Nghiên cứu sử dụng chất lỏng ion họ IMIDAZOLIUM làm dung môi xanh cho phản ứng heck trong điều kiện vi sóng

Trang i TÁC GIẢ: Nguyễn Thị Hoài Ân MUC• •LUC MUC LUC i DANH MUC BẢNG BIỂU ỉỉỉ DANH MUC Sơ ĐỒ iv DANH MUC ĐỒ THĩ vi PHẦN I TÒNG QUAN 11 LÝ THUYẾT VẺ PHẢN ỨNG HECK 1.1.1 Giới thiệu vè phản ứng Heck 1.1.2 Những nghiên cứu xúc tác đồng thể phản ứng Heck [2]: 1.1.3 Những nghiên cứu vè xúc tác di thể dùng phản ứng Heck[2]: 12 LỸ THUYẾT VẺ CHẤT LỎNG ION 1.2.1 Giói thiệu chất lỏng ion .3 12.2 Vai trò chất lỏng ion .3 I VI SÓNG TRONG TỔNG HỢP HỮU 13 PHẢN II .GIẢI OUYÉT VẮN ĐẺ 14 n.1 NGHIỀN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẲT LÓNG ION sử DUNG CHO PHẢN ỦNG HECK: 15 III Mục tiêu đè tài: 15 IU Nội dung nghiên cứu: 15 II KẾT QUẢ VÀ BÀN LUÂN 16 11.2.1 Oúa trình điều chế chất lỏng ion 11.2.2 Xác đinh cấu trúc ILs phương pháp hoá lý]_ n.3 KHẢO SẮT PHẢN ỨNG HECK ĐỐNG THỂ GIỮA IODOBEN7ENE VẢ STYRENE THÀNH TRANS- STILBENE VÀ CIS- STILBENE: 10 II.3.1 Khảo sát ảnh hưởng dung môi: .10 Iĩ.3.2 Khảo sát ảnh hưởng xúc tác 14 Trang ii n.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHỎM THẾ LÊN ĐỒ CHUYẾN HỎA CỦA PHẢN ỨNG20 n.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ARYL HALIDES LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNGi 23 n.6 KHẢO SẮT KHẢ NĂNG THU HỐI VÀ TÁI sử DỤNG DUNG MÔI - xúc TÁC 26 PHẦN HL KÉT LUÂN 30 PHẰN IV TẢI LĨẼU THAM KHẢO 32 PHỤ LỤC Trang iii DANH MỤC BẢNG BIỂU • Bảng n.l Phổ NMRcủa l-butyl-3-methvlimidazolium bromide Bảng n.2 Phổ NMRcủa l-hexvl-3-methylimidazolium bromide 12 Bảng n.3: Phổ NMR l-octyl-3-methylimidazolium bromide 15 Bảng n.4 Phản ứng Heck dùng IL l-butyl-3-methvlimidazolium bromide 18 Bảng n.5 Phản ứng Heck dùng IL l-hexvl-3-methvlimidazolium bromide 20 Bảng n.6 Phản ứng Heck dùng IL l-octyl-3-methylimidazolium bromide 21 Bảng n.7 Phản ứng Heck dùng IL xúc tác PdCl? 24 Bảng n.8 Phản ứng Heck dùng IL xúc tác Pd(OAc)2 24 Bảng n.9 Phản ứng Heck Iodobenzene Styrene 24 Bảng n.10 Phản ứng Heck 4-iodoacetophenone Styrene 24 Bảng n.ll Phản ứng Heck 4-iodotoluene Styrene 24 Bảng n.12 Phản ứng Heck Iodobenzene V Styrene 26 Bảng n.13 Phản ứng Heck Bromobenzene Styrene 26 Bảng n.14 Phản ứng Heck Clorobenzene and Styrene 27 Bảng n.15 Phản ứng Heck điều kiện thường 28 B ảng II 16 Phản ứng Heck dùng dung m ôi - xúc tác ban đầu 29 Bảng 3.17 Phản ứng Heck dùng dung môi - xúc tác thu hồi 30 Trang iv DANH MUC Sơ ĐÒ Sơ đồ 1.1 Phản ứng Heck aryl halogen alken đầu mach Trang V DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thi ILL Ảnh hưởng dung môi lên đô chuyển hóa phản ứng 13 Đồ thi IL2 Ảnh hưởng xúc tác lẽn đô chuyển hóa phản ứng 13 Đồ thi II.3 Ảnh hưởng aryl halides lên đỏ chuyển hóa phản ứng 16 Đồ thi IL4 Ảnh hưởng nhổm lẽn đô chuyển hóa phản ứng 16 Đồ thi IL5 Ảnh hưởng điều kiện thường lên đô chuyển hóa phản ứng 19 Đồ thi II.6 Khả thu hồi tái sử dụng dung môi xúc tác^ 19 Trang PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG HECK 1.1.1 Giới thiệu phản ứng Heck Bắt đầu từ năm 1970, kỹ thuật ghép đôi nghiên cứu phát triển, chúng trở thảnh công cụ đắc lực hữu dụng cho việc xây dựng phân tử có cấu trúc phức tạp từ phân tử đơn giản, ứng dụng phản ứng ghép đôi rộng, từ sản phẩm trình tổng hợp hợp chất tự nhiên phức tạp tới sản phẩm ngành hóa học đại phân tử khoa học vật liệu, từ hóa chất tinh khiết đến hóa