NGHIÊN cứu TỔNG hợp CHẤT LỎNG ION họ PIRIDINIUM và ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN hóa HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN

Sơ đồ 4 Quy trình điều chế [BPY]OTf...30Sơ đồ 5 Sơ đồ tổng hợp diosmin từ hesperidin bằng các phương pháp khác nhau...31 Sơ đồ 6 Quy trình tổng hợp diosmin bằng iodine và dung môi pyridi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 30 tháng 06 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban

hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành : Hóa dầu

1 Tên đề tài : “Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ piridinium và ứng

dụng trong chuyển hóa hesperidin thành diosmin”

2 Ngày giao đề tài: 20/02/2015

3 Ngày hoàn tất đồ án/ khóa luận tốt nghiệp: 30/06/3015

4 Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Thị Kim Dung

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày tháng năm…

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)TRƯỞNG KHOA

Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự nghiên cứu thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.Hoàng Thị Kim Dung và Th.s Huỳnh Thị Kim Chi Để hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được ghi Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Đức

LỜI CẢM ƠN

Để đạt được kết quả thành công đồ án như ngày hôm nay con xin chân thành cảm ơn Bố Mẹ, người đã sinh thành nuôi lớn và là niềm tin động lực vững chãi cho con bước vào đời.

Em xin chân thành cảm ơn:

 TS Cô Hoàng Thị Kim Dung đã tận tâm giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

 Chị Huỳnh Thị Kim Chi, Anh Nguyễn Đình Tuyết cùng các anh chị phòng Công nghệ Hữu cơ cao phân tử - Viện Hàn lâm Công nghệ Hóa học rất nhiệt tình giúp đỡ và chỉ bảo em xuyên suốt quá trình thực hiện đồ án.

 Thầy trưởng khoa PGS.TS Nguyễn Văn Thông và cô Th.S Vũ Thị Hồng Phượng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu đã dẫn đường chỉ lối và động viên em suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.

 Cùng tất cả các bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án.

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn

As we know, synthesized ionic liquids have been a hot issue that is attractivethe scientists on around the world to study Because of their advantages as highmelting point, high viscosity, low vapor pressure, stable characteristics over time,they are suitable as solvent, catalyst in organic synthesis and petroleum industry Forthese reasons, we conducted to study application of pyridinium ionic liquids inorganic synthesis, especially in the preparation of diosmin that can treathemorrhoids, colon cancer, diabetes, varicose circuit The reactants were used tosynthesize diosmin: hesperidin, sodium hydroxide, iodine Using N-butyl pyridiniumbromide as solvent in the convertion, diosmin was obtained 84.46% purity The yieldwas 63.68%.

TÓM TẮT

Phương pháp truyền thống chuyển hóa hesperidin thành diosmin bằng dungmôi pyridine tuy được sử dụng rộng rãi nhưng với tính chất độc hại, ô nhiễm môitrường và ảnh hưởng đến sức khỏe (mệt mỏi, nôn ói, giảm huyết áp, ) và khó xử lý[44] Thay vào đó ta sử dụng chất lỏng ion họ pyridinium có được những đặc tínhđiểm vượt trội của nó như bền với nhiệt, độ nhớt cao, không bị bay hơi, hoạt tính ítthay đổi theo thời gian, thân thiện với môi trường [38] [39] [40] Với những tính chất

đó chất lỏng ion rất thích hợp làm dung môi tổng hợp hữu cơ và xúc tác trong dầukhí [41] Vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion (ILs) họpyridinium ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ đặc biệt trong điều chế thuốc diosmin từhesperidin: là một flavonoid có nguồn gốc thực vật từ cây họ cam, chanh được trồngnhiều ở Việt Nam Diosmin là một loại thuốc chữa bệnh trĩ, ung thư đại tràng, tiểuđường, suy tĩnh mạch đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như trên thế giới[40] [42] Phụ thuộc vào từng loại chất lỏng ion khác nhau ta điều chế được diosmintrong điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau

MỤC LỤC trang

PHẦN I TỔNG QUAN -1

I.1.1 Tìm hiểu chung về chất lỏng ion -2

a Khái niệm -2

b Lịch sử hình thành và phát triển -2

c Ứng dụng -3

I.1.2 Cấu tạo -8

I.1.3 Tính chất của chất lỏng ion -10

a Nhiệt độ nóng chảy -10

b Độ nhớt -10

c Tính phân cực -11

d Tỷ trọng -11

e Độ dẫn điện -11

I.1.4 Điều chế -11

I.2 HESPERIDIN -13

I.2.1 Cấu tạo -13

I.2.2 Tính chất -13

I.3 DIOSMIN -15

I.3.1 Cấu tạo Diosmin -15

I.3.2 Tính chất Diosmin -15

I.3.3 Ứng dụng của Diosmin -16

a Chất ức chế ung thư đại tràng -16

b Chữa bệnh tiểu đường -16

c Chữa suy tĩnh mạch -17

d Chữa bệnh trĩ -17

e Chữa sưng phù do rối loạn hệ bạch huyết -18

I.3.4 Tác dụng phụ của Diosmin -18

I.3.5 Các nghiên cứu ở Việt Nam -22

PHẦN II THỰC NGHIỆM -24

II.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT -25

II.1.1 Dụng cụ -25

II.1.2 Thiết bị -25

II.1.3 Hóa chất -25

II.1.4 Phương pháp phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất. -25

a Sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography-TLC) -25

b Kết tinh nhiều lần -25

c Phổ sắc ký khối phổ với độ phân giải cao (HPLC) -25

d Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) -26

e Phổ khối lượng độ phân giải cao (HRMS) -26

II.2 PHẢN ỨNG ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION (ILS) HỌ PYRIDINIUM -26

