SEMINAR MÔN HỌC HÓA HỌC XANH PHẢN ỨNG THỂ RẮN
1 PHẢN ỨNG THỂ RẮN GVHD: GS. TS Lê Ngọc Thạch SEMINAR MÔN HỌC HÓA HỌC XANH ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 2 Nội dung 1. Nguồn gốc, lịch sử 2. Định nghĩa, đặc điểm 3. Phản ứng thể rắn 4. Các phương pháp kích hoạt 5. Kết luận 3 1. Nguồn gốc, lịch sử - 1963, công bố tổng hợp peptit ở thể rắn lần đầu tiên, Merrifield nhận giải thưởng Nobel (1984) - 1970-1985: Leznoff, Camps, Fréchet nghiên cứu toàn diện hơn trên nền hữu cơ, (1974) Camps công bố tổng hợp benzodiazepin. Robert Bruce Merrifield Hermkens P. H. H., Ottenheijm H. C. J. and Rees D., Solid-phase organic reactions: A review of the recent literature, Tetrahedron, 52 (13), 4527-4554 (1996). 2. Định nghĩa, đặc điểm - Phản ứng thể rắn: phản ứng hóa học trong môi trường khô, các chất tham gia phản ứng trực tiếp với nhau mà không sử dụng dung môi - Phản ứng thông thường: hòa tan tác chất vào dung môi, loại bỏ dung môi thu được sản phẩm. Minh họa phản ứng thể rắn http://www.wisegeek.com/what-is-a-solid-state-reaction.htm 5 2. Định nghĩa, đặc điểm - Bắt đầu: vị trí khuyết tật, sai lệch trên bề mặt. - Tốc độ phản ứng tỉ lệ với bề mặt tiếp xúc. - Nồng độ của tác chất rắn lớn, tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra nhanh. - Cấu trúc mới có thể phá vỡ hay hình thành cơ sở cấu trúc của nguyên liệu. - Phản ứng phụ thuộc vào: diện tích tiếp xúc giữa tác chất, tốc độ tạo mầm tinh thể sản phẩm, tốc độ khuếch tán giữa các tác chất xuyên qua lớp sản phẩm. Hermkens P. H. H., Ottenheijm H. C. J. and Rees D., Solid-phase organic reactions: A review of the recent literature, Tetrahedron, 52 (13), 4527-4554 (1996). Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Giáo trình vô cơ 1 3. Phản ứng thể rắn Cơ chế gồm 6 giai đoạn: Bao phủ - tiếp xúc của các hạt với nhau. Hoạt hóa lần một: tạo nên màng nguyên tố từ những cấu tử linh động đến bề mặt những cấu tử kém linh động hơn. Phá vỡ hoạt tính: sự giảm tính linh động của những hạt vật chất bên trong màng mới tạo thành. Hoạt hóa lần hai: bắt đầu quá trình khuyếch tán của cấu tử linh động hơn vào bên trong mạng lưới của cấu tử kém linh động hơn. Tạo thành sản phẩm tinh thể của phản ứng, mạng lưới sản phẩm phản ứng mới tạo thành có nhiều khuyết tật về cấu trúc. Điều chỉnh khuyết tật mạng lưới của sản phẩm mới tạo thành. Đỗ Quang Minh, Hóa học chất rắn, NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh (2009). 3.1 Phản ứng ngưng tụ amin và aldehid thành azometin - 4-aminotoluen và 2-hidroxi-3-metoxibenzaldehid (o-vanilin). - Hai tác chất dạng bột rắn đặt kế nhau hóa lỏng ngay lập tức (25 o C), có thể lấy ra bằng pipet pasteur. Azometin rắn bắt đầu tách biệt và tạo thành khối tinh thể trong vòng 10 phút. Gadi Rothenberg, Andrew P. Downie, Colin L. Raston, Janet L. Scott, Understanding Solid/Solid Organic Reactions, J. Am. Chem. Soc., 123, 8701-8708 (2001). 