TỔNG hợp và NGHIÊN cứu hợp CHẤT AZO CHỨA VÒNG FUROXAN TRÊN cơ sở ANETOL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRỊNH THỊ THU TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HỢP CHẤT AZO CHỨA VÒNG FUROXAN TRÊN CƠ SỞ ANETOL TỪ TINH DẦU HỒI KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN ĐẠI HỌC NGÀNH : SƯ PHẠM HÓA HỌC THANH HOÁ, THÁNG NĂM 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HỢP CHẤT AZO CHỨA VÒNG FUROXAN TRÊN CƠ SỞ ANETOL TỪ TINH DẦU HỒI KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN ĐẠI HỌC NGÀNH : SƯ PHẠM HÓA HỌC Người thực hiện: Trịnh Thị Thu Người hướng dẫn: T.S Trịnh Thị Huấn THANH HOÁ, THÁNG NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Trịnh Thị Huấn – Giảng viên môn hóa học, Khoa học tự nhiên Trường Đại học Hồng Đức, người tận tình giúp đỡ trình thực khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Hồng Đức người trực tiếp giảng dạy, trang bị cho kiến thức quý báu trình học tập rèn luyện Tuy nhiên điều kiện thời gian lực nghiên cứu hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, rất mong nhận thông cảm , góp ý từ phía thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, tháng năm 2016 Sinh viên thực Trịnh Thị Thu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Tình hình nghiên cứu tinh dầu hồi anetol 1.1 Sơ lược tinh dầu hồi 1.2 Phương pháp tách tinh dầu hồi anetol từ tinh dầu Hồi .4 1.3 Sơ lược tình hình nghiên cứu anetol Sơ lược hợp chất màu azo[14] 2.1 Định nghĩa .8 2.2 Tên gọi .8 2.3 Khái niệm màu sắc, quan hệ cấu trúc màu sắc 10 2.3.1 Khái niệm màu sắc, chất màu phẩm nhuộm .10 2.3.2 Quan hệ cấu trúc chất màu sắc 12 2.4 Một số loại phẩm nhuộm quan trọng .14 2.4.1 Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc cromopho 14 2.4.2 Phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng 19 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 23 I TỔNG HỢP CÁC CHẤT 23 Các phản ứng tổng hợp amin (A3) từ tinh dầu hồi 23 1.1 Tách anetole từ tinh dầu hồi 23 1.2 Tổng hợp 4-(4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A1) 23 1.3 Tổng hợp 4-(4-metoxi-3-nitrophenyl)-3-metylfuroxan (A2) 24 1.4 Tổng hợp 4-(3-amino-4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A3) 25 Tổng hợp hợp chất màu 26 3.1 Tổng hợp 26 II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .28 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU 28 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 30 3.2.1 Tổng hợp .30 3.2.2 Phổ 1H NMR A4 31 3.2.4 Phổ 13C NMR A4 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Những đóng góp đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .3 I Tình hình nghiên cứu tinh dầu hồi anetol .3 1.1 Sơ lược tinh dầu hồi 1.2 Phương pháp tách tinh dầu hồi anetol từ tinh dầu Hồi 1.3 Sơ lược tình hình nghiên cứu anetol Sơ lược hợp chất màu azo[14] 2.1 Định nghĩa 2.2 Tên gọi .8 2.3 Khái niệm màu sắc, quan hệ cấu trúc màu sắc .10 2.3.1 Khái niệm màu sắc, chất màu phẩm nhuộm 10 2.3.2 Quan hệ cấu trúc chất màu sắc 12 2.4 Một số loại phẩm nhuộm quan trọng .14 2.4.1 Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc cromopho 14 2.4.2 Phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng 20 Inđigo Luico inđigo không màu tan nước Inđigo trắng tan sợi vải .21 21 21 Đó loại phẩm nhuộm không tan nước, phân tán sợi, dùng để nhuộm rất tốt loại sợi có độ phân cực trung bình Người ta dùng phẩm nhuộm dạng huyền phù Khi nhuộm vải, để tăng trình hấp phụ thuốc nhuộm vào sợi vải phải nhuộm nhiệt độ cao tăng áp suất 21 Thí dụ : 1-Amino-4-hiđroxiantraquinon 21 e) Phẩm nhuộm phát triển ( phẩm nhuộm màu ) .22 Để thu sản phẩm nhuộm đen, màu bền nhiều lúc người ta điều chế thuốc nhuộm sợi phản ứng ghép (điazo hóa) 22 Vải sợi tẩm dung dịch β-naphtol kiềm; sau nhúng sợi vào dung dịch pnitrobenzenđiazoni clorua nhiệt độ lạnh – 5oC; màu đỏ vải sợi xuất phản ứng điazo hóa 22 Màu đỏ 22 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 23 I TỔNG HỢP CÁC CHẤT 23 Các phản ứng tổng hợp amin (A3) từ tinh dầu hồi .23 1.1 Tách anetole từ tinh dầu hồi 23 1.2 Tổng hợp 4-(4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A1) .23 1.3 Tổng hợp 4-(4-metoxi-3-nitrophenyl)-3-metylfuroxan (A2) 24 1.4 Tổng hợp 4-(3-amino-4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A3) 25 Tổng hợp hợp chất màu .26 3.1 Tổng hợp (A4) 26 II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 27 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước ta có nguồn tinh dầu thực vật phong phú quý giá Tuy nhiên, thường sử dụng trực tiếp xuất khẩu tinh dầu, tách biệt chuyển hoá hợp phần chúng thành hợp chất có giá trị cao Trong hoá học dị vòng, hợp chất chứa vòng 1,2,5-oxađiazol (vẫn gọi vòng furazan) N – oxit (còn gọi vòng furoxan) giữ vị trí khiêm tốn Các công trình nghiên cứu lĩnh vực tương đối Chỉ gần chúng thu hút ý nhà hoá học Một số hợp chất chứa vòng furoxan có khả chống vi khuẩn, chống nấm mạnh, chống vi trùng bệnh lao phổi, diệt cỏ, diệt nhện Những công trình nghiên cứu hóa dược cho thấy vòng furoxan vào thể giải phóng dần nitơ oxit (NO) Các nhà dược lý xếp chúng vào loại với trinitroglyxezol, nitroprusside chất dùng từ lâu điều trị số bệnh tim mạch Bên cạnh đó, nhu cầu màu sắc đời sống ngày cao lĩnh vực: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm số ngành công nghiệp khác dệt may, giày da… nên loại chất màu tổng hợp rất quan tâm người Chính lý nên định chọn hướng đề tài: “Tổng hợp nghiên cứu số hợp chất azo chứa vòng furoxan sở anetol từ tinh dầu hồi” Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp số hợp chất loại nitro, amin, azo chứa vòng furoxan từ anetol - Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc phổ IR, 1H NMR, 13C NMR chúng Mục đích nghiên cứu - Từ enetol tinh dầu hồi tổng hợp khoảng hợp chất - Nghiên cứu tính chất phổ cấu trúc chúng Đối tượng nghiên cứu - Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất màu azo chứa dị vòng furoxan từ anetol tinh dầu hồi Nội dung nghiên cứu a Tra cứu tài liệu phần nghiên cứu b Thực nghiệm: - Tổng hợp chuyển nhánh anlyl thành dị vòng furoxan - Tổng hợp dẫn xuất nitro, amin, azo - Phân tích chất tổng hợp phương pháp phổ đại c Kết thảo luận - Phân tích kết thu - Nghiên cứu cấu trúc hợp chất tổng hợp Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp tổng hợp hữu