chất cho ngành công nghệ dược liệu Trong đó, phản ứng Heck phản ứng ghép đôi đời sớm nhất, dùng để nối alkenyl, aryl, allyl, benzyl, methyl, alkoxyl carbonyl methyl, alkynyl, nhóm alkyl silyl với alkene khác Năm 1968, phản ứng Heck đời, báo cáo cách độc lập Miziroki Heck Sau đó, nhà hóa học Heck nghiên cứu sâu thêm, phản ứng trở nên quan trọng tổng hợp hữu Năm 1972, Kumada Corriu độc lập báo cáo phản ứng ghép đôi olefin, aryl halidevà alkyl, aryl magie halide với có mặt hợp chất nikel như: NiCl2.dppe, Ni(acac)2 Trong giai đoạn 1972- 1975, số báo cáo tương tự phản ứng Heck viết Gringard, Kharash Phản ứng Kharash- phản ứng ghép đôi đồng thể hợp chất Grignard với halide hữu không cần sử dụng phức phosphine tổng hợp; ứng dụng rộng rãi thực té Trong giai đoạn 1975- 1976, nhóm nghiên cứu công bố xúc tác phức palladium- phosphium Một số tác giả báo cáo phản ứng ghép đôi xúc tác Pd bromoarene iodoarene DMF Hiện nay, phản ứng ghép đôi nghiên cứu phát triển Sơ đồ 1.1 Phản ủng Heck aryl halogen aỉken đầu mạch Trang 1.1.2 Những nghiên cứu xúc tác đồng thể phản ứng Heck[2]: Hầu hết nghiên cứu phản ứng Heck sử dụng xúc tác palladium không phối tử bao gồm báo cáo Heck Mirozoki Gần đây, hệ thống xúc tác dựa nguồn palladium đơn giản (Pd(OAc)2, PdCl2 ) thu hút quan tâm nhà nghiên cứu giá thành rẻ Năm 1999, Herrmann đồng nghiệp nghiên cứu xúc tác palladium dạng muối dạng vòng dùng dung môi chất lỏng ion Trong nghiên cứu khác Reetz Westermann mẫu palladium nano đóng vai trò quan trọng, xúc tác thật sự, chất trung gian quan trọng phản ứng ghép đôi aryl iodide hay bromide Năm 2002, de Vries cộng nghiên cứu việc sử dụng Pd(OAc)2 vi lượng phản ứng Heck, đồng thời phát triển phương pháp đơn giản hữu hiệu để tái sử dụng palladium Năm 2003, họ tiếp tục nghiên cứu thấy khả hoạt hóa mẫu xúc tác dạng muối palladium acetate Pd(OAc)2 xúc tác dạng vòng giống nhau, chúng có nhiệt động Xúc tác đồng thể vi lượng làm xúc tác với chất phản ứng arylbromide khác với lượng xúc tác thấp Hình 1.2 Ví dụ xúc tác dạng vòng palladium Năm 2006, de Vries tiếp tục nghiên cứu tổng hợp tài liệu chu trình xúc tác chung cho phản ứng Heck đồng thể Cùng thời điểm, Schmidt có báo cáo tương tự với de Vries De Vries cho chất keo hợp chất trung gian có tính chất anion (do anion halide) Zou cộng sử dụng chất lỏng ion kết hợp với toluene nước để tạo hệ dung môi hai pha phản ứng Heck với Suzuki với xúc tác không phối tử (như PdCl2) Welton đồng nghiệp tiến hành phản ứng Heck chất lỏng ion đoán hình thành phức Pd- carbene hoạt hóa Sau đó, Shreece cho thấy sử dụng vòng tái sử dụng tốt dựa xúc tác PdL2 chất lỏng ionic, pha ionic tái sử dụng 14 lần trì độ hoạt hóa Trang Hiện tại, Vries tóm tắt số liệu nhiều hệ thống mô tả thống cho chu trình xúc tác Pd phản ứng Heck nhiệt độ cao 1.1.3 Những nghiên cứu xúc tác dị thể dùng phản ứng Heck[2]: Mục đích việc nghiên cứu xúc tác dị thể: tách sản phẩm phản ứng xúc tác dễ dàng hơn; giảm chi phí xúc tác giảm mát xúc tác, làm sản phẩm đơn giản Trước năm 1990, người ta sử dụng Pd/C làm xúc tác cho phản ứng ghép đôi aryl chloride, hiệu suất đạt mức trung bình Từ năm 1990, vài nghiên cứu xúc tác phát triển Xúc tác Pd(0) bao bọc lớp grafite nghiên cứu vào khoảng năm 1995 Julia đồng nghiệp sử dụng Pd/C xúc tác phản ứng Heck, cho thấy hệ thống hoạt động aryl chloride đạt hiệu suất ghép đôi vừa