7 3.2 Phản ứng Baeyer-Villiger - Nghiền: 1.12 g m-CPBA, 0.25 g 4-tert-butilciclohexanon ở 25 o C, tạo chất lỏng như thủy tinh, đông đặc lại nhanh chóng thành sản phẩm 3-tert-butilcaprolacton (T nc =49 o C) - Phản ứng bình thường: 30 phút, ở trạng thái rắn: trong vài giây Gadi Rothenberg, Andrew P. Downie, Colin L. Raston, Janet L. Scott, Understanding Solid/Solid Organic Reactions, J. Am. Chem. Soc., 123, 8701-8708 (2001). 8 3.3 Phản ứng ngưng tụ aldol - Nghiền: 0.67 g 1-indon, 0.84 g 3,4-dimetoxibenzaldehid (22 o C), thêm NaOH rắn, tạo chất lỏng nâu nhạt, đông đặc thành chất rắn nâu, nghiền nhỏ, thêm 2 ml 0,02 M HCl, lọc, rửa với nước, sấy khô: 1,33 g 2-(3,4-dimetoxibenziliden)indan-1-on, điểm nóng chảy: 183-185 o C. Gadi Rothenberg, Andrew P. Downie, Colin L. Raston, Janet L. Scott, Understanding Solid/Solid Organic Reactions, J. Am. Chem. Soc., 123, 8701-8708 (2001). 9 hiệu suất 94%, tốc độ nhanh - Phản ứng xảy ra nhanh hơn trong điều kiện không dung môi. Sự tồn tại của một pha lỏng nóng chảy là điều kiện tiên quyết cho phản ứng trong hệ thống này. 3.3 Phản ứng ngưng tụ aldol - Giản đồ pha của hỗn hợp 2 ceton (1-indanon và 4-phenilciclohexanon), nhiệt độ điểm tan và điểm nóng chảy theo phân mol. Hai tác chất rắn tạo một hỗn hợp với T nóng chảy thấp hơn nhiệt độ phòng. - Hệ eutectic là một hỗn hợp của các hợp chất mà trong đó có một hợp phần hóa rắn ở nhiệt độ thấp hơn các hợp phần khác. Hợp phần này được gọi là thành phần eutectic và nhiệt độ kết tinh này gọi là nhiệt độ eutectic. Điểm eutectic: điểm nhiệt độ thấp nhất mà hỗn hợp chuyển đổi giữa pha lỏng và pha rắn. Bowden F. P., Yoffe A. D., Fast Reactions in Solids, Butterworth Scientific, London, 57-77 (1958). 10 [...]... nhân tố để kích hoạt phản ứng thể rắn xảy ra, nhanh hơn, hiệu suất cao hơn 11 4 Các phương pháp kích hoạt phản ứng thể rắn Phản ứng thể rắn kích hoạt siêu âm Phản ứng thể rắn kích hoạt chiếu xạ vi sóng Phản ứng thể rắn xúc tác quang hóa 4.1 Phản ứng thể rắn kích hoạt siêu âm - Siêu âm (ultrasound): âm thanh ở tần số cao, có thể truyền qua bất kì dạng vật chất nào, kể cả thể rắn - Chuyển động nguồn... chất rắn -Tốc độ phản ứng tăng lên khi sử dụng năng lượng siêu âm thay thế cho quá trình khuấy trộn cơ học trong phản ứng hữu cơ pha rắn, hiệu suất cao 13 Lê Ngọc Thạch, Tinh Dầu, NXB Đại học quốc gia, TP HCM, 105, 2003 4.1 Phản ứng thể rắn kích hoạt siêu âm - Nghiên cứu việc sử dụng năng lượng siêu âm trên phản ứng thể rắn để sản xuất các hợp chất k-opioid receptor hay còn được gọi là các thụ thể k-opioid... bị phản ứng quang hóa của hãng Aldrich Một hệ thống thực hiện phản ứng trong buồng quang hóa Sự đồng phân hóa đồng phân hình học Sự đồng phân hóa E, Z trong pha rắn được thực hiện trong điều kiện quang hóa Gerd Kaupp “Organic-State Reaction with 100% Yield” Top Curr Chem 254, 95-183 (2005) Phản ứng cộng thân hạch thể rắn của các thiol hoặc amin hiệu quả cao với các chất nền dưới sự kích hoạt phản ứng. .. nối hóa học khoảng 80-120 kcal/mol - Không ảnh hưởng đến cơ cấu hợp chất hữu cơ, kích thích phân tử về động học: làm quay phân tử và nóng lên Lê Ngọc Thạch, Giáo trình Hóa Học Xanh 4.2 Phản ứng thể rắn kích hoạt chiếu xạ vi sóng CEM Mileston Personal Chemistry 4.2 Phản ứng thể rắn kích hoạt chiếu xạ vi sóng Merrifield tổng hợp thành công peptit Camps tổng hợp 1,4-benzodiazepin sử dụng polymer thể rắn. .. 