truyền thống có cải tiến cách sử dụng số tác nhân xúc tác (các phương pháp thực phòng thí nghiệm Trường Đại học Hồng Đức Thanh Hoá) - Dùng phương pháp phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, kết hợp với phương pháp hóa học để nghiên cứu cấu trúc Phổ đo loại máy đại Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết thu kết hợp với phương pháp hoá học để phân tích cấu trúc Những đóng góp đề tài - Tổng hợp: xuất phát từ anetol tổng hợp chất CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Tình hình nghiên cứu tinh dầu hồi anetol 1.1 Sơ lược tinh dầu hồi Cây đại hồi hay đại hồi hương bát giác hồi hương đơn giản hồi hay tai vị, có tên khoa học Illciumsum Hookf thuộc họ hồi (Illiciacene), loài gia vị có mùi thơm tương tự tiểu hồi, thu từ vỏ hình Illciumsum Hookf Cây hồi đặc sản nước ta, từ năm 1928, miền Bắc nước ta xuất khẩu 3625 tấn hồi (sang Pháp sang Trung Quốc) Mỗi năm trước xuất sang Pháp 50-100 tấn tinh dầu [1] Cây hồi đặc biệt mọc khu vực nhỏ chiếm khoảng 5000 km2 tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, số hai tỉnh Quảng Tây Quảng Đông Trung Quốc giáp giới với Việt Nam Mội số nơi khác có trồng không đáng kể Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Cạn, Thái Nguyên…[2] Mô tả: Cây nhỡ, cao 6-10m Thân thẳng to, cành thẳng nhẵn, lúc non màu lục nhạt sau chuyển sang màu nâu xám Lá mọc so le, phiến nguyên, dày, cứng giòn, nhẵn bóng, dài 8-12cm, rộng 3-4cm, hình mác trứng thuôn, nhọn dần, mặt xanh bóng mặt Hoa mọc đơn độc nách lá, có xếp 2-3 cái; cuống to ngắn; đài màu trắng có mép màu hồng; 5-6 cánh hoa màu hồng thẫm Quả kép gồm 6-8 đại (có hơn), xếp thành hình đường kính 2,5-3cm, lúc non màu lục, già màu nâu sẫm, đài dài 1015mm, có mũi nhọn ngắn đầu Hạt hình trứng, nhẵn, bóng Hoa tháng 3-5, tháng 6-9 Quả hồi chứa hàm lượng tinh dầu từ 3- 3,5% (tươi ) 9- 10% (khô ) Tinh dầu hồi chất lỏng không màu hay màu vàng nhạt mùi đặc biệt, vị ngọt, tỉ trọng 15oC từ 0,98- 0,99 Nhiệt độ đông đặc 14-18oC Trong tinh dầu hồi hàm lượng anetol 80-90%, lại tecpinen, safrol Lá hồi chứa tinh dầu với thành phần tương tự Nhiệt độ đông đặc (13-14 o C ) Nếu trộn lẫn tinh dầu tinh dầu ta thu loại tinh dầu có CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU Tổng hợp A1 cần thực nhiệt độ 10-15 oC nhiệt độ cao tạo thành hỗn hợp đồng phân khác vị trí nhóm N-oxit (nhóm N-oxit gần nhóm metyl gần nhóm phenyl) Khi nitro hóa A1 axit axetic thu được chất kết tinh màu vàng nhiệt nóng chảy 86oC kí hiệu A2 Vòng furoxan thường không bền môi trường kiềm để khử dẫn xuất nitro có chứa vòng furoxan tác giả công trình [13] thực phản ứng theo kiểu dị pha: Na2S2O4 hòa tan dung dịch nước chứa NaOH hợp chất nitro hòa tan benzen toluen Chúng khử A2 theo phương pháp dị pha hiệu suất không vượt 30% Chúng chuyển sang khử theo phương pháp đồng pha etanol (xem phần thực nghiệm), kết thu amin A3 với hiệu suất cao (70%) mà cách tiến hành phản ứng đơn giản (không phải cất quay) CH3 O H3CO CH CH CH3 NaNO2/CH3COOH N O N HNO3/H2SO4, t0 OCH3 (A1) O CH3 N O N (A2) NO2 Na2S2O4/NaOH OCH3 28 CH3 O N NH2 O N (A3) OCH3 Bảng 3.1 Hằng số vật lý dạng bề của hợp chất nitro