II.2.1 Điều chế [BPY]Br -26

II.2.2 Điều chế [BPY]BF4 -28

II.2.3 Điều chế [BPY]OTf -29

II.3 TỔNG HỢP DIOSMIN TỪ HESPERIDIN -30

II.3.1 Tổng hợp Diosmin bằng iodine và dung môi pyridine -30

II.3.2 Tổng hợp diosmin bằng [BPY]Br -31

II.3.3 Tổng hợp diosmim bằng [BPY]BF4 -32

II.3.4 Tổng hợp diosmim bằng [BPY]OTf -33

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN -35

III.1 KẾT QUẢ -36

III.1.1 Nhận dạng chất lỏng ion -36

a Nhận dạng [BPY]Br -36

b Nhận dạng [BPY]BF4 -37

c Nhận dạng [BPY]OTf -38

III.1.2 Nhận dạng diosmin -39

a Sắc ký bản mỏng -40

b Phổ NMR -40

III.1.3 Bàn luận -44

III.2 BÀN LUẬN -46

III.2.1 Kết luận -46

III.2.2 Kiến nghị -46

DANH MỤC VIẾT TẮT

- NMR: Nuclear Magnetic Resonance

- HPLC: High Performance Liquid Chromatography

- HRMS: High Resolution Spectrometry

- ILs (Ionic liquids): Chất lỏng ion

- [PPY]Br: Chất lỏng ion n-propyl-pyridinium bromide

- [BPY]Br: Chất lỏng ion n-butyl-pyridinium bromide

- [BPY]BF4: Chất lỏng ion n-butyl-pyridinium tetrafloborat

- [BPY]OTf: Chất lỏng ion n-butyl-pyridinium tetraflouromethanesulfonate

- KOTf: Kalium tetraflouromethanesulfonate (KSF3CO3)

- [BMIM]Br: Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium bromide

- [HMIM]Br: Chất lỏng ion 1-heptyl-3-methylimidazonium bromide

- [PMIM]Br: Chất lỏng ion 1-propyl-3-methylimidazonium bromide

- [BMIM]Br: Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium bromide

- [PMIM]I: Chất lỏng ion 1-propyl-3-methylimidazonium iodine

- [BMIM]I: Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium iodine

- [HMIM]I: Chất lỏng ion 1-heptyl-3-methylimidazonium iodine

- [BMIM]BF4:Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium tetrafloborat

- [BMIM]BF6:Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluorophosphate

- [HMIM]BF4: Chất lỏng ion 1- heptyl -3-methylimidazonium tetrafloborat

- [BMIM]NTf2:Chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazonium

- ATRP: Atom Transfer Radical Polymerization

- [BPY]+: Cation butyl-pyridinium

- Et: Ethyl acetate, HAc: acid acetic

- [EMIM]OTf: 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethansulfonate

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1 Sơ đồ tổng hợp ILs 27

Sơ đồ 2 Quy trình điều chế [BPY]Br 28

Sơ đồ 4 Quy trình điều chế [BPY]OTf 30

Sơ đồ 5 Sơ đồ tổng hợp diosmin từ hesperidin bằng các phương pháp khác nhau 31

Sơ đồ 6 Quy trình tổng hợp diosmin bằng iodine và dung môi pyridine 32

Sơ đồ 7 Quy trình tổng hợp diosmin bằng iodine và dung môi [BPY]Br 33

Sơ đồ 8 Quy trình tổng hợp diosmin bằng iodine và dung môi [BPY]BF4 34

Sơ đồ 9 Quy trình tổng hợp diosmin bằng iodine và dung môi [BPY]OTf 35

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt của một số chất lỏng ion……….11

Bảng 2 So sánh các phương pháp chuyển hóa hesperidine thành diosmin…… ….45

DANH MỤC HÌNH

Hình I.1 Sử dụng kết hợp CO2 và ILs để tránh kết tụ asphaltene 4Hình I.2 Cơ chế phá vỡ sự kết tụ asphaltene 4

Hình I.4 Phản ứng oxi hóa rượu bởi xúc tác ruthenium trong ILs

1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorphosphate 6

Hình I.5 Ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau lên độ chuyển hóa phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành và methanol được xúc tác bởi Novozym 435 8

Hình I.6 Một số ứng dụng của chất lỏng ion 9

Hình I.7 Cấu trúc của một số cation thường gặp trong chất lỏng ion 10

Hình I.8 Tính đa dạng của chất lỏng ion họ imidazolium 10

Hình I.9 Các bước điều chế chất lỏng ion 13

Hình I.10 Cấu cáo của Heaperidin 14

Hình I.11 Công thức tổng quát Diosmin 15

Hình I.12 Sơ đồ biến đổi hóa học từ flavanone (hesperidin) sang flavone (diosmin)19 Hình I.13 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân NBS 20

Hình I.14 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân ILs 22

Hình III.1 Cấu tạo [BPY]Br 37

Hình III.2 Sắc ký bản mỏng [BPY]Br 37

Hình III.3 Cấu tạo [BPY]BF4 38

Hình III.4 Sắc ký bản mỏng [BPY]BF4 38

Hình III.5 [BPY]OTf 39

Hình III.6 Sắc ký bản mỏng [BPY]OTf 39

Hình III.7 Sắc ký bản mỏng của [BPY]Br, [BPY]BF4, [BPY]OTf 40

Hình III.8 Công thức cấu tạo chi tiết của diosmin 40

Hình III.9 Sản phẩm diomin thô 41

Hình III.10 Nhận dạng diosmin qua sắc ký bản mỏng 41

Hình III.11 HPLC của diosmin tổng hợp bằng dung môi pyridine 42

Hình III.12 HPLC của diosmin tổng hợp bằng dung môi [BPY]Br 43

Hình III.13 HPLC của diosmin tổng hợp bằng dung môi [BPY]BF4 43

Hình III.14 HPLC của diosmin tổng hợp bằng dung môi [BPY]OTf 44

Hình III.15 HPLC của hesperidin 45

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục 1 Phổ 1H-NMR của [BPY]Br

Phụ lục 2 Phổ dãn rộng 1H-NMR của [BPY]Br

Phụ lục 18 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi pyridin truyền thống