4.3 Phản ứng thể rắn với xúc tác quang hóa - Quang hóa: phản ứng diễn ra dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng khoảng 8000-200Å - Ánh sáng mặt trời: một năng lượng xanh Nguyên tắc: dòng chảy liên tục, lưu lượng nhất định, nhận ánh sáng tối đa Sơ đồ minh họa hệ thống oxy hóa bằng xúc tác quang http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-66322009000300006 Thiết bị phản ứng quang hóa. .. hoạt phản ứng bằng quang hóa Gerd Kaupp “Organic-State Reaction with 100% Yield” Top Curr Chem 254, 95-183 (2005) 5 Kết luận - Các bằng chứng thực nghiệm trên đã cho thấy một số phản ứng hữu cơ có thể xảy ra trong thời gian ngắn, điều kiện nhẹ nhàng và hiệu suất cao khi được thực hiện ở trạng thái rắn Đặc biệt khi kích hoạt bằng siêu âm, vi sóng, xúc tác quang hóa, phản ứng thể rắn lại càng xảy ra càng...- Nhiều phản ứng được gọi là phản ứng thể rắn không phải hoàn toàn ở trạng thái rắn, các kết quả thực nghiệm trên cho thấy có sự xuất hiện của một pha lỏng nóng chảy, pha lỏng này xuất hiện do sự tồn tại của hỗn hợp eutectic (được hình thành bởi hỗn hợp sản phẩm và các chất phản ứng) với điểm nóng chảy eutectic có nhiệt độ thấp Điều này giúp giải thích cho sự xuất hiện của pha lỏng và động học nhanh... siêu âm, vi sóng, xúc tác quang hóa, phản ứng thể rắn lại càng xảy ra càng nhanh và hiệu suất càng cao - Là một phạm trù quan trọng của ngành hóa học xanh, xóa bỏ định kiến hóa hữu cơ luôn sử dụng dung môi độc hại - Hy vọng phản ứng thể rắn sẽ được nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn trong tương lai 28 Xin cám ơn Thầy, các anh chị và các bạn đã lắng nghe ! ... Separation for the Solid Phase Synthesis of Compound Libraries, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 10,171-174 (2000) 4.1 Phản ứng thể rắn kích hoạt siêu âm - Ở 25 oC, tốc độ phản ứng pha rắn tăng lên rõ rêt khi sử dụng siêu âm (t 1/2 = 12.4 phút) so với trường hợp khuấy cơ học (t 1/2 = 20.1 phút) Do năng lượng siêu âm giúp giảm thời gian để kích hoạt phân tử chất tan Hình (a): biểu đồ của (1/ nồng... 4.2 Phản ứng thể rắn kích hoạt chiếu xạ vi sóng HN R R1 O R1 N Solventless O R2 OEt MW R1 O R2 OH Tổng hợp 3-aril-4-hidroxiquinolin-2-on bằng cách amid hóa dẫn xuất của ester malonic với anilin rồi vòng hóa hợp chất malondianilid trung gian với sự hỗ trợ của vi sóng Carlos A M Afonso, João Goulão Crespo (2005), Green Separation Processes: Fundamentals and Applications Wiley-VCH, pp 53-83 4.2 Phản ứng . tố để kích hoạt phản ứng thể rắn xảy ra, nhanh hơn, hiệu suất cao hơn. 11 4. Các phương pháp kích hoạt phản ứng thể rắn Phản ứng thể rắn kích hoạt siêu âm Phản ứng thể rắn kích hoạt chiếu. 1 PHẢN ỨNG THỂ RẮN GVHD: GS. TS Lê Ngọc Thạch SEMINAR MÔN HỌC HÓA HỌC XANH ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 2 Nội dung 1. Nguồn. 2. Định nghĩa, đặc điểm - Phản ứng thể rắn: phản ứng hóa học trong môi trường khô, các chất tham gia phản ứng trực tiếp với nhau mà không sử dụng dung môi - Phản ứng thông thường: hòa tan tác