Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ IMIDAZOLIUM sử dụng làm dung môi xanh cho phản ứng ghép đôi carbon carbon

TÓM TẮT LUÂN VĂN TÁC GIẢ: Lê Thị Ngọc Diễm TÓM TẤT LUÂN VĂN Nghiên cứu tổng hợp ba chất lỏng ion l-butyl-3-methylimidazolium bromide, l-hexyl-3methylimidazolium bromide, l-octyl-3-methylimidazolium bromide với hiệu suất cao, thời gian ngắn điều kiện vi sóng Xác định cấu trúc ba chất lỏng ion phổ IR, MS, NMR Sử dụng ba chất lỏng ion làm dung môi xanh hiệu cho phản ứng ghép đôi carbon-carbon như: Suzuki, Heck, Sonogashira điều kiện thường vi sóng ABSTRACT The three ionic liquids include 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, l-hexyl-3methylimidazolium bromide, and 1-octyl-3-methylimidazolium bromide were synthesized under microwave irradiation conditions and characterized by IR, ’H and 13C NMR, and MS They were demonstrated to be efficient and recyclable solvents for the cross- coupling reactions such as Heck, Suzuki, Sonogashira reactions under microwave irradiation conditions and traditional conditions MUC LUC •• MỤC LỤC MUC LUC .ii MUC LUC CẮC BẢNG BĨỂU V MUC LUC CẮC ĐỐ THĨ vi MUC LUC CẮC Sơ ĐÒ vii DANH PHÁP CẮC TỪ VIÉT TẮT viii MỞ ĐẰU ix CHƯƠNG 1: NÔĨ DUNG NGHIÊN cửu LT CHÂT LỎNG ION 1.1.1 ƯU ĐIỂM CỦA CHẢT LÒNG ION ril 1.1.2 ĐIỀU CHẾ CHẤT LÒNG ION 1.1.3 ỦNGDUNG L2 TỒNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG GHÉP ĐỔI CARBON-CARBON L3 GIỚI THIÊU PHẢN ỨNG SUZUKI 1.3.1 PHẢN ỦNG SUZUKI TRONG IL 1.3.2 ỦNG DUNG CỦA PHẢN ỦNG SUZUKI L4 GIỚI THIÊU VẺ PHẢN ỦNG HECK 1.4.1 PHẢN ỨNG HECK TRONG CHẲT LỎNG ION 1.4.2 ỨNG DUNG CỦA PHẢN ỨNG HECK L5 GIỚI THIÊU VẺ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 1.5.1 CO CHẾ PHẢN ỦNG SONOGASHIRA ri21 1.5.2 PHẢN ỦNG SONOGASHIRA TRONG CHẤT LỎNG ION 1.5.3 ỦNG DUNG CỦA PHẢN ỦNG SONOGASHIRA L6 VI SÓNG VÀ PHẢN ỦNG GHÉP ĐỒI TRONG VI SÓNG 10 CHƯƠNG : THƯC NGHIÊM 12 2A ĐIỀU CHẾ CHẤT LÒNG ION 12 2.1.1 ĐIỀU CHẾ l-Butvl-3-Methv1imida7f)1iiim Bromide (TBMIMlBr) 12 2.1.2 ĐIỀU CHẾ l-Octvl-3-Methv1imida7f)ii 1inm Bromide (TOMIMlBr) 12 2.1.3 ĐIỀU CHẾ l-Hexvl-3-Methvlimidazolium Bromide (THMIMỊBr) 13 MUC LUC •• 2.1.4 XÁC ĐĨNH CẲU TRÚC IL 13 22 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZEN VẢ ACTD PHENYLBORONIC VỚI DUNG MÔI LÀ BA CHÂT LỎNG ION xức TÁC PdCl? TRONG ĐTỀIIKTÊN VI SÓNG 14 2.2.1 PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZENE VẢ PHENYLBORONIC 14 23 KHẢO SÁT PHẢN ỦNG HECK GIỮA TODOBENZENE VÀ STYRENE VỚI DUNG MÔI LẢ BA CHÂT LỎNG ION TRONG ĐIỂU KTẼN VI SÓNG 14 2.3.1 PHẢN ỨNG HECK GIỮA IODOBENZENE VÀ STYRENE 14 2A KHẢO SÁT PHẢN ỦNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VẢ PHENYLACETYLENE TRONG BA CHẤT LÒNG ION xức TẢC PdCE 15 2.4.1 PHẢN ỦNG GIỮA IODO BENZENE VẢ PHENYL ACETYLENE 15 23 XÁC ĐINH ĐỒ CHUYỂN HÓA TÁC CHÂT VẢ KIỂM CHỨNG SẢN PHẢM ■ 16 2.5.1 XÁC ĐINH ĐỒ CHUYỂN HÓA TÁC CHÂT BẰNG SẢC KÍ GC 16 2.5.2 KTFM CHI JNG SẢN PHẢM BẢNG GC-MS 16 CHƯƠNG 3: KÉT QUẢ VẢ BẰN LUÂN 17 3d GIAI ĐOAN ĐIỀU CHẾ IL 17 3.1.1 ĐIỀU CHẾ l-Butyl-3-Methvlimidazolium Bromide (TBMIMlBr) 17 3.1.2 ĐIỀU CHẾ l-Octvl-3-Methylimidazolium Bromide (TOMIMlBr) 18 3.1.3 ĐIỀU CHẾ l-Hexyl-3-Methvlimidazolium Bromide (THMIMỊBr) 19 3^2 KHẢO SÁT PHẢN ỦNG SUZUKI VỚI BA CHẢT LÒNG ION TRONG VI SỒNG 20 3.2.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZENE VẢ PHENYLBORONIC ACID 20 3.2.