amin tổng hợp STT Hợp chất CH3 O N O N N O N N 90 Dạng bề Hình kim, màu vàng Điểm chảy (0C) 96-97 OCH3 NO2 A2 62 A3 55 Hình kim, màu vàng 85-86 OCH3 CH3 O (%) A1 CH3 O Hiệu suất Ký hiệu Hình kim, màu vàng nhạt 119-120 NH2 O N OCH Trên phổ IR A3, thấy xuất vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm NH2, NH, C=N, C=C, O=N→O, =C-O, C-H có phân tử, vân NH2 thể rõ ràng phổ IR (bảng 3.2.) Bảng 3.2 Một số vân hấp thụ phổ IR amin K/ νNH2 CT h A3 O νC-H νC-H (no) νC=N, νC=C 2934 1603 νONO (thơm) CH3 N O N NH2 3468 307 3371 1582 1465 OCH3 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 3.2.1 Tổng hợp Nhóm -NH2 dẫn xuất hiđrazin nhóm có khả phản ứng cao Chúng chuyển hợp chất thành hợp chất điazoni nhiệt độ – 0C, 29 hợp chất tác nhân electronphin (E+) dễ dàng tấn công vào nhân thơm hợp chất phenol thực phản ứng ghép tạo hợp chất azo Phản ứng cho hiệu suất cao ( 75%) H3CO N N NO N O N O N + NaNO2/HCl CH3 NH2 OCH3 (A3) H3CO H3CO +B N N O N O NO N O N= N N CH3 O H3COC CH3 HO CH3 O O H3C (Z) (A4) Sơ đồ 3.2 Chuyển hóa nhóm amin thành hợp chất azo Bảng 3.3 Hằng số vật lý dạng bề của hợp chất A4 STT Ký hiệu A4 Hiệu suất Dạng bề (%) Chất rắn màu đỏ thẩm, 75 dạng bột 30 Điểm chảy (0C) 200- 206 3.2.2 Phổ 1H NMR A4 Hình 3.1 Phổ 1H NMR của hợp chất A4 31 32 33 Hình 3.2 Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 Hình 3.2 Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 34 H3CO 21 N=N 11 12 N O N O CH3 10 20 13 H3COC 19 14 O 15 HO 18 16 H3C O (Z) 17 22 (A4) Bảng 3.4 Tín hiệu cộng hưởng 1H NMR của hợp chất A4, δ (ppm), J (Hz) KH A4 H2 6,4 s H5 7,9d H6 7,5d H7 4,1s H10 2,3 s H12 7,9 s H17 8,3 s H21 2,7 s H22 2,5d 3.2.4 Phổ 13C NMR của A4 Phân tử azo A4 có từ 22C nên phân tích chúng rất khó khăn kết hợp với phổ hợp chất tương tự công trình trước đẫ công bố để xác định cấu trúc hợp chất Tín hiệu phổ 13C NMR đưa vào bảng 3.5 35 Hình 3.4 Phổ 13C NMR của hợp chất A4 36 Bảng 3.5 Tín hiệu cộng hưởng 13C NMR của hợp chất A4, δ (ppm) K C1 C3 C5 C7 C9 C11 C13 C15 C17 C19 C21 H A4 C2 157,8 C4 141,9 C6 113,7 C8 56,4 C10 113,2 C12 156,0 C14 113,7 C16 114,3 C18 114,3 C20 156,0 C22 157,61 131,0 114,3 157, 8,48 112,21 109,9 184,2 8,48 157,6 184,2 120,7 4 KẾT LUẬN Trong đề tài này, đạt số kết sau: Đã tổng hợp amin có chứa vòng 1,2,5-oxađiazol-N-oxit xuất phát từ enetol nhờ chuỗi phản ứng sau: khép vòng 1,2,5-oxađiazol-Noxit nhánh allyl, nitro hóa, khử nhóm –NO thành nhóm –NH2 Nhờ tổng hợp amin A3 - chất chìa khoá Điazoni hoá amin A3 cho phản ứng ghép với 2-naphtol p-crezol tạo hai hợp chất chứa nhóm azo Đã đo phân tích phổ 1H NMR ,13C NMR hợp chất (A4) Bằng liệu từ phổ xác định cấu trúc (A4) chất chưa thấy mô tả tài liệu tra cứu Trên sở phân tích chi tiết phổ 1H NMR ,13C NMR, cung cấp liệu độ chuyển dịch hóa học proton hợp chất loại chứa nhóm azo 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Khang, Phạm Văn Khiển-Khai thác tinh dầu làm thuốc xuất khẩu NXB Y học (2001) Đỗ Tất Lợi-Những thuốc vị thuốc Việt Nam Tập I- NXB Khoa học kỹ thuật 1969 Phạm Văn Hoan- Tổng hợp nghiên cứu số hợp chất chứa nitơ sở Eugenol anetol Luận án tiến sĩ Hóa học – Trường đại học Sư phạm