Phụ lục 19 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi [PPY]Br

Phụ lục 20 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi [BPY]Br

Phụ lục 21 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi [BPY]Br (tỷ lệ [BPY]Br với nước là 3:1.5)

Phụ lục 22 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi [BPY]BF4

Phụ lục 23 Phổ HPLC của diosmin điều chế từ dung môi [BPY]OTf

Phụ lục 24 Phổ 1HNMR của diosmin

Phụ lục 25 Phổ giãn 1 1HNMR của diosmin

Phụ lục 26 Phổ giãn 2 1HNMR của diosmin

Phụ lục 27 Phổ giãn 3 1HNMR của diosmin

Phụ lục 28 Phổ 13CNMR của diosmin

Phụ lục 29 Phổ giãn 1 13CNMR của diosmin

Phụ lục 30 Phổ giãn 2 13CNMR của diosmin

Mở Đầu

Trong quá trình phát triển không ngừng của xã hội, con người không ngừng tác động

từ đó tác động xấu đến sức khỏe con người, ngày càng gây ra nhiều bệnh tật Vì thếnhu cầu điều trị bệnh là tất yếu cho nên nhu cầu về dược phẩm sản xuất từ các dungmôi, xác tác không độc hại và không ô nhiễm môi trường ngày càng cao Một trongcác dung môi đó là chất lỏng ion Chất lỏng ion là hợp chất làm hoàn toàn bằng ion,không độc hại và thân thiện với môi trường [1] Trong phạm vi đề tài này, chúng tôitiến hành nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ pyridinium để ứng dụng trong phảnứng chuyển hóa hesperidin thành diosmin Diosmin là loại thuốc đã được sử dụngtrong hơn 30 năm như là một tác nhân bảo vệ thành mạch, và gần đây đã bắt đầuđược nghiên cứu cho các mục đích trị liệu khác bao gồm cả ung thư, hội chứng tiềnkinh nguyệt, viêm đại tràng và bệnh tiểu đường Tuy nhiên, giá thành các dược liệuchứa diosmin còn khá cao, và còn phải phụ thuộc nhiều từ nước ngoài Bước đầuchúng tôi sẽ tiến hành tìm hiểu quy trình, sau đó sẽ tiến hành tổng hợp diosmin từnguồn nguyên liệu ban đầu là hesperidin bằng các cách khác nhau, và đánh giá lạicác ưu nhược điểm cũng như hiệu suất của từng quy trình Từ đó làm cơ sở để có thểđưa quy trình tổng hợp diosmin ra sản xuất với quy mô công nghiệp.

Chính vì những lý do trên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ pyridinium và ứng dụng trong chuyển hóa hesperidin

thành diosmin”, với mong muốn có thể ứng dụng đề tài này vào thực tiễn để cung

cấp nguyên liệu làm thuốc phục vụ cho sản xuất đảm bảo chất lượng và chi phí thấp

PHẦN I TỔNG QUAN

Các lĩnh vực nghiên cứu chất lỏng ion bắt đầu vào năm 1914 bởi Paul Walden

về tính chất vật lý của ethylammonium nitrate [3]

Cách đây 20 năm, các chất lỏng ion – các hợp chất muối dạng lỏng nóng chảy

ở nhiệt độ thường hầu như chưa được biết đến, tuy chúng đã được phát hiện ở cuốithế kỉ 19 Nhưng mối quan tâm đối với những chất lỏng này đang tăng mạnh và ngàynay chúng ta đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng thương mạinhư một dung môi công nghiệp thân thiện với môi trường và các dạng dược phẩmhiệu quả hơn mà con người đang sử dụng hàng ngày [5]

Vào thập niên 1990, số công trình nghiên cứu về chất lỏng ion được đăng trêncác tạp chí khoa học chưa đến 20 công trình/năm Ngày nay, con số đó là khoảng

4000 công trình/năm, trong khi đó có hơn 1000 phát minh sáng chế về các chất lỏngion hoá đã được đăng ký bản quyền [5]

Mặc dù chất lỏng ion được khám phá khá sớm tuy nhiên khái niệm chất lỏngion chỉ được quan tâm trong những năm gần đây, khi mà người ta bắt đầu quan tâmhàng loạt vấn về gây ô nhiễm môi trường, nổi bật nên là sự ô nhiễm môi trường do

sự bay hơi của các dung môi, cũng như các nguyên nhân gây cháy nổ [4]

Sau 20 năm chất lỏng ion bị chìm lắng thì đến năm 1934 xuất hiện một sángchế khẳng định muối chứa nitơ (như là n-benzylpyridinium chloride,

1-ethylpyridinium chloride,…) đã tạo thành hỗn hợp với cellulose ở nhiệt độtrên 1000C, làm cellulose tan ra và thành hỗn hợp có độ nhớt khác, đã tạo thành dung

dịch mới chứa cellulose rất hoạt động, phù hợp với các phản ứng khác nhau [3].