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ TÊN ĐÔ CHUYẾN HÓA CỦA PHẢN ỦNG SUZUKI 22 33 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK VỚI BA CHÂT LÓNG ION TRONG VI SÓNG 23 3.3.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK GIỮA STYRENE VẢ TODOBENZENE 23 3.3.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ TÊN ĐÔ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỦNG HECK 25 iii MUC LUC •• 3A KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA TRONG BA CHÂT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIÊN THƯỜNG VẢ VI SÓNG 26 3.4.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IOnORENTENE VẢ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỂU K TÊN THƯỜNG 26 3.4.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VẢ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỂU KTÊN VT SỔNG 28 3.4.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOREN7ENE VẢ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KTÊN KHỔNG VẢ CÓ Cui 29 KÉT LUÂN 31 TẰĨ LĨẼU THAM KHẢO 32 IV MUC LUC CÁC BẢNG BIÊU •• MUC LUC CÁC BẢNG BIỂU •• Bảng 3- 1: Mũi phổ IR TBMIMỊBr 17 Bảng 3- 2: *H NMR (500MHz DMSO) 18 Bảng 3- 3: 13 c NMR (500MHz, DMSO) 18 Bảng 3- 4: Mũi phổ IR rOMIMlBr 19 Bảng 3- 5: *H NMR (500MHz CDCW) 19 Bảng 3- 6: 13 Bảng 3- 7: *H NMR (500MHz DMSOl 20 Bảng 3- 8: 13c c NMR (500MHz, CDCL) 19 NMR (500MHz, DMSO) 20 Bảng 3- 9: Đỏ chuyển hóa phản ứng Suzuki ba chất lỏng ion 21 Bảng 3- 10: Đỏ chuyển hóa phản ứng Suzuki với ba loai tác chất haloarene 23 Bảng 3- 11: Độ chuyển hóa phản ứng Heck ba chất lỏng ion 23 Bảng 3- 12: Độ chuyển hóa phản ứng Heck vái ba loại tác chất haloarene 25 Bảng 3- 13: Đỏ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion 27 Bảng 3- 14: Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion 28 Bảng3-15: Đô chuyển hóa phản ứng Sonogashira l-hexvl-3-metylimidazolium bromide điều kiên thưởng vả không Cuĩ 29 V MUC LUC CÁC ĐỒ THI ••• MỤC LỤC CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị 3- : đồ thị khảo sát ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hóa 21 Đồ thi 3- 2: đồ thi khảo sát ảnh hưởng haloarene lên đỏ chuyển hóa 22 Đồ thị - 3: đồ thị khảo sát ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hóa 24 Đồ thị 3- 4: đồ thị khảo sát ảnh hưởng haloarene lên độ chuyển hóa 26 Đồ thi - 5: đồ thi khảo sát ảnh hưởng dung môi lên đỏ chuyển hỏa 27 Đồ thỉ 3- 6: đồ thỉ khảo sát ảnh hưởng dung môi lên đô chuyển hóa 29 Đồ thi 3- 7: đồ thi khảo sát đô chuyển hỏa phản ứng Sonogashira 30 VI MỤC LỤC CÁC sơ ĐỒ MUC LUC CÁC Sơ ĐỒ •• Sơ đồ 1- 1: Quy trình tổng hơp 1,3-dialkvlimidazolium Sơ đồ 1- 2: Oúa trình trao đổi anion Sơ đồ - : Phàn ứng Heck aryl halide vả allylic alcohol Sơ đồ 1- 14: Phản ứng Sonơgashiratổng quát Sơ đồ 1- 15: Chu trình Sonogashỉra đươc đề nghỉ Sonogashira Hagỉhara Sơ đồ 1- 16: Cơ chế phản ứng Sonogashỉra Cui đươc đề nghỉ Soheili Sơ đồ 1- 17: Phản ứng Sonogashira dung mỏi butvlpvridinium Sơ đồ 1- 18: Phản ứng Sonogashira iodobenzene phenylacetylene Sơ đồ 1- 20: Giai đoan đầu tồng hơp harvevnone 10 Sơ đồ 1- 21: Chuỗi phản ứng tồng hơp 6H-dibenzorb,dlpyran-6-ones từ 2-(3-buten- -ynvPphenyl (Z)-2-penten-4-ynoate 10 Sơ đồ - 2 : Phản ứng Heck với IL vi sổng 11 vii DANH PHÁP CÁC TỪVTÉT TẲT DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT [BMIM]Br: l-butyl-3-methylimidazolium bromide