Hà Nội Trần Hữu Anh, Lê Ngọc Thạch, Nguyễn Tuyết Trinh, Trần Kim Quí Tạp chí Hóa Học- T35 số 1, Tr 23-26(1997) Mai Ngọc Chúc- Hóa học công nghiệp Hóa chất số 5(1997) Lê Thị Anh Đào (1997) nghiên cứu chuyển hóa anetol tinh dầu hồi thành chất khác Tạp chí hóa học Tập 35, số 1, tr 82- 84 Hóa học hữu – Nguyễn Hữu Đĩnh – NXB Giáo Dục Tài liệu Tiếng Anh Ceretto Hugo, Maio Rosanna, Journal of medicinal chemistry, 42(1999)N o 11,p,1941-1950 G V Brucker, J Kovacs(1948) Addition of maleic anhydride to anethole Jour Org Chem., 1984, Vo113, 641-651 10 Olliver Gaudin and Noel Loz’ach(1947) Sulfurized derivatives O anethole and estrangole Compt Rend, 577-8(1947) CA Vol 41 1947, 3441e 11 Lydia Monlt; Gazzchim Ital 74233-275(1994) 12 Zdenekec Bubukin (1954) Chem Listry, 48,241-6(1959) 13 C.A Vol 15 (1921) No 86 14 Nguyen Huu Dinh, Ngo Thi Ly, Trinh Thi Huan (2003), “Imines and ozo compounds derived from 4-(3-amino-4-methoxyphenyl)-3-methylfuroxan” Journal of Chemistry (of Vietnam in English), Vol 43, No.1, pp 128-132 38 15 Mariana Boiani, Hugo Cerecetto, Mercedes González, Mariela Risso, Claudio Olea-Azar, Oscar E Piro, Eduardo E Castellano, Adela López de Ceráin, Olga Ezpeleta, Antonio Monge-Vega (2001) 1,2,5-Oxadiazole N-oxide derivatives as potential anti-cancer agents: synthesis and biological evaluation Part IV Eur J Med Chem., 36(10), pp 771-782 16 V Ovchinnikov, A S Kulikov, N N Makhova, P Tosco, A Di Stilo, R Fruttero, and A Gasco (2003) Synthesis and vasodilating properties of Nankylamine derivative of 4-amino-3-furoxancarboxylic acid and related azo derivatives II Farmaco, 58 (9), pp 677-681 17 AM Gasco, A Di Stilo, G Sorba, A Gasco, R Ferioli, G Folco, M Civelli and P Caruso (1993) 1,1-Dinitroethyl substituted furoxans: a new class of vasodilators and inhibitors of platelet aggregation Eur J Med Chem., 28 (5), pp 433-438 18 John Stevens, Marcus Schweizer, and Guntram Rauhut (2001) Toward an Understanding of the Furoxan−Dinitrosoethylene Equilibrium J Am Chem Soc, 123 (30), pp 7326–7333 19 Lucia Boiani, Gabriela Aguirre, Mercedes González, Hugo Cerecetto, Agustina Chidichimo, Juan J Cazzulo, Massimo Bertinaria, Stefano Guglielmo (2008) Furoxan-, alkylnitrate-derivatives and related compounds as antitrypanosomatid agents: Mechanism of action studies Bioorg Med Chem., 16 (17), pp 7900-7907 20 Sergio Auricchio, Antonio Selva, Ada M Truscello (1997) New reactions of furoxans: Formation of alkynes and cyclobutaphenanthrenes Tetrahedron, 53 (51), pp 17407-17416 39 40 41 ... màu tổng hợp rất quan tâm người Chính lý nên định chọn hướng đề tài: Tổng hợp nghiên cứu số hợp chất azo chứa vòng furoxan sở anetol từ tinh dầu hồi” Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp số hợp. .. tượng nghiên cứu - Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất màu azo chứa dị vòng furoxan từ anetol tinh dầu hồi Nội dung nghiên cứu a Tra cứu tài liệu phần nghiên cứu b Thực nghiệm: - Tổng hợp. .. PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .28 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU 28 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 30 3.2.1 Tổng