phải Agustine giải thích hiệu phản ứng Heck aryl hóa sử dụng aryl choride với xúc tác Pd chất mang c Ying cộng cho thấy kim loại palladium vật liệu Nb- MCM- 41 gọi Pd- TMS- 11 sử dụng chúng phản ứng Heck aryl bromide n- butyl arylate Hệ thống xảy nhanh hiệu chuyển đổi bề mặt Sau năm 1990, xúc tác phản ứng từ Pd(0)- Pd(n) cho vào chất mang rắn có vai trò lớn phản ứng Heck Nhóm Munich Sendai báo cáo độc lập nhận xét dung dịch lọc palladium từ xúc tác dị thể palladium phản ứng Heck Arai đồng nghiệp chứng minh dung dịch Pd xúc tác thực cho phản ứng Heck điển hình sử dụng xúc tác rắn Pd Kohler Djakovitch nghiên cứu xúc tác mang zeolite cho phản ứng ghép đôi Heck aryl halide p Zheng, w Zhang [3] nghiên cứu báo cáo xúc tác mang polymer bao gồm titanium palladium liên kết với polymer amphiphilic không cầu nối, xúc tác base- Rh thu hồi hỗn hợp polymer plyvinyl ancohol, xúc tác oxime carbapalladium vòng dung dịch polyethylenglycol KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LỎNG ION 1.1.4 Giói thiệu chung Chất lỏng ion (ILs - ionic liquids) định nghĩa chất lỏng chứa toàn ion mà phần tử trung hoà Qua nhiều nghiên cứu, chất lỏng ion ngày thể rõ vai trò bật theo quan điểm “hoá học xanh” Chất lỏng ion chất thay phù hợp cho dung môi hữu truyền thống không bay Trang áp suất hơi, khắc phục hạn ché ô nhiễm môi trường, an toàn dùng dung môi hữu dễ bay Bên cạnh đó, tính chất khác góp phần xếp loại chất lỏng ion đứng với dung môi xanh khác khả thu hồi tái sử dụng xúc tác hoà tan chất lỏng ion, đặc biệt xúc tác phức kim loại chuyển tiếp Với ưu điểm mình, chất lỏng ion hướng nghiên cứu quan tâm giới cần quan tâm Việt Nam 1.1.5 Vai trò chất lỏng ion Tùy thuộc vào tính chất phối trí anion độ hoạt động cation, IL xem dung môi “thông thường” (innocent solvent), ligand, đồng xúc tác xúc tác Ll.5.1 ILs dung môi IL với khả liên kết phối trí yếu anion [(CF3S02)2N]-, [BF4]- [PF6]- cation khả liên két phối trí với xúc tác, tạo hợp chất phối trí với xúc tác điều kiện phản ứng coi dung môi thông thường phản ứng có xúc tác kim loại chuyển tiếp Trong trường hợp này, IL cung cấp môi trường phân cực hay phân cực nhiều, liên két phối trí mạnh hay yếu cho xúc tác Ngoài ra, IL có chức hòa tan tác chất sản phẩm Tuy nhiên cho hoạt tính xúc tác hòa tan dung môi hữu thông thường hoàn toàn tương đương với IL Các dung môi thường có khả phối trí với tâm xúc tác Tuy số xúc tác phân cực ion tan hoàn toàn dung môi tạo phối trí yếu Có liên hệ khả solvate hóa khả phối trí dung môi Khi sử dụng dung môi phân cực, tính tan xúc tác tăng, nhiên tác chất khó công vào vị trí phối trí tâm xúc tác Các IL có tính chất đặc biệt tính solvate cao liên két phối trí yếu với xúc tác Tính chất khó lòng đạt với dung môi nước hữu thông thường 1.1.5.2 ILs dung môi đằng xúc tác IL điều chế phản ứng halide axit Lewis xem dung môi đồng xúc tác phản ứng có xúc tác kim loại chuyển tiếp Các IL có khả tương tác mạnh với phức xúc tác Trong nhiều trường hợp, IL axit chuyển tiền xúc tác trung tính thành dạng cation hoạt động tương ứng Trong trường hợp IL không liên quan trực tiếp đến việc tạo thể xúc tác hoạt động, tương tác đồng xúc tác diễn dung môi IL phức kim loại chuyển tiếp hòa Trang 10 tan Cụ thể xúc tác phức kim loại hòa tan IL axit, số nơi giàu điện tử tương tác với dung môi làm giảm mật độ điện tích tâm xúc tác Trong xúc