DME: 1,2-dime tho xye thane DMF: Af,7V-dimethylformamide DMSO: dimethylsulfoxide EMIM: ethyl methylimidazolium Et3N: triethylamine EtzO: diethyl ether [HMIM]Br: l-hexyl-3-methylimidazolium bromide IL: chất lỏng ion IM: imidazolium MeOH: methanol OAc: acetate anion OMe: methoxy [OMIM]Br: l-octyl-3-methylimidazolium bromide OTf: triflate PEG: polyethylene glycol Ph: Phenyl group THF: tetrahydrofuran TOF: turnover frequency TON: turnover number viii MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Lĩnh vực nghiên cứu ngày thu hút quan tâm cộng đồng nhà hóa học vấn đề thay dung môi hữu truyền thống dung môi xanh hơn, nhằm hạn chế vấn đề dung môi hữu gây cháy nổ, an toàn người sử dụng ảnh hưởng lên môi trường sống Một loại dung môi xem xanh nghiên cứu chất lỏng ion (ionic liquid) Chất lỏng ion có nhiều ưu điểm dung môi thông thường tính không bay độc hại Xúc tác phức kim loại chuyển tiếp hòa tan tốt chất lỏng ion hệ chất lỏng ion với xúc tác sau phản ứng có khả thu hồi tái sử dụng cho phản ứng tiếp theo, vấn đề cần quan tâm điều chế chất lỏng ion cần lượng lớn dung môi hữu để tinh ché, chủ yếu rửa loại sản phẩm phụ tác chất dư Bằng cách sử dụng vi sóng, chất lỏng ion điều chế có độ tinh khiết cao thời gian ngắn, giảm bớt chi phí tiêu tốn cho trình tách tinh chế Phản ứng ghép đôi (cross - coupling) dẫn xuất arylhalogenua biết đến cách rộng rãi phản ứng đặc biệt dùng để tổng hợp trực tiếp khung carbon từ phản ứng đơn giản Các phản ứng góp phần tạo biaryl không đối xứng, olefine thế, diene hợp chất không bão hòa Tuy nhiên, phản ứng truyền thống có nhiều nhược điểm xúc tác theo sản phẩm, xúc tác bị phân huỷ khả hoà tan tác chất Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng IL phản ứng ghép đôi Suzuki, Heck, Sonogashira xem bước tiến hiệu mặt động học có tính kinh tế cao Cho đến nay, phản ứng tổng hợp hữu đại quan tâm Việt Nam Với đề tài “ Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium- sử dụng làm dung môi xanh cho phản ứng ghép đôi carbon-carbon”, hi vọng đề tài triển vọng thu hút ý nhà hóa học vấn đề “Hóa học xanh”, mở hướng lĩnh vực tổng hợp hữu đại K NÔI DUNG NGHIẾN cứu CHƯƠNG 1: NỘI DUNG NGHIÊN cứu 1.1 CHẤT LỎNG ION 1.1.1 ƯU ĐIỂM CỦA CHẤT LỎNG ION [1] Hầu không bay nên không gậy lãng phí mát không ô nhiễm môi trường Ben nhiệt không bị phân huỷ nhiệt độ ừên 300°c, phản ứng IL thực nhiệt độ cao Hoà tan tốt hợp chất hữu cơ, vô đặc biệt kim phản ứng có xúc tác họp chất kim loại chuyển tiếp Hoà tan tốt chất khí CO2, O2, H2, co Tmh tan IL phụ thuộc vào cation anion, thay đổi tính tan cách thay đổi yếu tố trêu Hầu Hên kết phối trí yếu với phức kim bại, enzyme, chất hữu khác Tính chất ion làm tăng tốc độ phản ứng phản ứng có hỗ trợ vi sóng Nhiều IL không bị phân huỷ thời gian dài Gây ảnh hưởng đến hoạt tính độ chọn lọc phản ứng có đồng phân quang học tính phân cực Hên kết phối trí Ngoài ra, IL bất đối xứng sử dụng để kiểm soát tỉ lệ sản phẩm chính, phụ phản ứng 1.1.2 ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION Tổng họp IL chia làm hai giai đoạn: điều ché cation trao đổi anion [2] Phản ứng điều chế cation Phản ứng đơn giản: trộn amine với muối habgen, sau đem hỗn họp khuấy, gia nhiệt tinh ché Phản ứng alkyl hoá có nhiều thuận lợi: habalkane nhiều rẻ tiền, phản ứng dễ xảy điều kiện nhiệt độ thích họp (không khắc nghiệt), muối haHde dễ thực trao đổi với anbn khác [2] Phản ứng trao đổi anỉon KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng 3- 9: Độ chuyển hỏa phản ứng Suzuki ba chất lỏng ion Thời gian (s) 30 60 120 90 Si l-Butyl-3-Methylimidazolium Bromide :[BMIM]Br) 4666044 3064941 1254259 1588696 1135175 Sc 417018 2649482 1303822 5256944 0.30 8100601 0.14 97.3 98.7 Si/Sc 11.2 1.16 0.96 Độ chuyến hóa (%) 89.7 93 l-Hexyl-3-Methy imidazolium Bromide (fHMTMlBr) 12711656 13547799 6364924 10962543 3167847 1445208 10934977 4521928 10020038 3766534 8.9 1.407 1.094 0.84 Si Sc Si/Sc Độ chuyên hóa (%) 68.29 84.45 93 150 180 0 2134667 2334152 0 100 100 7949837 100 99.15 Si l-Octyl-3-Methyl midazolium Bromide ([OMIMJBr) 6029392 1490265 648977 200758 198138 Sc 3894616 2199346 2431924 1454771 4340199 Si/Sc 1.548 0.68 0.27 0.138 0.046 0.036 Độ chuyến hóa (%) 56.23 82.76 91.08 97.05 97.7 100 236466 6655518 3044786 100 X ấ 60 Ă c ầ 40 Ẹ o [HMIM]Br > [OMIM]Br tốc độ phản ứng độ chuyển hóa giảm dầa Rajender s Varma đồng nghiệp thực phản ứng Suzuki 4- methylphenylboronic acid bromobenzene với [BMIMJC1, base KF, xúc tác PdCỈ2 lò vi sóng chế độ 240W Sau thời gian phản ứng phút, hiệu suất 4-methylbiphenyl 80%, IL xúc tác tái sử dụng vài lần mà không giảm hoạt tính [36] Đồng thời thực phản ứng iodotoluene phenylboronic acid [HMIMJC1, hiệu suất đạt 80% sau 30s +10s+10s phản ứng [36] 3.2.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG SUZUKI ■ Chlorobenzene (0.24 ml, 2.36 mmol); bromobenzene (0.24 ml, 2.285 mmol); iodobenzene (0.24 ml, 2.15 mmol) ■ C6HSB(OH)2: halobenzene =1.5:1 (mol), Et3N: halobenzene =3:1 (mol) ■ 5% mol PdƠ2 (19.2x10'3 g; 0.108 mmol); 10 ml [HMIM]Br Độ chuyển hóa phản ứng giảm dần theo thứ tự iodobenzene > bromobenzene > chlorobenzene Sau 90 giây, độ chuyển hóa iodobenzene, bromobenzene, chlorobenzene Ẻn lượt 99.39%, 61.65%, 35.94% Phản ứng chlorobenzene khó diễn hơn, sau phút độ chuyển hóa đạt 61.04% Ram Singh đồng nghiệp phản ứng arybhloride phenylboronic acid [emim]BF4 với 1.2 % mol Pd(PPli3)4; base Na2CƠ3 điều kiện vi sóng, sau 10 phút hiệu suất đạt 98% [18] Đồ thị 3- 2: đồ thị khảo sát ảnh hưởng haloarene lên độ chuyển hỏa 22 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN phản ứng Suzuki Bảng 3-10: Độ chuyển hóa phản ứng Suzuki với ba loại tác chất haloarene Thời gian (s) 30 90 60 150 120 180 C6H5-I SI Sc Si/Sc 9275809 2027654 4.57 Độ chuyến hóa (%) Si Sc Si/Sc 2188161 1526678 1.43 7861929 5573522 1.41 475041 17084754 2393288 0.03 0.60 68.67 2142007 706933 3.03 Độ ckyên hóa (%) 893897 1487472 86.86 99.39 502175 100 100 CsHs-Br 1072826 1445519 2192455 959232 1243978 1925664 1.14 1.18 1.16 53.45 61.06 61.65 62.42 3552234 3098692 1.15 - 875482 900221 0.97 1304402 2255307 0.58 67.90 80.91 2086059 2393423 0.87 4014396 5758432 0.70 51.29 61.04 C6H5-C1 SI Sc Si/Sc 9103605 5087356 1.79 Độ chuyến hóa (%) 3.3 - - - - - - - - - - 35.94 - KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK VỚI BA CHẤT LỎNG ION TRONG VI SÓNG 3.3.