Năm 1992, Wilkes và Zaworotko đã báo cáo đề tài “Chất lỏng ion methylimidazolium bền trong môi trường không khí và nước”[3]

1-ethyl-3-Ngày nay chất lỏng ion phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng trong nhiềulĩnh vực: xúc tác, dược phẩm, dầu khí,…

c Ứng dụng

Ứng dụng trong khai thác dầu khí [41]

Trong nhiều năm qua ILs đã thu hút sự chú ý của ngành công nghiệp dầu khí bởinhững tính chất và tính ứng dụng linh hoạt của chúng trong dầu khí ILs có thể được

sử dụng làm tăng độ linh động của sản phẩm dầu, ức chế sự tập kết của asphaltenes

và parafin (Hình 1.1, hình 1.2) Có thể thu đến 90% sản lượng dầu nặng khi sử dụngILs như [BMIM]OTf và [BMIM]BF4 , ILs sau khi sử dụng có thể được tái chế chođến 5 lần mà không mất mát nhiều Sử dụng ILs có thể giảm thiểu hoặc thay thế sửdụng nước trong quá trình khai thác dầu, đồng thời tách tốt cát, đất sét từ dầu thô,giảm thiểu vấn đề ăn mòn và dễ dàng thu hồi lại ILs Việc sử dụng kết hợp H2O2,

V2O5, và [BMIM]BF4 có khả năng khử lưu huỳnh cao

Hình I.1 Sử dụng kết hợp CO2 và ILs để tránh kết tụ asphaltene [41]

Hình I.2 Cơ chế phá vỡ sự kết tụ asphaltene [41].

Ứng dụng trong dược phẩm

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoá học và Sinh học (TCB,

Bồ Đào Nha) đã tổng hợp 5 loại kháng sinh ampicillin ở dạng chất lỏng ion Họ chodung dịch ammoniac kiềm nhẹ của ampicillin phản ứng với các dạng khác nhau củacác cation hydroxit hữu cơ Các cation này được thay thế bằng các muối ammoniac,phosphorus, pyridinium và metylimidazolium, chúng được chuyển hoá thành cáchydroxide trong cột trao đổi ion Hiệu suất thu hồi ampicilin đạt 75 – 95 %

Phản ứng ghép đôi Heck và Suzuki

Phản ứng ghép đôi Suzuki giữa bromobenzene và phenyl boronic acid (hình1.3) sử dụng hệ xúc tác Na2CO3 và [BMIM]BF6 đạt hiệu suất đến 92% sau 1 giờ ở

100 oC với 0.25 mol% Pd

Hình I.3 Phản ứng ghép đôi Suzuki giữa bromobenzene và phenyl boronic acid

Phản ứng tetrahydropyranyl và furanyl hóa hợp chất alcohol

Phản ứng giữa cinamyl alcohol với 3,4-dihydro-2H-pyran trong chất lỏng ion sửdụng 5 mol % xúc tác InCl3 ở nhiệt độ thường cho hiệu suất sản phẩm 92 %

Phản ứng dehydro hóa dẫn xuất rượu

benzylic

Vào năm 2002, tác giả J Muzart đã thực hiện phản ứng oxy hoá hợp chấtbenzylic alcohol bậc hai trong chất lỏng ion tetrabutylammonium bromide với xúctác PdCl2 [45] Phản ứng được thực hiện trong điều kiện khí trơ argon và không cần

sử dụng tác nhân oxy hoá, phản ứng ở 120oC trong thời gian 22 – 24 h, hiệu suấtđạt 95 %

Phản ứng oxi hóa rượu

Thay vì sử dụng xúc tác Ru (IV), tác giả P A Jacobs đã sử dụng xúc tác Ru(II) và Ru (III) cho phản ứng oxy hoá alcohol trong một số chất lỏng ion khác nhau(như tetramethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide) hiệu suấttrên 90% [46]

O

Hình I.1 Phản ứng oxi hóa rượu bởi xúc tác ruthenium trong IL

1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorphosphate

Phản ứng polymer hóa [47-50]

Phản ứng polymer hoá gốc tự do trao đổi phân tử (Atom transfer radicalpolymerization – ATRP) sử dụng xúc tác của kim loại chuyển tiếp là phương phápđơn giản, có kiểm soát và hiệu quả được sử dụng phổ biến để tổng hợp polymer cókhối lượng phân tử lớn và vùng phân bố khối lượng hẹp Nhìn chung, quá trìnhATRP được thực hiện trong những dung môi hữu cơ truyền thống như toluene,DMF, DMSO gây ra những khó khăn trong vấn đề thu hồi, tái sử dụng dung môi vàxúc tác

Với những tính chất nổi trội của ILs như nhiệt độ nóng chảy cao, độ nhớt cao,

áp suất hơi thấp và ổn định với thời gian, chất lỏng ion được xem như dung môi thaythế cho những dung môi truyền thống trong các phản ứng polymer hóa Năm

2000, A J Carmichael lần đầu tiên sử dụng thành công butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate ([BMIM]PF6) làm dung môi cho quá trình polymer hóa methylmetharcylate bằng phương pháp ATRP Sau đó, nhiều polymer khác đã được cácnhà khoa học nghiên cứu và tổng hợp trong chất lỏng ion họ imidazole từstyrene, acid acrylic hay acrylonitrile

Mới đây, H Chen và các cộng sự đã thực hiện quá trình polymer hóa ATRPngược ethyl acrylate với CuBr2 và ligand N,N,N’,N”,N”–pentamethyl diethylenetriamine (PMDETA) sử dụng dung môi là chất lỏng ion

Phản ứng sử dụng enzyme sinh học

Chất lỏng ion còn được sử dụng làm dung môi cho các phản ứng xúc tác sinhhọc cũng như các quá trình tách chiết trong kỹ thuật sinh học Một số enzyme nhưlipase, protease hay nấm men đã thể hiện hoạt tính tốt trong chất lỏng ion [51, 52]

S H Ha và các đồng nghiệp đã tổng hợp thành công biodiesel từ dầu đậu nành

bằng enzyme lipase Candida antarctica cố định trên nhựa acrylic trong chất lỏng

ion [53] Để tìm ra dung môi thích hợp nhất, 23 loại chất lỏng ion khác nhau đãđược sử dụng và so sánh với dung môi tert-butanol và điều kiện không có dung

môi [EMIM]TOf cho hiệu suất cao gấp 3 lần so với quá trình không sử dụng dungmôi và sau12 giờ, độ chuyển hóa sản phẩm đạt 80% (Hình 1.5).