tác dị thể, vài phản ứng càn axit để hoạt hóa kim loại hiệu Các IL axit gây phản ứng không mong muốn liên kết mạnh IL số nhóm chức oxygen tác chất 1.1.5.3 ILs dung môi ligand Cả cation anion ILs ligand cho phức kim loại tan ILs Nếu tâm kim loại cation anion IL ligand Hầu hết anion IL liên két phối trí yếu với tâm cation xúc tác Tuy nhiên IL bị thủy phân, hexafluorophosphate tiếp xúc với nước bị thủy phân tạo anion fluoride, ion liên kết mạnh với tâm cation xúc tác dẫn tới tượng đầu độc xúc tác Do phức kim loại anion phổ biến nên trường hợp cation IL thể vai trò anion IL Đối với IL imidazolium tien ligand việc hòa tan kim loại 1.3 ỨNG DỤNG VI SÓNG (MICROWAVE) TRONG TỔNG HỢP HỮU 1.3.1 Lý thuyết vi sóng Vi sóng loại tia điện từ có tần số khoảng 0.3 đến 300GHz Tất lò vi sóng sử dụng nhà bếp lò phản ứng vi sóng chuyên dụng cho tổng hợp hóa học có tần số vào khoảng 2.45GHz (tương ứng với bước sóng khoảng 12.24cm) để tránh nhiễu sóng với thiết bị viễn thông điện thoại di động Năng lượng photon vi sóng vùng tần số (0.0016eV) thấp để bẻ gãy liên kết hóa học thấp lượng trạng thái Brown Rõ ràng vi sóng gây phản ứng hóa học Trong hóa học, ảnh hưởng vi sóng dựa hiệu gia nhiệt nguyên liệu “gia nhiệt điện môi vi sóng” (microwave dielectric heating) Hiện tượng phụ thuộc vào khả nguyên liệu (dung môi hay tác chất) hấp thu lượng vi sóng chuyển thành nhiệt Thành phàn điện trường điện từ gây nhiệt thông qua ché: phân cực lưỡng cực dẫn ion Bức xạ mẫu tần số vi sóng giúp định hướng lưỡng cực ion vào điện trường Khi trường dao động, lưỡng cực ion nỗ lực tái định hướng chứng theo điện trường xoay chiều, ừong trình đó, lượng tạo thành nhiệt thông qua masat phân tử chất điện môi Lượng nhiệt tạo có liên quan trực tiếp đến khả định hướng chất với tần số trường đặt Neu lưỡng cực khả tái định hướng hay định Trang 20 B ảng 3.6 Phản ứng Heck dùnglL -octyl-3-methylimidazolium bromide Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 11.46 4.84 4.70 2.35 2.32 2.42 2.12 SH 26.90 21.35 24.36 12.28 13.74 18.71 16.42 SI/SH 0.426 0.227 0.193 0.191 0.169 0.129 0.129 Conversion (%) 46.77 54.71 55.15 60.37 69.62 69.71 Cis-isomer - 0.24 0.26 0.12 0.17 0.26 0.21 Trans-isomer - 3.11 3.66 2.50 3.11 3.69 3.86 Selectivity (%) - 92.84 93.28 95.22 94.73 93.47 94.91 Time (s) Đồ thị Khảo sát ảnh hưởng loại dung môi ILs Kết cho thấy chất lỏng ion -butyl- cho tốc độ phản ứng cao nhất, đạt độ chuyển hoá 100% sau phút, thấp IL l-octyl-3-methylimidazolium bromide Trang 21 n.1.1 Khảo sát ảnh hưởng loại xúc tác: Bảng 3.7 Phản ứng Heck dùng xúc tác Pd(OAc)2 Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 11.11 6.56 0.77 0.41 0.33 0.11 0.20 SH 2.97 4.61 4.6 20.60 26.30 23.32 48.24 SI/SH 3.744 1.422 0.168 0.020 0.013 0.005 0.004 Conversion (%) 62.02 95.52 99.46 99.66 99.87 99.89 Cis-isomer - 2.89 1.35 2.21 2.77 1.91 3.86 Trans-isomer - 18.34 10.24 16.25 20.87 15.47 29.49 Selectivity (%) - 88.91 88.33 88.01 88.27 88.99 88.42 B ảng 3.7 Phản ứng Heck dùng xúc tác PdCl2 Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 5.04 1.81 0.28 0.10 0.02 SH 1.68 3.92 7.28 6.72 6.92 2.72 3.18 SI/SH 2.996 0.462 0.038 0.015 0.008 0.001 Conversỉon (%) 84.57 98.73 99.49 100 99.74 99.98 Cis-isomer - 0.12 0.47 0.51 0.77 0.33 0.42 Trans-isomer - 1.45 3.80 4.04 7.04 3.15 3.80 Selectivity (%) - 90.49 88.99 88.86 90.12 90.25 90.15 Trang 22 30 60 90 120 150 180 Time (s) Đồ thị 3.2 Khảo sát ảnh hưởng loại xúc tác Tiến hành phản ứng idobenzene styrene điều kiện vi sống, hàm lượng base xúc tác, kết cho thấy độ chuyển hoá sử dụng xúc tác Pd(OAc)2 5% tưong tự khỉ dùng xúc tác PdCl2 dộ chuyển hoá đạt gần 100% sau phút phản ứng II.