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK GIỮA STYRENE VÀ IODOBENZENE Khảo sát ảnh hưởng chiều dài mạch alkyl IL độ chuyển hóa: Bảng 3-11: Độ chuyển hóa phản ứng Heck ba chất lỏng ion Thời gian(s) S: So 30 60 90 120 l-Butyl-3-Met hylmûdazo um Bromide ([BMIM] 11108142 6561494 b 771477 412390 334442 150 180 112143 199693 Br) 2966490 4613691 4600468 2059769 26303810 23323787 48244071 Sj/Sc 3.74 1.42 0.168 0.02 0.013 0.0048 0.00414 Độ chuyên hóa (%) 62.02 95.52 99.46 99.66 99.87 100 C ^cis C k-'trans 2286993 1352586 2213468 2773466 1914072 3860625 18338040 10241811 16247641 20867230 15473042 22495132 % trans 88.91 88.01 88.27 88.99 85.35 88.33 l-Hexyl-3-Methylimidazolium Bromide ([HMIM]Br) 23 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN s, 41801327 11932482 3287561 Sc 41884287 0.99 17247469 0.69 15456586 0.213 30.7 78.69 88.98 1053660 1483800 6055044 9874801 Sj/Sc Độ chuyên hóa (%) C *Jcis ^trans % trans 1868210 16985965 0.11 628795 135530 15862034 0.04 16432425 15058303 0.0082 96.03 99.17 100 2100336 2819469 2341152 1487556 14818985 21411951 17514938 9969651 85.2 86.94 87.59 88.36 u 3ctyl-3-Methylimidazol um Bromide ([OMIM] 88.2 87.02 8r) s, 11456357 1840243 4699703 2340758 2318932 2421295 2118758 Sc 26897605 0.426 21349323 0.23 24361663 0.193 12285806 0.191 18711945 0.17 18711945 0.1294 16425069 0.129 Sj/Sc Độ chuyên hóa (%) C ^cis Strans % ttans 46.77 54.7 55.15 60.37 240157 3112566 92.84 263736 3658035 93.27 125794 2505236 95.22 172864 3110349 94.73 69.62 257860 3693963 93.47 Đồ thị 3- 3: đồ thị khảo sát ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hóa phản ủng Heck 24 69.71 206796 3856715 94.91 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết thí nghiệm cho thấy, độ chuyển hóa CõHsI đạt 99% sau 1.5 phút đạt 100% sau phút sử dụng dung môi [BMIM]Br Phản ứng đạt độ chuyển hóa 99% sau 2.5 phút thay [HMIM]Br Nhóm octyl [OMIM]Br làm độ chuyển hóa CôHsI thấp so với [BMIM]Br [HMIM]Br, đạt 69.71% sau Dưới tác động vi sóng, phức carbene hình thành với tốc độ nhanh, sau chuyển sang dạng hạt nano ổn định môi trường chất lỏng ion, thúc đẩy trình chu trình Heck Larhed đồng nghiệp thực phản ứng Heck phenylhalide styrene ưong lò vi sóng với dung môi [BMIM]PF6, nhận thấy tốc độ gia nhiệt tăng 10°c/s mà không tăng áp suất Sử dụng 4% PdCl2/P(o-tolyl)3, độ chuyển hóa 100% sau (X = I), 20 phút (X = Br) [36] 3.3.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ LÊN Độ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG HECK Khảo sát độ chuyển hóa phản ứng với CõHsI, CõHsBr CõHsCl [BMIM]Br: ■ Chlorobenzene (0.24 ml, 2.36 mmol); bromobenzene (0.24 ml, 2.285 mmol); iodobenzene (0.24 ml, 2.15 mmoỊ) ■ Styrene: hatobenzene = 1.5:1 (mol), Et3N: halobenzene =3:1 (mol) ■ 5% moi PdCl2 (19.2xl0'3 g; 0.108 mmol), 10 ml [BMEM]Br Bảng 3-12: Độ chuyển hóa phản ứngHeck với ba loại tác chất haloarene Thời gian (s) 30 60 90 120 150 180 C6H5-I SI Sc Si/Sc 11108142 2966490 3.74 Độ chuyến hóa (%) Scis 62.02 95.52 412390 334442 2059769 26303810 0.013 0.02 99.46 99.66 2286993 1352586 2213468 2773466 18338040 10241811 16247641 20867230 88.91 88.33 88.27 88.01 C6H5-Br Strans % trans Si Sc Si/Sc 11674716 1408872 8.29 Độ chuyên hóa (%) Scis 6561494 771477 4613691 4600468 1.42 0.168 47753543 6796364 19988585 9918991 3.39 0.685 71.17 951165 3414310 6743774 6216354 21959045 0.55 0.307 112143 199693 23323787 48244071 0.0048 0.00414 99.87 100 1914072 3860625 15473042 22495132 88.99 85.35 3045550 7378387 8093176 26678834 0.37 0.28 91.73 93.37 96.3 95.45 96.66 360365 313216 990816 387117 467932 25 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Strans 11888591 % trans 92.6 SI 4661214 7787454 Sc Si/Sc Độ chuyên hóa (%) - 0.6 - - 3585976 90.9 2083914 86.93 CíHs-ci 1249833 642185 8128488 7252409 0.15 0.088 74.3115 85.2 8689147 3494633 10630988 89.76 90.03 95.78 484915 7705302 0.063 - 455251 7176909 0.063 89.5 - - Kết khảo sát ảnh hưởng nguyên tử halogen vòng benzene cho thấy nguyên tử halogen có ảnh hưởng lớn đến độ chuyển hóa phản ứng ghép đôi Heck Độ chuyển hóa phản ứng giảm dàn theo thứ tự iodobenzene > bromobenzene > chlorobenzene Sau 90 giây, độ chuyển hóa iodobenzene, bromobenzene, chlorobenzene ìn lượt 99.46%, 93.37%, 85.2 % Đồ thị 3- 4: đồ thị khảo sát ảnh hưởng haloarene lên độ chuyển hóa phản ủng Heck 3.4 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA TRONG BA CHẤT LỎNG ION Ở ĐIÈU KIỆN THƯỜNG VÀ VI SÓNG 3.4.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIÈU KIỆN THƯỜNG 26 89.40 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng 3-13: Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ỉon điều kiện thường Thời gian (h) Si Sc l-Hexyỉ-3 Ìdazolium Bromide ([H VIIM]Br) Methylim] 6411789 1888911 762290 715021 1211207 2627380 3916054 19420292 - 1361783 Si/Sc 5.29 0.72 0.194 0.037 - Độ chuyên hóa (%) 86.4 96.3 99.3 - 100 Si Sc Si/Sc Độ chuyến hóa (%) Si Sc l-Octyl-3 -Methylimidazolium Bromide ([OMIM]Br) 6437015 5506274 1771318 2688316 686116 1283093 1272694 517943 444854 1547436 5.2 4.33 3.42 1.54 1.74 18.27 35.4 70.9 67 1119339 1245171 0.7 83.02 l-Butyl-3-Methylimidazolium Bromide (ỊBMIM]Br) 3392240 3753204 3872597 715021 1169066 770121 1542880 14040652 19420293 16185580 - Si/Sc 4.4 2.43 0.264 0.037 0.072 - Độ chuyên hóa (%) 44.77 94 99.04 98.4 - Đồ thị 3- 5: đồ thị khảo sát ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hỏa phản ứng Sonogashira điều kiện thường 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết thí nghiệm cho thấy: độ chuyển hóa iodobenzene dung môi giảm dàn theo thứ tự [HMIM]Br >[BMIM]Br >[OMIM]Br thời điểm phản ứng Độ chuyển hóa đạt 99% sau sử dụng dung môi [BMIM]Br, [HMIM]Br Phản ứng đạt độ chuyển hóa 70.9% thay [OMIM]Br Jintao Guan thực phản ứng Sonogashira iodobenzene phenylacetylene với hệ Dppc PF6PdCkỊbmim] [PF6], base piperidine, hiệu suất 81% sau [14] + 3.4.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG GIỮA IODOBENZENE VÀ Khảo sát phản ứng Sonogashira vi sóng công suất 500W với dung môi [BMIM]Br, [HMIM]Br, [OMEM]Br Bảng 3-14: Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ỉon điều kiện vỉ sóng Thời gian (s) Si Sc 30 60 90 120 l-Butyl-3-Metìr ^limidazolium Bromide ([BMIM]Br) 12326463 3083694 1324396 904734 3797715 5151446 Si/Sc 1.363 0.812 0.257 Độ chuyến hóa (%) 40.44 81.15 150 180 405983 2322575 - - - - - - 0.174 - - 87.2 100 l-Hexyl-3-Methylimidazolium Bromide ([HMIM]I r) Si Sc Si/Sc 28907910 2916131 9.913 5327345 9299085 0.572 Độ chuyến hóa (%) 94.22 5083514 10694971 0.475 95.2 4049189 9576679 0.423 4088105 12327217 0.33 95.7 96.65 - - - - 2408226 13716193 0.175 98.22 l-Octyl-3-Methylimidazolium Bromide ([OMIM]Br) Si Sc 6700984 2399951 12151026 11805578 1818792 7129381 11151190 4282523 7489554 Si/Sc 2.8 1.03 0.255 0 0 Độ chuyến hóa (%) 63.13 90.86 100 100 100 100 Kết thí nghiệm cho thấy: phản ứng vi sóng xảy nhanh, sau 60 giây, độ chuyển hóa phản ứng [HMIM]Br, [OMIM]Br, [BMIM]Br 95.2%, 90.86%, 81.15% Trong dung môi [OMIM]Br, độ chuyển hóa đạt 100% sau 90 giây Độ chuyển hóa [BMIM]Br thấp so vói hai chất lỏng ion đạt 100% sau phút 28 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Phản ứng điều kiện thường dễ trì ổn định nhiệt độ khuấy trộn tác chất Mặc dù phản ứng diễn ầu hình thành chủ yếu sản phẩm - diphenylace tyle ne, sản phẩm phụ Đồ thị 3- 6: đồ thị khảo sát ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hỏa phản ứng Sonogashỉra điều kiện vỉ sóng 3.4.