3 C [BPY]X, I 2 , NaOH X=Br(t=3h), BF 4 (t=8h) O OH O O OH OCH 3 O OH HO O HO O OH HO HO H 3 C Cho 0.50 g hesperidin (0.82 mmol) vào bình cầu chứa 3mL [BPY]X khuấy cho hỗn hợp đồng nhất , sau đó cho tiếp vào hỗn hợp 0.05g NaOH (1.25 mmol) và 0.2g I 2 (1.25 mmol) được cho vào bình cầu hai cổ. Hỗn hợp được đun hoàn lưu ở 65 - 75 0 C, phản ứng được theo dõi bằng phương pháp sắc ký bản mỏng. Cho hỗn hợp sau phản ứng lần lượt xử lý qua ethanol (20 mL x 2) và methanol (20 mL x 2): đun hoàn lưu trong 2 giờ, lọc rửa và sấy khô. III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 – Kết quả III.1.1 – Nhận dạng chất lỏng ion III.1.1.1 – Nhận dạng [BPY]Br - Là một dung dịch có màu vàng đặc sánh, khối lượng phân tử 216(g/mol). N Br 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 1: Cấu tạo [BPY]Br - Phổ 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): 9.22-9.23 (d, 2H, H 2 và H 6 , J=5.5 Hz ), 8.16-8.19 (t, 2H, H 3 và H 5 , J=7 Hz), 8.64 (t, 1H, H 4 , J=7.75 Hz), 4.69 (t, 2H, H 7 ), 1.92 (m, 2H, H 8 ), 1.31 (m, 2H, H 9 ), 0.89 (t, 3H, H 10 ). - Phổ 1 C-NMR (125 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): 144.71 (C 2 , C 6 ), 128.00 (C 3 , C 5 ), 145.44 (C 4 ), 60.30 (C 7 ), 32.62 (C 8 ), 18.63 (C 9 ), 13.25 (C 10 ). Phù hợp với tài liệu tham khảo [6] - Khối phổ HRMS cho thấy peak cation của chất lỏng ion [BPY]Br = 136.1129 g/mol phù hợp với khối lượng [BPY] + = 136.112075 g/mol. III.1.1.2 - Nhận dạng [BPY]BF 4 - Chất lỏng ion [BPPY]BF 4 là chất lỏng có màu vàng cam, khối lượng phân tử 223(g/mol) N BF 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 2 : Cấu tạo [BPY]BF 4 - Phổ 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): 9.12-9.13 (d, 2H, H 2 và H 6 , J=5.5 Hz ), 8.14-8.17 (t, 2H, H 3 và H 5 , J=7 Hz), 8.62 (m, 1H, H 4 , J=2.25 Hz), 4.65 (t, 2H, H 7 ), 1.93 (m, 2H, H 8 ), 1.31 (m, 2H, H 9 ), 0.90 (t,3H, H 10 ) - Phổ 13 C-NMR (125 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): δ = 144.70 (C 2 , C 6 ), 128.09 (C 3 , C 5 ), 145.49 (C 4 ), 60.57 (C 7 ), 32.64 (C 8 ), 18.72 (C 9 ), 13,27 (C 10 ). Phù hợp với tài liệu tham khảo [6] - Khối phổ HRMS cho thấy peak cation [BPY] + = 136,1133 g/mol phù hợp với tính toán khối lượng cation [BPY] + = 136.112075 g/mol. III.1.2 – Nhận dạng diosmin 7 6 5 10 9 8 4 3 2 O 1 OH HO O 1' 6' 5' 4' 3' 2' OH OCH 3 Hình 3 : Công thức cấu tạo của diosmin. - Phổ 1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): 3.86 (s, 3H, -OCH 3 ), 6.74 (s, 1H, H 3 ), 6.19 (d, 1H, H 6 , J 6-8 = 2), 6.46 (d, 1H, H 8 , J 8-6 = 2 Hz), 7.42 (d,1H, H 2' , J 2' -6' = 5 Hz), 7.09 (d,1H, H 5' , J 5' -6' = 10 Hz), 7.54 (dd,1H, H 6' , J 6' -2' = 5, J 6' -5' = 10 Hz), 12.92, 10.83, 9.44 (-OH(5, 7, 3)). - Phổ 13 C-NMR (125 MHz, DMSO-d 6 , δ ppm): 55.24 (-COH 3 ), 162.99 (C 2 ), 102.99 (C 3 ), 181.12 (C 4 ), 160.92 (C 5 ), 98.32 (C 6 ), 163.64 (C 7 ), 93.34 (C 8 ), 156.77 (C 9 ), 1033.32 (C 10 ), 122.50 (C 1’ ), 112.45 (C 2’ ), 146.27 (C 3’ ), 150.61 (C 4’ ), 111.67 (C 5’ ), 118.14 (C 6’ ). III.2 – Bàn luận và kết luận III.2.1 - Bàn luận min 6 8 10 12 14 16 18 20 mAU 0 1 2 3 4 5 6 DAD1 G, Sig=320,16 Ref=360,100 (E:\PROGRAMFILES\HPLC 1200\DIOSMIN\DIOS000010.D) 10.943 Area: 30.7831 12.342 Area: 154.931 13.345 18.596 20.088 Hình 4: HPLC của diosmin tổng hợp bằng sung môi pyridine truyền thống. min 6 8 10 12 14 16 18 20 mAU 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 DAD1 G, Sig=320,16 Ref=360,100 (DIOSMIN\DIOS000006.D) Area: 5.36772 10.811 Area: 4.0835 12.143 Area: 51.3694 13.072 Hình 5: HPLC của diosmin tổng hợp bằng sung môi [BPY]Br min 6 8 10 12 14 16 18 20 mAU 0 1 2 3 4 5 6 7 8 DAD1 G, Sig=320,16 Ref=360,100 (E:\PROGRAMFILES\HPLC 1200\DIOSMIN\DIOS000020.D) 10.707 12.054 13.017 18.216 19.727 Hình 6: HPLC của diosmin tổng hợp bằng dung môi [BPY]BF 4 Bảng 1: So sánh các phương pháp chuyển hóa hesperidine thành diosmin Dung môi được sử dụng Thời gian lưu (phút) Độ sạch (%) Hiệu suất thô (%) Pyridine 