Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM III-O-2.2 TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION KHUNG IMIDAZOLIUM LÀM DUNG MÔI XANH ĐỂ ĐIỀU CHẾ 1-INDANON VÀ 1-TETRALON Trần Hoàng Phƣơng, Huỳnh Hiểu Vy, Lê Ngọc Thạch Trường ĐH KHTN, ĐHQG-HCM TÓM TẮT Tổng hợp chất lỏng ion trifluorometansulfonat 1-butil-3-metilimidazolium sử dụng dung môi xanh cho phản ứng acil hóa đóng vòng Friedel-Crafts acid 3-phenilpropionic acid 4phenilbutiric sử dụng triflat kim loại làm xúc tác Hệ xúc tác triflat kim loại chất lỏng ion thu hồi tái sử dụng nhiều lần với hoạt tính xúc tác giảm không đáng kể Sản phẩm phụ sinh nước, an toàn với môi trường Từ khóa: Triflat kim loại, chất lỏng ion, acil háo Friedel-Crafts MỞ ĐẦU Phản ứng acil hóa đóng vòng nội phân tử phản ứng qua trọng để tổng hợp trung gian dùng dược phẩm Phản ứng acil hóa Friedel-Crafts truyền thống sử dụng acid Lewis AlCl3, FeCl3, BF3, TiCl4, SnCl2, làm chất xúc tác gây khó khăn cho trình cô lập sản phẩm tạo nhiều chất thải độc hại [1] Mặt khác xúc tác không thu hồi tái sử dụng sau phản ứng kết thúc Nhiều hệ acid Lewis phát triển như: zeolit, đất sét, oxid, K-10 montmorillonit, Al-MCM-41, Các xúc tác tốt cho phản ứng tạo chất thải độc hại acid Lewis truyền thống [2] Tuy nhiên, loại xúc tác kể đạt hiệu tốt chất tăng hoạt anisol, tioanisol, mesitilen, xilen, toluen,[3]… Còn chất giảm hoạt không đạt kết tốt Do đó, nhu cầu tìm xúc tác có hoạt tính xúc tác tốt tất chất kể chất giảm hoạt cần thiết Gần đây, triflat kim loại phát xúc tác ưu việt cho phản ứng acil hóa Friedel-Crafts Xúc tác triflat kim loại dùng với khối lượng (thông thường khoảng 5% mol so với khối lượng tác chất sử dụng), dễ dàng thu hồi tái sử dụng sau phản ứng với hoạt tính không giảm so với ban đầu[4-6] Trong báo này, tiến hành kết hợp triflat kim loại chất lỏng ion làm xúc tác dung môi xanh cho phản ứng đóng vòng acid 3-phenilpropionic acid 4-phenilbutiric để tạo sản phẩm 1-indanon 1-tetralon làm trung gian điều chế dược phẩm Đây phương pháp tổng hợp chưa nghiên cứu giới Vật liệu phương pháp nghiên cứu Hóa chất thiết bị Hóa chất sử dụng mua chủ yếu từ Sigma-Aldrich bao gồm xúc tác, chất tác chất sử dụng không cần qua tinh chế Sắc ký lớp mỏng (Merck), silicagel (Ấn Độ), bicarbonat natrium, sulfat natrium (Trung Quốc) Dung môi (Chemsol, Trung Quốc Labscan) kiểm tra độ tinh khiết sắc ký khí trước sử dụng Lò vi sóng chuyên dụng CEM Discover với đầu dò hồng ngoại kiểm soát điều chỉnh nhiệt độ, chịu áp suất lên đến 300 psi Máy khuấy từ điều nhiệt IKA-RET Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 13C NMR ghi dung môi CDCl3 với nội chuẩn TMS tần số tương ứng 500 MHz 125 MHz, máy phổ Bruker Advance 500 MHz tần số 300 MHz 75 MHz máy phổ Varian Mercury 300 MHz Điều chế chất lỏng ion metilimidazolium - Giai đoạn 1: Cho hỗn hợp gồm 1-metilimidazolium (2 mmol, 0.164 g), mmol 1-bromoalkan (1bromobutan: 0.274 g, 1-bromohexan: 0.330 g, 1-bromooctan: 0.386 g 2-bromobutan) vào ống nghiệm dùng cho lò vi sóng chuyên dụng CEM (đường kính mm, dài 10 cm) bình cầu cổ nhám ml phương pháp đun khuấy từ Tiến hành gia nhiệt phản ứng khoảng thời gian định Sản phẩm thô không cần tinh chế mà sử dụng trực tiếp cho giai đoạn - Giai đoạn 2: Tiến hành phản ứng hoán vị với anion như: BF4-, TfO- hay H2PO4- NaBF4 (2 mmol, 0.218 g), triflat litium (2 mmol, 0.312 g) hay KH 2PO4 (2 mmol, 0.272 g) khoảng thời gian định phương pháp khuấy từ vi sóng - Cô lập sản phẩm: Sau phản ứng kết thúc để nguội đến nhiệt độ phòng, hòa tan hỗn hợp với mL acetonitril Cho phần dung dịch qua cột Celite để loại bỏ muối bromur kim loại sinh sau phản ứng Dung dịch qua lọc cô quay để thu hồi dung môi Sau đó, rửa hỗn hợp với dietil eter (10 x mL) để loại bỏ chất sau phản ứng Phần dung dịch rửa kiểm tra sắc kí khí đến không chất Cô quay ISBN: 978-604-82-1375-6 18 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM hỗn hợp 80 oC, 30 phút để loại bỏ dung môi nước Sản phẩm tinh khiết cân để tính hiệu suất Hiệu suất tính hiệu suất cô lập Sản phẩm thu chất lỏng không màu vàng nhạt, thử nghiệm với nitrat bạc để xác định sản phẩm không lẫn brom KẾT QUẢ THẢO LUẬN Khảo sát điều kiện phản ứng điều chế trifluorometansulfonat 1-alkil-3-metilimidazolium [RMI]OTf Sơ đồ Quy trình tổng hợp [RMI]OTf Chúng sử dụng hai phương pháp kích hoạt chiếu xạ vi sóng phương pháp đun khuấy từ cổ điển điều kiện phản ứng cho hai giai đoạn điều chế chất lỏng ion [BMI]OTf, [HMI]OTf, [OMI]OTf Quy trình tổng hợp chất lỏng ion thực theo Sơ đồ Chọn tỉ lệ mol N-metilimidazol:RX:LiOTf 1:1:1 Phản ứng tổng hợp tiến hành qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Cho N-metilimidazol phản ứng với RX nhiệt độ 80 oC khoảng thời gian 20 phút theo điều kiện phản ứng khảo sát điều chế [BMI]BF4 Giai đoạn 2: Hoán vị anion Br- cách cho phản ứng với LiOTf , kết trình bày Bảng Bảng Điều chế chất lỏng ion trifluorometansulfonat alkilmetilimidazolium điều kiện chiếu xạ vi sóng không dung môi Điều kiện phản ứng Hiệu suấta (%) Stt IL [BMI]OTf 80 C, 20 phút 80 C, 10 phút 63 [BMI]OTf 80 C, 20 phút 80 C, 20 phút 75 [BMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 20 phút 96 [BMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 30 phút 79 [BMI]OTf 80 C, 20 phút 120 C, 20 phút 96 [BMI]OTf 80 C, 20 phút 120 C, 30 phút 90 [HMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 20 phút 95 [OMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 20 phút 78 [OMI]OTf 80 C, 20 phút 120 C, 20 phút 87 Giai đoạn Giai đoạn a Hiệu suất cô lập Tiến hành khảo sát giai đoạn hoán vị anion Br- anion TfO-, nhận thấy điều kiện chiếu xạ vi sóng thích hợp phản ứng 100 oC, 20 phút Mọi cố gắng để gia tăng hiệu suất không cho kết tốt Áp dụng điều kiện sang tổng hợp [HMI]OTf [OMI]OTf, nhận thấy [HMI]OTf tổng hợp hiệu quả, đạt hiệu suất cao với phương pháp kích hoạt chiếu xạ vi sóng Còn [OMI]OTf tổng hợp với hiệu suất thấp 87%, dây carbon chất bromur octil dài, gây chướng ngại lập thể tác nhân N-metilimidazolium tác kích vào phía đối diện nhóm xuất Br- Nhìn chung, phản ứng điều chế chất lỏng ion [RMI]OTf xảy dễ dàng, nhanh chóng đạt hiệu suất cao thực phương pháp chiếu xạ vi sóng Áp dụng điều kiện 100 oC, 20 phút phương pháp chiếu xạ vi sóng sang đun khuấy từ nhằm tiến hành so sánh phương pháp thu kết Bảng ISBN: 978-604-82-1375-6 19 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Bảng Điều chế chất lỏng ion trifluorometansulfonat alkilmetilimidazolium điều kiện đun khuấy từ không dung môi Điều kiện phản ứng Stt Hiệu suất (%) IL Giai đoạn Giai đoạn [BMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 20 phút 74 [HMI]OTf 80 C, 20 phút 100 C, 20 phút 76 [OMI]OTf 80 C, 20 phút 120 C, 20 phút 64 a Hiệu suất cô lập Phản ứng điều kiện đun khuấy từ cho hiệu suất thấp chiếu xạ vi sóng thời gian nhiều Từ kết cho thấy vi sóng phương pháp kích hoạt hiệu nhanh chóng điều chế chất lỏng ion Tổng hợp tetralon sử dụng triflat terbium ABT-200 thuốc trị bệnh trầm cảm điều chế qua trung gian 1-tetralon 1-Tetralon thông thường điều chế từ phản ứng acil hóa đóng vòng Friedel-Crafts từ clorur acid tương ứng diện AlCl3 dung môi hữu Tuy nhiên, sử dụng xúc tác AlCl3 clorur acid tạo nhiều chất thải sau phản ứng Sơ đồ Điều chế ABT-200 từ 1-tetralon Chúng tiến hành phản ứng acil hóa đóng vòng Friedel-Crafts từ acid carboxilic tương ứng sản phẩm phụ sinh nước thân thiện với môi trường Khảo sát nhiệt độ 220 oC thời gian 30 phút làm điều kiện để tìm xúc tác tốt cho phản ứng đóng vòng acid 4-phenilbutanoic Khảo sát 14 loại xúc tác khác nhau, khối lượng xúc tác sử dụng 10% mol so với chất [BMI]OTf 0.1 g Chúng nhận thấy xúc tác Tb(OTf)3 cho hiệu suất phản ứng cao 89% Ngoài ra, Yb(OTf)3, Tm(OTf)3 Gd(OTf)3 cho kết tốt với hiệu suất đạt 80% Sản phẩm phản ứng thực o hiê ̣n với xúc tác Bi(OTf)3 bị cháy nhiệt độ 220 oC và 200 oC, nhiên phản ứng xảy bin ̀ h thường 180 C ISBN: 978-604-82-1375-6 20