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG VÀ CÓ Cui IODOBENZENE VÀ Khảo sát phản ứng Sonogashira iodobenzene phenylacetylene dung môi 1- hexyl-3metylimidazolium bromide 120°c với 7% mol PdCỈ2 base piperidine Bảng 3-15: Độ chuyển hỏa phản ứng Sonogashỉra l-hexyl-3-metylimidazolium bromỉde điều kiện thường không Cui Thời gian (h) Si 6700984 1714870 521694 166918 473991 Sc 2399951 896070 1243035 419109 3202502 Si/Sc Độ chuyến hóa (%) 2.8 1.91 31.45 29 0.42 84.97 0.39 85.73 0.148 94.7 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Đồ thị 3- 7: đồ thị khảo sát độ chuyển hỏa phản ứng Sonogashỉra có không dùng xức tác Cui [HMIMỊBr Két thí nghiệm cho thấy : độ chuyển hóa phản ứng không sử dụng Cui thấp phản ứng có Cui Độ chuyển hóa phản ứng 94.7% sau Sự tạo thảnh phức 7T-alkyne -Cu (R - c=c -Cu) từ CuX base làm cho proton alkyne đàu mạch có tính acid mạnh hơn, tăng khả vào phức L2PđRX, thúc đẩy trình phản ứng Tuy nhiên, với có mặt Cui dễ xảy phản ứng phụ tự ghép đôi, oxi hóa, acetylenes đầu mạch Sản phẩm phụ khó tách khỏi sản phẩm chính, có xu hướng thực phản ứng Sonogashira vói vắng mặt xúc tác Cui [12] Điểm bất lọi chu trình không sử dụng Cu tạo phức amine (với vai ưò base) vói phức Pd sau cộng hợp oxi hóa Amine vị trí ligand triphosphane, dẫn đến cạnh tranh alkyne amine cho vị trí ligand làm cản trở phản ứng Do vậy, độ chuyển hóa phản ứng thấp [12] 30 KẾT LUÂN KÉT LUẬN Sau nghiên cứu tổng hợp khảo sát khả sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng ghép đôi Heck, Suzuki, Sonogashira đạt két quả: Điều chế chất lỏng ion ■ Điều chế IL l-butyl-3-methylimidazolium bromide, l-hexyl-3- methylimidazolium bromide, l-otyl-3-methyl imidazolium bromide phản ứng bậc bốn hóa n-alkyl bromide methylimidazole có hỗ trợ vi sóng Hiệu suất phản ứng đạt 91%, 84%, 65% sau ■ Xác định cấu trúc ba chất lỏng ion phương pháp IR, MS, NMR ứng dụng làm dung môi cho phản ứng Suzuki, Sonogashira, Heck ■ Thực phản ứng Suzuki iodobenzen acid bororic với xúc tác PdCỈ2 5% , bazơ triethylamine ba chất lỏng ion Độ chuyển hóa phản ứng đạt 100% sau 2.5 phút chất lỏng [HMIM]Br, [BMIM]Br ■ Thực phản ứng Heck iodobenzen styrene với xúc tác 5% mol PdCls, bazơ triethylamine ba chất lỏng ion Độ chuyển hóa phản ứng đạt 100% sau 1.5 phút chất lỏng [BMIM]Br Xảc định chất lỏng [BMIM]Br thích hợp cho phản ứng Heck ■ Khảo sát ảnh hưởng nhóm vòng benzene đến phản ứng Suzuki, Heck kết luận tốc độ phản ứng độ chuyển hóa giảm dần theo thứ tự iodobenzene >bromobenzene >chlorobenzene, với lí thuyết ■ Thực phản ứng Sonogashira iodobenzen phenylacetylene với xúc tác 7% mol PdƠ2 7% mol Cui, bazơ piperidine ba IL điều kiện thường Độ chuyển hóa phản ứng sau [BMIM]Br, [HMIM]Br, [OMIMI]Br Ẻn lượt 99%, 99%, 79% Nếu thực vi sóng, độ chuyển hóa đạt 100% sau phút ■ Khảo sát ảnh hưởng Cui lên phản ứng Sonogashira cho thấy: độ chuyển hóa phản ứng sử dụng Cui lớn độ chuyển hóa phản ứng Cui Sau giờ, độ chuyển hóa phản ứng có Cui 99%, phản