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHÓM THẾ LÊN Độ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG Phản ứng khảo sát điều kiện: Cố định yếu tố: Tác chất: Styrene(ArI:C8H8 1:1.5) : 0.4 ml (3.24 mmol) Chất nội chuẩn: n- hexadecane (ArI:C16H34 1:1): 0.24 ml Dung môi ILs : 10 ml Base: triethylamine Et3N (nbase = 3nArI) Hàm lượng xúc tác Pd(OAc)2 0.5% Vi sóng mol : 0.9 ml (6.48 mmol) : 0.0024 g : 800W Khảo sát độ chuyển hóa phản ứng với tác chất: Iodobenzene (không có nhóm thế) : 0.24 ml (1.08 mmol) Trang 23 4- iodotoluene (có nhóm đẩy điện tử) : 0.2355 g (1.08 mmol) 4- iodoacetophenone (có nhóm hút điện tử) : 0.2657 g (1.08 mmol) B ảng Phản ứng Heck Iodobenzene Styrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 5.04 1.81 0.28 0.10 0.02 SH 1.68 3.92 7.28 6.72 6.92 2.72 3.18 SI/SH 2.996 0.462 0.038 0.015 0.008 0.001 Conversion (%) 84.57 98.73 99.49 100 99.74 99.98 Cis-isomer - 0.12 0.47 0.51 0.77 0.33 0.42 Trans-isomer - 1.45 3.80 4.04 7.04 3.15 3.80 Selectivity (%) - 90.49 88.99 88.86 90.12 90.25 90.15 Bảng 3.10 Phản ứng Heck 4-ỉodoacetophenone Styrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 9.26 8.14 1.77 0.18 0.92 0.47 0.32 SH 1.52 13.35 19.99 2.23 19.59 18.66 25.52 SI/SH 6.095 0.610 0.088 0.082 0.047 0.025 0.012 Conversion (%) 90.00 98.55 98.66 99.23 99.58 99.80 Cis-isomer - 0.18 0.80 0.25 0.79 0.13 0.15 Trans-isomer - 2.35 9.65 3.48 3.32 1.20 2.64 Selectivity (%) - 92.78 92.32 93.38 80.69 90.10 94.68 Trang 24 Bảng 3.11 Phản ứng Heck 4-ỉodotoluene Stỵrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 5.58 2.72 1.46 1.20 1.70 1.06 2.20 SH 9.34 13.73 8.00 10.64 16.98 9.82 22.14 SI/SH 0.598 0.198 0.182 0.113 0.100 0.108 0.099 Conversion (%) 66.85 69.53 81.08 83.28 81.93 83.37 Cis-isomer - 0.48 0.30 0.49 0.77 0.49 1.02 Trans-isomer - 4.94 3.19 4.70 7.71 4.90 10.05 Selectivity (%) - 91.11 91.45 90.61 90.92 90.88 90.75 Đồ thị 3 Khảo sát ảnh hưởng nhóm lên phản ủng Heck Kết cho thấy với 4-iodotoluene, độ chuyển hoá tốc độ phản ứng thấp so với iodobenzene, đạt 83% sau phút Còn 4-iodoacetophenone lại cho kết tốt trường hợp iodobenzene kết phù hợp với nhiều kết trước Trong điều kiện vi sóng, nhóm hút điện tử vòng benzene có tác dụng tích cực đến phản ứng ghép đôi Heck, nhóm đẩy điện tử lại có tác dụng ngược lại Trang 25 n.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CÁC ARYL HALIDES LÊN ĐỘ CHUYÊN HÓA CỦA PHẢN ỨNG Phản ứng khảo sát điều kiện: Cố định yếu tố: Tác chất: Styrene (ArI:C8H8 1:1.5) : 0.4 ml (3.24 mmol) Chất nội chuẩn: n- hexadecane (ArI:C16H34 1:1): 0.24 ml Dung môi ILs : 10 ml Base: triethylamine Et3N (nbase = 3nArI) 0.9 ml (6.48 mmol) Hàm lượng xúc tác Pd(OAc)2 0.5% mol 0.0024 g Vi sóng : 800W Khảo sát độ chuyển hóa phản ứng với tác chất: Iodobenzene 0.24 ml Bromobenzene 0.24 ml Clorobenzene 0.24 ml Bảng 12 Phản ứng Heck Iodobemene V Styrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 5.04 1.81 0.28 0.10 0.02 SH 1.68 3.92 7.28 6.72 6.92 2.72 3.18 SI/SH 2.996 0.462 0.038 0.015 0.008 0.001 Conversion (%) 84.57 98.73 