13.35 69.57 85.00 [BPY]Br 13.07 84.46 63.68 [BPY]BF 4 13.02 84.37 60.00 Qua hai phương pháp điều chế chất lỏng ion họ pyridinium ta thấy hiệu suất tổng hợp [BPY]BF 4 (89%) cao hơn so với [MPY]Br (80.25%), song thời gian thực hiện phản ứng của [BPY]BF 4 (30 phút) lại lâu hơn [BPY]Br (10 phút). Trong quá trình chuyển hóa hesperidin thành diosmin tuy sử dụng phương pháp truyền thống bằng dung môi pyridin thì hiệu suất (85.00%) cao hơn so với dùng dung môi là chất lỏng ion, với [BPY]Br là 63.68% và [BPY]BF 4 là 60.00%, nhưng trái lại độ sạch sản phẩm diosmin khi dùng dung môi [BPY]Br (84.46%), [BPY]BF 4 (84.37%) cao hơn so với dùng dung môi pyridin truyền thống (69.57%). Còn đối với 2 phương pháp dùng Ils chuyển hóa hesperidin thành diosmin độ sạch [BPY]Br và [BPY]BF4 chênh lệch nhau không nhiều song hiệu suất của phương pháp dùng dung môi [BPY]Br lại cao hơn so với dùng dung môi [BPY]BF 4 , hơn nữa thời gian điều chế diosmin khi dùng dung môi [BPY]Br (3 giờ) nhanh hơn rất nhiều khi dùng dung môi [BPY]BF 4 (8 giờ). Vì thế có thế áp dụng cho sản xuất diosmin ở qui mô công nghiệp bằng sử dụng dung môi [BPY]Br, vừa tiết kiệm thời gian, chi phí vận hành và tăng năng suất sản phẩm. II.2.2 - Kết luận Trong tổng hợp Ils bằng lò vi sóng ta thấy độ sạch của [BPY]Br và [BPY]BF 4 gần như nhau, song vì hiệu suất [BPY]Br cao hơn và thời gian lại ngắn hơn vì thế có thể nhân rộng phương pháp này ra qui mô công nghiệp. Đối với quá trình chuyển hóa hesperidin thành diosmin khi dùng Ils họ pyridinium tuy hiệu suất thu được không cao bằng dùng pyridin truyền thống, song độ sạch và hiệu xuất chuyển hóa và độ tinh khiết cao hơn dùng pyridin đảm bảo cho chất lượng đầu ra của sản phẩm và đặc biệt hơn nữa Ils họ pyridinium không độc hại và thân thiện với môi trường, đây là tiêu chí đang hướng tới của các nhà khoa học trong nước và quốc tế - sản xuất ra một loại thuốc giá cả phù hợp, ít độc hại và thân thiện với môi trường. IV- TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Endres, F and S.Z El Abeiin, Air and water stable ionic liquid catalysis. Green Chemistry, 2011, 13(10), 2619-2637. 2. Mallakpour, S and M. Dinari, Ionic liqiuds as green solvents: progress and prospects. Green Solvents II, 2012, 1-32. 3. Zhang, Q., S. Zhang, and Y. Dend, Recent advances in ionic liquid catalysis. Green Chemistry, 2011.13(10), 2619-2637. 4. Murillo-Hernández José-Alberto, Aburto Jorge, Current Knowledge and Potential Applications of Ionic Liquids in the Petroleum Industry. Intech, 2011, 451-454. 5. Hsu YL and Kuo PL, Journal of Bone and Mineral Research. 2008, 23( 6), 949-960. 6. Audrey Aupoix, Bruce Pégot, Giang Vo-Thanh, Synthrsis of imidazolium and pyridinium-based ionic liquids and application of 1-alkyl-3-methylimidazolium salts as pre-catalysts for the benzoin condensation using solvent-free microware activation. Tetrahedron, 2010, 352-1356. 7. S. Shimizu, N. Watanabe, T. Kataoka, T. Shoji, N. Abe, S. Morishita, Ichimura Pyridine and Pyridine Derivatives. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, 22-399. *Liên hệ: Hoàng Thị Kim Dung Viện Công Nghệ Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam Số 1 Mạc Đĩnh Chi, Quận 1, Tp.HCM Tel: 08.3822.5035 Email: hoangthikimdung@gmail.com . tính chất đó chất lỏng ion rất thích hợp làm dung môi tổng hợp hữu cơ và xúc tác trong dầu khí [4]. Vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion (Ils) họ pyridinium ứng dụng trong tổng. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION HỌ PYRIDINIUM ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN HÓA HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN 1 NGUYỄN HOÀNG ĐỨC, 2 HUỲNH THỊ KIM CHI, 2* HOÀNG THỊ KIM DUNG 1 Trường Đại Học Bà. microOTOF−Q, Bruker đo tại trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh. II.2 – Điều chế chất lỏng ion II.2.1 – Điều chế chất lỏng ion N-butyl pyridinium bromide ([BPY]Br). N Br NH + Br Micorwave Cho