Gần đây, ở Nhật Bản, S Arai và các cộng sự cũng thực hiện quá trình sản xuấtnày trong chất lỏng ion gốc [BF4] và sử dụng trực tiếp nhiều loại vi nấm khác nhautạo ra enzyme lipase [54] Kết quả cho thấy enzyme lipase đặc hiệu cho vị trí 1,3-

glyceride được sinh ra từ vi nấm R oryzae chủng hoang dại (w-ROL) có hoạt tính

tốt nhất cho phản ứng biodiesel hóa trong chất lỏng ion [EMIM]BF4

Hình I.4 Ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau lên độ chuyển hóa phảnứng tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành và methanol được xúc tác bởi Novozym 435

[54]

Trên đây là hai ứng dụng quan trọng nhất, ngoài ra ILs còn nhiều ứng dụngkhác được thể hiện ở hình 1.6 dưới đây:

Hình I.5 Một số ứng dụng của chất lỏng ion

I.1.2 Cấu tạo

Theo nghiên cứu thực nghiệm một cách tổng quát chất lỏng ion được cấu tạo từ mộtcation hữu cơ và một anion hữu cơ hoặc vô cơ [3,4,6]

Nhóm cation có các cấu trúc thường gặp như: ammonium, sulfonium, phosphonium,imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, thiazolium, pyrazolium hay oxazolium.Nhóm anion có cấu trức thường gặp như: Các anion thường gặp của chất lỏng ionngoài một số ít các halide, các anion có thể là BF4-, PF6-, Sb6-, ZnCl3-, CuCl2-,SnCl3-, N(CF3SO2)2-, N(C2F5SO2)2-, N(FSO2)2-, C(CF3SO2)3-, CF3CO2-,CF3SO3- và CH3SO - Ngoài ra còn có các anion đa nhân (polynuclear anion) khácnhư Al2Cl7-, Al3Cl10-, Au2Cl7-, Fe2Cl7- và Sb2F11- Trong đó, các chất lỏng ionchứa các anion đa nhân vậy thường dễ bị phân hủy dưới tác động của không khí vànước [22], [6]

Ứng dụng của ILs

diệt sinh vật, ướp xác,…

Phân tích

Chất kết dính, ứng dụng cho phổ, sắc ký cột, pha tĩnh cho HPLC,…

Dung môi và xúc tác

Tổng hợp, xúc tác, phản ứng trong vi sóng, nano,…

Kỹ thuật

Chất phân tán, lớp phủ, chất bôi trơn, chất dẻo,…

Hóa lý

Nhiệt động học,…

F 3 C

O 2 S N

I.1.3 Tính chất của chất lỏng ion

Các chất lỏng ion khi được sử dụng làm dung môi sẽ có một số tính chất đặcbiệt Nhờ vào những tính chất này, chất lỏng ion thể hiện được nhiều ưu điểm hơn

so với các dung môi hữu cơ truyền thống, và cũng nhờ đó chúng đuợc xem là nhữngdung môi xanh cho tổng hợp hữu cơ [9,10] Ta cần chú ý đến các tính chất của cácILs như:

a Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của ILs thấp hơn 1000C, hầu hết là chất lỏng ở nhiệt độphòng [3] Tính chất này phụ thuộc vào cation và anion tạo ra chúng Khi tăng kíchthước anion sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy Chẳng hạn điểm nóng chảy của 1-etyl-3-methylimidazolium với các ion khác nhau như [BF4-] và [Tf2N] là 150C và -30C[11]

b Độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng ion tương đối cao hơn dung môi thông thường, chúnghình thành bởi các lực Van de Waals, liên kết hydro và lực tĩnh điện Đối với nhiềuchất lỏng ion độ nhớt được công bố trong khoảng 10-500 mPa/s ở nhiệt độ phòng

Độ nhớt ảnh hưởng trực tiếp đến sự chảy, độ khuếch tán và đóng vai trò quan trọngtrong quá trình khuấy trộn

Bảng 1: Nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt của một số chất lỏng ion [12]

Độ nhớt (η)/ cP

Imidazolium ILs

Nhiệt

độ nóng chảy (t m ºC)

Melting point (t m ºC)

hóa học Những ILs dùng làm dung môi khác nhau có tính phân cực khác nhau,chẳng hạn tính phân cực của [BMIM]BF4, [BMIM]BF6, sẽ cao hơn ethanol hoặcacetonitrile[13,14]

d Tỷ trọng

Tỷ trọng của ILs thường nặng hơn nước và dung môi hữu cơ, dao động trongkhoảng 1-1,6 g/cm3 Khối lượng riêng tăng khi tăng chiều dài chuỗi alkyl trongcation (do tăng chiều dài sẽ làm tăng thể tích cation dẫn đến khối lượng riêng tăng).Chính vì thế khối lượng riêng phụ thuộc vào cation và anion Thứ tự khối lượngriêng giảm dần khi thay đổi các gốc anion theo thứ tự CHSO3- (xấp xỉ BF4-)

<CF3CO2-<CF3SO3-<C3F7CO2- [11]

e Độ dẫn điện

Vì cấu tạo đặc thù hoàn toàn bằng ion, vì thế chất lỏng ion có độ dẫn điện cao Chấtlỏng ion dẫn điện so với dung môi hoặc hệ thống điện phân hữu cơ, có thể lên tớixấp xỉ 10mS cm-1 Ở nhiệt độ cao, ví dụ như 200oC độ dẫn điện có thể đạt đối với hệthống là 0,1Ω-1 cm-1 Tuy nhiên tại nhiệt độ phòng thì độ dẫn điện thường thấp hơn

so với chất điện ly dung dịch nước tập trung Khi tăng nhiệt độ dẫn đến giảm độnhớt Ngoài ra độ dẫn điện của chất lỏng ion còn phụ thuộc vào kích thước củachúng, khi kích thước lớn sẽ làm giảm độ di chuyển vì thế làm giảm độ dẫn điện củaILs [15]

I.1.4 Điều chế

Chất lỏng ion tổng hợp chủ yếu qua 2 giai đoạn: giai đoạn 1 thực hiện việc tạomuối hình thành cation thích hợp Giai đoạn 2 là Trao đổi với anion để hình thànhILs mong muốn

Ví dụ để tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium ta tiến hành thực hiện qua 2giai đoạn cụ thể: Giai đoạn 1 - tạo ra chất lỏng ion chứa cation imidazolium từ cácdẫn xuất imidazode bằng phản ứng N-alkyl hóa với các dẫn xuất alkylhalide Giaiđoạn 2 – trao đổi anion halide với các ion khác để hình thành chất lỏng ion mongmuốn Trong quá trình tổng hợp ion tùy theo đặc điểm, tính chất, độ tan của chấtlỏng ion sẽ đưa ra cách cô lập và tinh chất phù hợp

N N RCl

N N

R Cl

NaBF 4 NaCl

N N

R

BF 4 KPF 6

KCl

N N

R

AlCl 3

N N

R AlCl 4

Hình I.8 Các bước điều chế chất lỏng ion

I.2 HESPERIDIN

I.2.1 Cấu tạo [9, 12,16-19]

Hesperidin là một hợp chất flavonoid chủ yếu có trong vỏ quả cây họ Cam (Citrus Rutaceae) được Lebrton tách chiết vào năm 1827 Hesperidin có công thức phân tử:

C28H34O15 Khối lượng phân tử: 610.56 Công thức cấu tạo của Hesperidin như sau:

OH HO

O

HO

O

OH HO HO

(2S)-7-[[6-O-(6-Deoxy-α-L-mannopyranosyl)-β-Trong phân tử hesperidin, glucose gắn với hesperetin còn rhamnose gắn với phân tửglucose Khi thủy phân hesperidin bằng kiềm thu được phloroglucinol và hesperetenicaxít Khi thủy phân hesperidin bằng axít thu được hesperetin, D-glucose, L-rhamnose

I.3 DIOSMIN

Diosmin được tìm thấy nhiều ở các bộ phận thuộc chi citrus (cây họ cam), cónhiều nhất ở vỏ ngoài, vỏ giữa, dịch quả [21], ngoài ra còn có một số chi củng

chứa diosmin như vetches (cây đậu tằm), hyssopus officinalis (cây hương bài).

Diosmin là một flavone có nguồn gốc thực vật từ cây họ cam, chanh và rất gần vớicác flavonoid khác như quercetin, rutin và hesperidin Chúng được điều chế bằngcác tổng hợp từ hesperidine của vỏ cây họ cam [23]

I.3.1 Cấu tạo Diosmin [23]

 Tên khoa học của diosmin là : glucopy-ranosyl]oxy]-5-hydroxy-2-(3-hydroxy-4-methoxyphenyl)-4H-1-

OH HO

O

HO

O

OH HO HO

Diosmin là dạng bột có màu vàng nhạt hoặc vàng xám, là chất dễ hút ẩm

Diosmin dễ tan trong dimethyl sulphoxide dễ hòa tan trong dung dịch có tính kiềm,tan hoàn toàn dimethyl formamide ở nhiệt độ cao, khó tan trong nước, gần như khôngtan trong alcohol [23]

Diosmin có khối lượng riêng: 1.68 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 277-278oC[22]

I.3.3 Ứng dụng của Diosmin

a Chất ức chế ung thư đại tràng

Diosmin có ảnh hưởng trực tiếp đến tế bào ung thư của con người và động vật

đã được các nhà khoa học nghiên cứu và xếp thành nhóm thuốc phòng ngừa và ứcchế quá trình tăng trưởng và sản sinh ra tế bào ung thư Ngày nay nhiều công trìnhkhám phá và nghiên cứu lâm sàng trong lĩnh vực này được tiến hành là để định mứcliều lượng diosmin đối với các dòng ung thư ở người sao cho hiệu quả nhất, bằngcách tiêm chất gây ung thư cho động vật (như chuột-có tính chất thân nhiệt tương tựnhư người) sau đó áp dụng liều lượng phù hợp cho người

Để hiểu rõ hơn về vấn đề này ta xét một nghiên cứu thử nghiệm trên một loạichuột như sau: Kết hợp hai chất flavonoid diosmin và hesperidin (90% diosmin +10% hesperidin) trong suốt thời gian chữa trị sau khi gây ưng thư cho chuột bằngchất azoxymethane (AOM) (chất gây ung thư đại tràng đã được nghiên cứu trênnhững con chuột đực thế hệ F344) Các chỉ số sinh học chỉ sự phát triển của tế bàoung thư đã giảm đáng kể, đồng thời các chỉ số 5-bromodeoxyuridine và số hạt nhân

tổ chức trong các tế bào ung thư cũng giảm theo Hiệu quả của tác dụng đó có thể là

do ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư [23,24]