99.49 100 99.74 99.98 Cis-isomer - 0.12 0.47 0.51 0.77 0.33 0.42 Trans-isomer - 1.45 3.80 4.04 7.04 3.15 3.80 Selectivity (%) - 90.49 88.99 88.86 90.12 90.25 90.15 Trang 26 Bảng 3.13 Phản ứng Heck Bromobenzene Styrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 11.67 47.75 6.80 3.41 6.74 3.04 7.38 SH 1.41 19.99 9.92 6.22 21.96 8.09 26.68 SI/SH 8.287 2.389 0.685 0.549 0.307 0.376 0.276 Conversion (%) 71.17 91.73 93.37 96.29 95.46 96.66 Cis-isomer - 0.95 0.36 0.31 0.99 0.39 1.14 Trans-isomer - 11.89 3.58 2.08 8.69 3.49 10.63 Selectivity (%) - 92.59 90.87 86.93 89.76 90.03 90.33 Bảng 14 Phản ứng Heck Clorobenzene and Styrene Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 4.66 - 1.25 0.64 0.49 - 0.46 SH 7.79 - 8.13 7.25 7.70 - 7.18 SI/SH 0.598 - 0.154 0.088 0.063 - 0.063 Conversỉon (%) - 74.31 85.21 89.42 - 89.40 Trang 27 Đồ thị Khảo sát ảnh hưởng aryl halides lên độ chuyển hoá phản ứng Heck Phản ứng iodobenzene styrene thường đạt độ chuyển hoá tốt trường hợp khảo sát, nhiên có xu hướng nghiên cứu khả phản ứng bromobenzene clorobenzene Điều xuất phát từ lý dẫn xuất iodobenzene thường có giá thành cao Đặc biệt, clorobenzene loại nguyên liệu rẻ dễ kiếm, nhien hoạt tính lại Đồ thị cho thấy, độ chuyển hoá bromobenzene thấp idobenzene, đạt 96% sau phút tốc độ phản ứng chậm hơn, đứng dự đoán ban đầu Phản ứng clorobenzene khó diễn ra, đạt độ chuyển hoá 89% sau phút II.6 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK Ở ĐIỀU KIỆN THƯỜNG Phản ứng thực với điều kiện Tác chất: Chất nội chuẩn: Styrene (ArI:C8H8 1:1.5) : 0.4 ml (3.24 mmol) Iodobenzene : 0.24 ml n- hexadecane (ArI:C16H34 1:1) Dung môi ILs Base: : 0.24 ml : 10 ml triethylamine Et3N (nbase = 3nArI): 0.9 ml (6.48 mmol) Hàm lượng xúc tác Pd(OAc)2 0.5% mol : 0.0024 g Nhiệt độ : 140 uc Trang 28 Bảng 3.15 Phản ủng Heck điều kiện thường Time (h) Si 3.31 0.93 0.92 0.30 SH 1.40 12.62 16.93 6.33 26.07 SI/SH 2.371 0.074 0.054 0.047 Conversỉon (%) 96.89 97.70 98.02 100 Cis-isomer - 0.24 0.72 0.60 0.92 Trans-isomer - 2.33 5.10 4.63 10.10 Selectivity (%) - 90.73 87.61 88.46 91.61 Đồ thị Phản ứng Heck sử dụng mol % Pd(OAc)2 chất lỏng ion l-butyl-3methylỉmỉdazolỉum bromỉde với base triethylamine,140°c Trang 29 II.7 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THU HỒI VÀ TÁI sử DỤNG DUNG MÔI VÀ XÚC TÁC Bảng 3.16 Phản ứng Heck dùng dung môi - xúc tác ban đầu Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 5.04 1.81 0.28 0.10 0.02 SH 1.68 3.92 7.28 6.72 6.92 2.72 3.18 SI/SH 2.996 0.462 0.038 0.015 0.008 0.001 Conversỉon (%) 84.57 98.73 99.49 100 99.74 99.98 Cis-isomer - 0.12 0.47 0.51 0.77 0.33 0.42 Trans-isomer - 1.45 3.80 4.04 7.04 3.15 3.80 Selectivity (%) - 90.49 88.99 88.86 90.12 90.25 90.15 Bảng 3.17 Phản ứng Heck dùng dung môi - xúc tác thu hồi Time (s) 30 60 90 120 150 180 Si 4.94 6.72 0.71 0.57 0.37 0.54 0.00 SH 0.89 5.07 2.38 5.58 6.57 15.50 10.75 SI/SH 5.540 1.325 0.301 0.103 0.056 0.034 0.000 Conversion (%) 76.08 94.57 98.15 98.99 99.38 100 Cis-isomer - 0.26 0.27 0.36 0.35 0.76 0.45 Trans-isomer - 2.45 3.19 3.01 2.75 7.01 3.99 Selectivity (%) - 90.58 92.18 89.24 88.76 90.22 89.84 Trang 30 Time (s) Đồ thị Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng hệ dung môi - xúc tác Một nhược điểm phản ứng đồng thể thu hồi xúc tác sử dụng dung môi hữu thong thường, nhiều nghiên cứu nổ lực để giải vấn đề ILs xem loại “dung môi xanh” không chất không bay hơi, giảm thiểu việc sản sinh chất hữu độc hại, mà khả thu hồi tái sử dụng ILs Tiến hành khảo sát khả thu hồi tái sử dụng dung môi xúc tác Pd(OAc)2 phản ứng heck dung dung môi IL C4 Kết cho thấy, sử dụng dung môi xúc tác thu hồi thay đổ đáng kể hoạt tính xúc tác nên độ chuyển hoá sau phút phản ứng gần 100% Đây ưu điểm ILs so với dung môi hữu thong thường Trang 31 PHẦN III KÉT LUẬN Với hướng nghiên cứu đặt ban đầu, đề tài thu số kết sau: ❖ Điều chế loại ILs 1-hexyl-, 1-butyl-, l-octyl-3-methylimidazolium bromide phản ứng bậc bốn hoá akyl bromide -methylimidazole có hỗ trợ vi sóng ❖ Chất lỏng ion điều chế dung làm dung môi cho phản ứng ghép đôi Heck iodobenzene styrene với sản phẩm tạo thành trans-stilbenes điều kiện vi sóng ❖ Khảo sát khả phản ứng aryl halides khác (iodobenzene, bromobenzene, clorobenzene) ảnh hưởng nhóm hút điện tử (4- iodoacetophenone), nhóm đẩy điện tử (4-iodotoluene) đến độ chuyển hoá phản ứng điều kiện vi sóng Kết thu phù hợp với nhiều nghiên cứu trước ❖ Phản ứng tiến hành điều kiện thường 140°c để so sánh với điều kiện vi sóng, độ chuyển hoá đạt 100% sau 4h ❖ Hệ chất lỏng ion - xúc tác thu hồi dễ dàng phương pháp chiết tái sử dụng phản ứng mà không cần dùng thêm xúc tác Pd Kết thu thay đổi đáng kể khả phản ứng sử dụng hệ dung môi - xúc tác thu hồi Đây ưu điểm ILs so với dung môi hữu phân tử truyền thống, đặc biệt phản ứng đồng thể, mà việc thu hồi xúc tác tương đối đắt tiền khó khăn Qua nhiều nghiên cứu, ILs ngày thể rõ vai trò bật theo quan điểm “hoá học xanh” (Green chemistry) ILs chất thay phù hợp cho dung môi hữu truyền thống, khắc phục hạn ché ô nhiễm môi trường, an toàn dùng dung môi hữu dễ bay Bên cạnh đó, với việc thu hồi tái sử dụng hiệu góp phần hạn chế lãng phí nguyên liệu chi phí sử lý chất thải trình hoá học Với ưu điểm mình, ILs hướng nghiên cứu quan tâm giới cần quan tâm Việt Nam Với kết ban đầu đề tài, hy vọng tạo điều kiện cho việc nghiên cứu thêm nhiều loại chất lỏng ion mới, với vai trò khác ứng dụng rộng rãi trình hoá học tương lai gần Trang 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P.Wasserscheid, T.Welton (Esd), Ionic liquids in synthesis, 2002, Wiley CVH Verlag Gmbh & Co KgaA [2] Thanh Son Nam Phan, Mathew van der Sluys, Christopher WJones, On the nature of Active Species in Palladium catalyzed Mizoroki-Heck and Suzuki- Miyaura CouplingsHomogeneous or Heterogeneous Catalysis, A critical Review, georgia Institute of Technology, Adv Synth Catal., 2006,609-679 [3] Thanh Son Nam Phan, Polymer-supported catalysts for Greener Synthesis, University of Sheffield, Being Submitted for the degree of Doctor Philosophy, 2004, 230 [4] K.CJMicolaau, Paul G.Bulger, David Sarlah, Palladium catalyzed crosscoupling reaction in total reaction, Angrew Chem Int Ed, 2005 [5] Roger.A.Sheldon, Green solvens for sustainable organic synthesis: state of the art, [6] Hau-to Wong, The effect of ionic liquids on product yield and catalyst stability, 2004 Department of Chemical Engineering and Chemical Technology, Impenial College, London, 2005 [7] Fabio Beilina, Palladium for the Suzuki cross-coupling reaction: An overview of Recent Advances, Universita di Pia, Italy [8] Jwanro Hassan, Aryl-aryl bond formation one century after the discovery of the Ullmann reaction, Universite’ Claude Bernadlyon [9] Peter Wasserscheid and Wilhelm Keim, Ionic Liquids-New “Sollutions” for transition metal catalysis, 2000 [10] Johanna Karkkainen, Preparation and characterization of some ionic liquids and their use in the Dimerization reaction of -methylpropene, The Faculty of science of the University of Oulu, 2007 [11] Karl S A Vallin, Regioselective Heck Coupling Reactions, Acta Universitatis Upsaliensis Uppsala, 2003 Trang 33 [12] Duong Thi Anh Tuyet, Le Ngoe Thách, Synthesis of room temperature ionic liquid alkylpyridinium bromide in green chemistry conditions, National Conference on Science & Technology of Organic Chemistry, 721,2007 [13] Phan Thanh Son Nam, Nguyen Uli My Hien, J Chem (Vietnamese), in press 2008 [14] B c G Soderberg, Coordination Chem Rev., 250, 300, 2006 [15] F Diederich, P J Stang, Metal-catalysed Cross-coupling Reactions, p.l, Wiley-VCH, [16] K c Nicolaou, P G Bulger, D Sarlah, Amgew Chem Int Ed., 44, 4442,2005 [17] L Wang, H Li, p Li, Tetrahedron, 65, 364, 2009 [18] J Joni, D Schmitt, p.s Schulz, TJ Lotz, p Wasserscheid, J Catal., 258, 401,2008 [19] S Berardi, V Conte, G Fiorani, B Floris, P Galloni, J Organomet Chem., 1998 693,3015,2008 [20] A de la Hoz, A D Ortiz, A Moreno, Chem Soc Rev., 34, 164, 2005 [21] c o Kappe, Angew Chem Int Ed., 43, 6250, 2004 [22] c o Kappe, M Larhed, Angew Chem Int Ed., 44, 7666, 2005 [23] N E Leadbeater, H M Torenius, H Tye, Tetrahedron, 59, 2253, 2003 N T s Phan, M V Der Sluys, c w Jones, Adv Synth Catal., 348,609, 2006 [24] [25] L F Tietze, H Ha, H P Bell, Chem Rev., 104, 3453, 2004 [26] J Durand, E Teuma, F Malbosc, Y Kihn, M Gômez, Catal 9,273,2008 [27] I P.Beletskaya, A V Cheprakov, Chem Rev., 100, 3009, 2000 [28] L F Tietze, H Ha, H P Bell, Chem Rev., 104, 3453, 2004 Commun., Trang 34 [29] Lijin Xu, Weiping Chen, Heck reaction in Ionic Liquids and the in Situ Identification of N-Heterocyclic Carbene Complexes of Palladium, Organometallics, 2000 [30] C Oliver Kappe, Controlled microwave heating in modern organic synthesis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, 2004 [31] Msashi Kishida and Hiroyuki Akita, Synthesis of Rosavin and its analogues based on a Mizoroki-Heck type reaction, School of Pharmaceutical Sciences, Toho University, 2005 [32] Merritt B Andrus, Jing Liu, Erik L Meredith and Edward Nartey, Synthesis of resveratrol using a direct decarbonylative Heck approach from resorcylic acid, Brigham Young University, Department of Chemistry and Biochemistry, 2003 [33] Armandodoriano Bianco, Claudia Cavarischia and Marcella Guiso[, The Heck Coupling Reaction Using Aryl Vinyl Ketones: Synthesis of Flavonoids, Wiley- VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, 2004 ... nhiệt bên hiệu làm giảm thiểu ảnh hưởng thành bình phản ứng, gọi hiệu ứng vi sóng Trang 12 PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT LỎNG ION LÀM DUNG MÔI XANH CHO PHẢN ỨNG HECK 11.1.1... enzyme tác chất hữu khác ❖ Tĩnh chất ion có khả tăng tốc độ phản ứng phản ứng có hỗ trợ vi sóng 11.1.2 Nội dung nghiên cứu 11.1.2.1 Điều chế chất lỏng ion Trang 13 Phương trình phản ứng Quy trình... 11.1.2.3 Nghiên cứu sử dụng chất lỏng ton làm dung môi cho phản ứng Heck iodobenzene styrene tạo thành trans- cis- stilbene Khảo sát yếu tố ảnh hưởng lên độ chuyển hóa phản ứng như: • Loại dung môi Sử