ứng không Cui 85.7% Do thời gian làm luận văn ngắn nên bước đầu khảo sát ảnh hưởng bại dung môi lên độ chuyển hóa phản ứng ghép đôi Đề tài nhiều hạn chế, chưa khảo sát hết yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng ghép đôi khả làm dung môi chất lỏng điều kiện phản ứng khác Tuy nhiên, với kết đạt cho thấy việc điều ché ứng dụng làm dung môi IL hướng cho tổng hợp hữu đại Và đề tài tiền đề cho công trình nghiên cứu việc tổng họp nhiều chất bng bn khả ứng dụng rộng sâu 31 TÀI LIÊU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO • [1] Roger Sheldon, Catalytic reaction in ionic liquid, Chem comm, 2399-2407, 2001 [2] p Wasserscheid T Welton , Synthesis of Ionic Liquids, pp 7-17 [3] Prof Maija Lajunen University of Oulu Department of Chemistry, Green Chemistry for Sustainable Production, 28-32, 4/2006 [4] Phan.T.S.Nam, The University of Sheffield, Polymer-supported Catalysts for Greener Synthesis, 14-19, 9/2004 [5] Phan.T.S.Nam, Matthew Van Der Shays and Christopher w Jones,Georgia Institute of Technology USA, Advanced SynthesisanSc Catalysis, Adv Synth-CataL, 348, 609 - 679, 2006 [6] Martin Albrecht*a Helen Stoeckh-Evans, Chem Commun, pp 4705-4707, 2005 [7] Murahdhara Thimmaiah Shiyue Fang, Tetrehedron X X -8, 2007 [8] Michael J Rozema, Michael Fickes, Tetrahedron Letters 47, pp 8765-8768, 2006 [9] Fabio Beilina, Adriano Carpita, Renzo Rossi, Synthesis, No 15, pp 2420-2438, 2004 [10] Sambasivarao Kotha, Kakai Lahiri and Dhurke Kashinath, Tetrahedron number 625 [11] Ram Singh Ritu Mamgain, J.Braz Chem.Soc., VoL19, No.3, 357-379, 2008 [12] Per Lind, Organic and Organometallic Compounds for Nonlinear Absorption of Light, Department of Chemistry, Organic Chemistry Umeả University, SE - 901 87, Umeả, Sweden [13] Paulo Galdino de Lima, o A c Antunes, Tetrahedron Letters 49 (2008) 2506-2509 [14] [Jintao Guan Sheng Hua Liu*, Appl Organometal Chem.; 21: 355-359, 2007 [15] Soon Bong Park, Howard Alper*, C h e m c ommun ,1306 - 1307, 2004 [16] Taishi Kawasaki Yoshinori Yamamoto*, J Org.Chem., 67, 5138-5141,2002 [17] c Oliver Kappe, Angew Chem Int Ed., 43, 6250 -6284, 2004 [18] Jerome Durand, Emmanuelle Ieuma, Catalysis Communication 273-275,2008 [36] Rajender s Varma Vasudevan V.Namboodiri, Pure Appl Chem.,\oL13, No.8, pp 13091313, 2001 32 PHU• LUC • PHU• •LUC KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA l-Butyl-3-Methyl imidazolium Bromide BẰNG PHỔ m, MS, *H NMR VÀ 13C NMR PHU• LUC • PHU• •LUC KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA l-Hexyl-3-Methyl imidazolium Bromide BẰNG PHỔ m, MS, *H NMR VÀ 13C NMR PHU LUC •• PHỤ LỤC KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA l-Octyl-3-Methyl imidazolium Bromide BẰNG PHỔ IR, MS, *H NMR VÀ 13C NMR ... tài “ Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium- sử dụng làm dung môi xanh cho phản ứng ghép đôi carbon- carbon”, hi vọng đề tài triển vọng thu hút ý nhà hóa học vấn đề “Hóa học xanh ,... học cao, sử dụng làm hợp chất trung gian để tổng hợp cấu trúc phức tạp Chuồi phản ứng Sonogashira benzannulation phương pháp hiệu để tổng hợp hợp chất [16]: Sơ đồ 1- 21: Chuỗi phản ứng tổng hợp. .. hòa tan tốt chất lỏng ion hệ chất lỏng ion với xúc tác sau phản ứng có khả thu hồi tái sử dụng cho phản ứng tiếp theo, vấn đề cần quan tâm điều chế chất lỏng ion cần lượng lớn dung môi hữu để