Các tác dụng phòng ngừa của hai flavonoid (diosmin và hesperidin) trên butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine (OH-BBN) – chất gây ra ung thư bàng quangtiết niệu đã được tiến hành trên những con chuột đực Khi cho chúng ăn chế độ ăn cóchứa riêng rẽ hoặc kết hợp cả hai loại flavonoid nói trên (90% diosmin + 10%hesperidin) đều có hiệu quả trong việc ức chế ung thư bàng quang và ức chế sự tăngsinh của tế bào ung thư [24]

N-b Chữa N-bệnh tiểu đường

Diosmin được chứng minh là cải thiện các yếu tố liên quan với các biến chứng tiểuđường Lượng đường trong máu và áp lực oxy hóa được theo dõi ở các bệnh nhântiểu đường tuýp 1 trước và sau khi can thiệp bằng một hỗn hợp flavonoid có chứa

quá trình oxy hóa glucose, chứng tỏ lượng đường trong máu đã giảm và hoạt độngchống oxy hóa được gia tăng [17]

Diosmin có thể bình thường hóa tốc độ lọc của mao mạch và ngăn ngừa thiếu máucục bộ ở bệnh nhân tiểu đường Nghiên cứu lưu biến của bệnh nhân tiểu đường tuýp

1 cho thấy diosmin tạo điều kiện thuận lợi cho việc cải tiến các đặc tính dòng chảycủa máu do sự giảm tổng hợp hồng cầu, dẫn đến giảm ứ đọng máu và thiếu máu cục

bộ [26]

Với Daflon 500 mg với 6 viên mỗi ngày thử nghiệm trong 28 ngày ở 18 bệnh nhântiểu đường sau thời gian điều trị trên kết quả điều trị đạt được: độ nhớt trong máugiảm và giảm độ đường trong máu [25]

Trong một thí nghiệm ngẫu nhiên khác để so sánh khả năng điều trị loét tĩnh mạchbằng hỗn hợp 900 mg diosmin cộng với 100 mg hesperidin so với việc điều trị khôngdùng hỗn hợp flavonoid trên đã được tiến hành Kết quả có 47% bệnh nhân trongnhóm điều trị bằng bằng hỗn hợp diosmin và hesperidin đã được chữa khỏi hoàntoàn vết loét so với nhóm không dùng hỗn hợp là 28% ở các vết loét có đường kínhdưới 10 cm [29]

d Chữa bệnh trĩ

Một số nghiên cứu lâm sàng đã chứng minh diosmin có hiệu quả trong điều trị cáctriệu chứng cấp tính và mãn tính của bệnh trĩ Một nghiên cứu trong đó 120 bệnh

nhân được kiểm soát bằng giả dược (hỗn hợp 90% diosmin và 10% hesperidin) vớiliều 500 mg mỗi ngày trong vòng hai tháng, đã kiểm soát tốt cũng như cải thiện đượccác triệu chứng ngứa, đau đớn, chảy nước, phù, ban đỏ và xuất huyết Đối với nhữngngười đang mang thai, việc sử dụng diosmin trong điều trị bệnh trĩ không ảnh hưởngxấu đến thai kỳ, sự phát triển đến thai nhi, cân nặng cũng như sự phát triển của trẻsau này Với những người bị bệnh trĩ cấp tính đang cho con bú cũng như đang mangthai, việc điều trị được thực hiện tám tuần trước khi sinh và bốn tuần sau khi sinh.Hơn một nửa số phụ nữ tham gia nghiên cứu đã giảm các triệu chứng từ ngày thứ tư.Diosmin không gây đột biến cũng như không có bất kỳ ảnh hưởng đáng kể nào đếnchức năng sinh sản [28,30].

e Chữa sưng phù do rối loạn hệ bạch huyết

Diosmin hoạt động trên hệ thống bạch huyết bằng cách tăng lưu lượng bạch huyết.Hỗn hợp flavonoid có chứa diosmin đã được sử dụng để điều trị chứng phù chi trênthứ cấp do rối loạn hệ bạch huyết Kết quả cho thấy đã cải thiện được các triệuchứng và khối lượng chi, khối lượng của chân tay bị sưng giảm trung bình 6.8%.Ngoài ra, các thông số đánh giá chức năng bạch huyết được cải thiện đáng kể.Diosmin còn cải thiện đáng kể các vết bỏng và sưng giập phổi [31,32]

I.3.4 Tác dụng phụ của Diosmin

Một số trường hợp bị rối loạn tiêu hóa và bị rối loạn thần kinh thực vật nhẹ

1.3.5 Các nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu về kĩ thuật chuyển đổi hesperidin thànhdiosmin bằng các tác nhân phản ứng khác nhau như tác nhân NBS kết hợp benzoylperoxide, tác nhân selen dioxide, tác nhân iodine, tác nhân bromo lỏng, tác nhânpostassium iodide…

Do diosmin chỉ khác hesperidin một nối đôi tại vị trí 2-3, quá trình chuyển đổi từhesperidin thành diosmin là quá trình tách loại 2 hydro ở vị trí 2-3 bằng các tác nhânoxi hóa Tác nhân oxi hóa trong quá trình chuyển đổi từ 1 flavanone (hesperidin)sang 1 flavone (diosmin) thường là các halogen trong đó có iodine và bromidethường dùng nhất, còn chloro và fluoro có độ âm điện lớn nên khó tách loại sau khiphản ứng halogen hóa thành công Hiện nay, các phương pháp bán tổng hợp diosmin

từ heperidin có nhiều nhưng có thể đem vào sản xuất trên quy mô công nghiệpkhông nhiều do khó khăn trong việc xử lý dung môi và halogen dư sau khi kết thúcquá trình

*Chuyển đổi Hesperidin thành Diosmin (Qua trung gian hesperidinoctaacetate và tác nhân NBS) [35]

O OH

Ethanol NaOH

Hình I.12 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân NBS

Hesperidin được acetate hóa bằng tác nhân natri acetate trong dung môi anhydrideacetic Sản phẩm sau quá trình acetate hóa được đem phản ứng với NBS và benzoyl

peroxide trong dung môi chloroform Sản phẩm sau phản ứng được xử lý vớiethanol, NaOH và H2SO4, với hiệu suất phản ứng thu được là 10.96%

*Chuyển đổi Hesperidin thành Diosmin (Qua trung gian hesperidinoctaacetate và tác nhân selen dioxide) [36]

O OH HO

Hình I.13 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân Selen oxideQuá trình tổng hợp diosmin bằng tác nhân selen dioxide bao gồm hai giai đoạn,giai đoạn đầu là tạo octaacetate hesperidin bằng cách nung nóng hesperidin trongdung môi anhydride acetic và muối acetate natri để tạo octaacetate hesperidin Sau đó

là giai đoạn tách, sử dụng tác nhân SeO2 trong dung môi isoamyl alcohol, và loạinhóm acetyl bằng cách ly giải trong kiềm vô cơ với tác dụng của nhiệt Hỗn hợp sauphản ứng được lọc nóng để loại Se, sau đó hỗn hợp được xử lý với NaOH, HCl vàethyl acetate, với hiệu suất phản ứng thu được là 66.12%

*Chuyển đổi Hesperidin thành Diosmin (Bằng tác nhân iodine) [37]

O OH

O

O OH HO

HO

HO

HO OH

Hình I.14 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân Iodine

Hesperidin được đem phản ứng với iodine trong dung môi pyridine trong 9 –10 giờ.Hỗn hợp sau phản ứng được đem xử lý lần lượt với alcohol, sodium thiosulfate vàNaOH Diosmin thô được kết tinh trong hỗn hợp DMF-nước, với hiệu suất phản ứngthu được là 85%

Nhìn chung để tổng hợp diosmin từ hesperidin bao gồm 3 bước [37]

 Giai đoạn bảo vệ nhóm chức gồm các nhóm –OH (R là rhamnoglucose, R’ nhóm chức bảo vệ nhóm –OH, R” gốc đường được bảo vệ)

Trong các phương pháp bảo vệ nhóm –OH, phương pháp acetyl hóa cho hiệu quảnhanh, việc tách loại các tác nhân anhydride acetic hay acid acetic sau đó có thể thựchiện dễ dàng bằng nước

 Giai đoạn halogen hóa

Giai đoạn halogen hóa trong quy trình bán tổng hợp diosmin từ hesperidin có thểtiến hành bằng tác nhân là bromine hay là iodine

 Giai đoạn tách loại halogen và tinh chế

Để tách loại halogen tạo nối đôi tác nhân thường dùng nhất là cồn kiềm.Phương pháp này không đòi hỏi quá nhiều thời gian cũng như tiến hành khá dễ dàng.Ngoài ra, cồn có thể loại nhóm acetyl đã bảo vệ để trả lại nhóm –OH như ban đầu Nhóm acetyl kết hợp với kiềm tạo muối tan sẽ loại được dễ dàng khi dùng dung môiphân cực như cồn và nước để rửa Halogen dư sau quá trình tổng hợp sẽ được xử lývới dung dịch natri thiosunfat sau đó chiết lấy diosmin thô và tiến hành tinh chế

80-85oC

Tách loai Halogen X O

O

OR'

OR'

OCH3R''

Hình I.15 Sơ đồ chuỗi phản ứng trong bán tổng hợp diosmin từ hesperidin

Trong đó R là rhamnoglucose, R’ là nhóm chức bảo vệ nhóm –OH, R” là gốc đườngđược bảo vệ, X là Br, I

I.3.5 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Năm 2011, Nguyễn Thị Mỹ Duyên [33] đã nghiên cứu quy trình bán tổng hợpdiosmin từ hesperidin dựa theo nghiên cứu của Lorette và sử dụng tác nhân phản ứngoxone sodium bromide Quy trình bán tổng hợp của Lorette được tiếp tục khảo sátđiều kiện tối ưu, hiệu suất toàn phần là 45.8% Năm 2012, Huỳnh Thị Kim Chi [54]

đã nghiên cứu bán tổng hợp và xác định hoạt tính kháng oxy hóa của diosmin và dẫnxuất với dung môi pyridine hiệu xuất đạt 76% Vừa qua năm 2014, Võ Hoài Nam[34] đã nghiên cứu quy trình bán tổng hợp diosmin từ hesperidin bằng nhiều cách

Chuyển đổi Hesperidin thành Diosmin bằng chất lỏng ion.

O OH HO

HO

HO

H3C

HO OH

Hình I.14 Sơ đồ chuỗi phản ứng tổng hợp diosmin bằng tác nhân ILs

Cho đến nay các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm một con đường tổng hợp

diosmin hiệu quả hơn Với các đặc tính nổi trội của chất lỏng ion, đề tài được đặt ra với mong muốn tìm được một phương pháp phù hợp cho việc tổng hợp diosmin Đây

là một hướng nghiên cứu mới ở Việt Nam và thế giới

PHẦN II THỰC NGHIỆM

II.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT