Nghiên cứu tổng hợp một số phức chất của đồng hướng làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa chọn lọc cấu trúc olefin

BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI - - VŨ MẠNH TIẾN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ PHỨC CHẤT CỦA ĐỒNG HƢỚNG LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXY HÓA CHỌN LỌC CẤU TRÚC OLEFIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ HÀ NỘI - 2018 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI - - VŨ MẠNH TIẾN Mã sinh viên: 1301417 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ PHỨC CHẤT CỦA ĐỒNG HƢỚNG LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXY HÓA CHỌN LỌC CẤU TRÚC OLEFIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Đình Luyện NCS Nguyễn Minh Ngọc Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dƣợc Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới người thầy tơi, PGS TS Nguyễn Đình Luyện – Ngun trưởng môn Công nghiệp Dược, người đồng hành vượt qua bao khó khăn Cảm ơn thầy ln quan tâm, động viên tơi, tận tình hướng dẫn tơi, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành khóa luận Tôi vô biết ơn xin chân thành cảm ơn hai người thầy NCS Nguyễn Minh Ngọc đặc biệt TS Nguyễn Văn Hải quan tâm, động viên, trực tiếp hướng dẫn tôi, cho kinh nghiệm quý báu công việc sống Cảm ơn thầy bảo từ bước chập chững đường nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Văn Giang, Ths Đào Nguyệt Sƣơng Huyền, thầy cô quan tâm sát sao, cho động lực, lời khuyên quý giá Tôi xin chân thành cảm ơn đơn vị: Viện Thực phẩm chức năng; Khoa Hóa – Đại học KHTN, Đại học Quốc Gia Hà Nội nhiệt tình, giúp đỡ tơi q trình thực khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn người bạn tôi, đặc biệt bạn thực khóa luận phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa Dược, mơn Cơng nghiệp Dược gắn bó tơi, chia sẻ, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu trường Cuối cùng, xin dành biết ơn sâu sắc tới bố mẹ gia đình tơi Cảm ơn gia đình yêu thương tôi, bên tôi, ủng hộ để tơi có ngày hơm nay! Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2018 Sinh viên Vũ Mạnh Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Các phƣơng pháp oxy hóa chọn lọc alken thành hợp chất aldehyd 1.1.1 Phản ứng ozon phân 1.1.2 Phản ứng oxy hóa Lemieux – Johnson sử dụng xúc tác OsO4 1.1.3 Oxy hóa sử dụng chất xúc tác N-Hydroxyphthalimid (NHPI) tác nhân O2 1.1.4 Oxy hóa sử dụng xúc tác AIBN (2,2 – azobis isobutyrinitril) với tác nhân O2 1.1.5 Sử dụng hợp chất rutheni làm xúc tác 1.1.6 Sử dụng hợp chất sắt làm xúc tác 1.1.7 Sử dụng xúc tác phức đồng (II) 5,7,12,14-tetramethyl-1,4,8,11- tetraazacyclotetradeca-4,7,11,14-tetraen 1.1.8 Sử dụng phức đồng (II) bisacetylaceton-ethylendiimin làm xúc tác 1.1.9 Sử dụng phức acetylacetonat kim loại làm xúc tác 1.2 Ứng dụng phản ứng oxy hóa chọn lọc cấu trúc olefin nguyên liệu eugenol 1.2.1 Đôi nét eugenol 1.2.2 Ứng dụng 10 1.3 Lựa chọn hƣớng nghiên cứu 13 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Nguyên liệu thiết bị 14 2.2 Nội dung nghiên cứu 16 2.2.1 Tổng hợp xúc tác 16 2.2.2 Khảo sát tính chọn lọc xúc tác phản ứng oxy hóa cấu trúc olefin 16 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 16 2.3.1 Tổng hợp hóa học 16 2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết chất tổng hợp 16 2.3.3 Xác định cấu trúc chất tổng hợp 16 2.3.4 Khảo sát tính chọn lọc xúc tác 17 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ 18 3.1 Tổng hợp xúc tác 18 3.1.1 Tổng hợp phức đồng (II) bisacetylaceton-ethylendiimin (LCu) 18 3.1.2 Tổng hợp phức đồng (II) acetylacetonat (ACu) 22 3.2 Khảo sát oxy hóa số olefin sử dụng xúc tác LCu ACu 24 3.2.1 Oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác LCu 24 3.2.2 Oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác ACu 26 3.2.3 Oxy hóa O-acetyleugenol sử dụng xúc tác LCu 27 CHƢƠNG BÀN LUẬN 30 4.1 Về phản ứng tổng hợp xúc tác 30 4.1.1 Về phản ứng tổng hợp LH2 30 4.1.2 Về phản ứng tổng hợp LCu 32 4.2 Về phản ứng acetyl hóa eugenol 32 4.3 Về cấu trúc sản phẩm 33 4.3.1 Về cấu trúc LH2 33 4.3.2 Về cấu trúc LCu 34 4.4 Về phản ứng oxy hóa eugenol O-acetyleugenol 35 4.4.1 Về vai trò chất xúc tác 35 4.4.2 Về ảnh hưởng loại dung môi 36 4.4.3 Về ảnh hưởng nhiệt độ 36 4.4.4 Về ảnh hưởng tỉ lệ mol H2O2 : eugenol 36 4.4.5 Về chế hình thành sản phẩm 36 4.4.6 Về tính chọn lọc phản ứng 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Δ Độ chuyển dịch hóa học νmax Số sóng tương ứng với cực đại hấp thụ xạ hồng ngoại dao động hóa trị H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton nuclear magnetic resonance) 13 C-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear magnetic resonance) Ac Acetyl Acac Acetylacetonat AIBN 2,2-azobis isobutyrinitril CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử KLPT Khối lượng phân tử IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) LCu Phức đồng (II) bisacetylaceton-ethylendiimin MCu Phức đồng (II) 5,7,12,14-tetramethyl-1,4,8,11-tetraazacyclo tetradeca-4,7,11,14-tetraen ACu Phức đồng (II) acetylacetonat m/z Tỷ lệ số khối điện tích ion GC-MS Phương pháp sắc ký khí kết hợp với phân tích phổ khối lượng MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) NHPI N-Hydroxyphthalimid Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) SKLM Sắc ký lớp mỏng STT Số thứ tự Tonc Nhiệt độ nóng chảy tt/tt Tỷ lệ (thể tích: thể tích) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục dung mơi, hóa chất 14 Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ, thiết bị .15 Bảng 3.1 Kết phân tích phổ MS LH2 19 Bảng 3.2 Kết phân tích phổ IR LH2 19 Bảng 3.3 Kết phân tích phổ 1H-NMR 13C-NMR LH2 20 Bảng 3.4 Kết phân tích phổ MS LCu 21 Bảng 3.5 Kết phân tích phổ IR LCu 22 Bảng 3.6 Kết phân tích phổ 1H-NMR LCu .22 Bảng 3.7 Kết phân tích phổ MS ACu .24 Bảng 3.8 Kết phổ MS hỗn hợp phản ứng oxy hóa eugenol với xúc tác LCu 25 Bảng 3.9 Kết phổ MS hỗn hợp phản ứng oxy hóa O-acetyleugenol .29 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phản ứng ozon phân nối đôi Hình 1.2 Phản ứng oxy hóa Lemieux – Johnson Hình 1.3 Oxy hóa cắt mạch nối đơi dùng NHPI O2 Hình 1.4 Cơ chế phản ứng oxy hóa cắt mạch nối đơi dùng NHPI O2 .4 Hình 1.5 Phản ứng oxy hóa cắt mạch nối đơi dùng AIBN O2 Hình 1.6 Cơ chế phản ứng oxy hóa phân cắt mạch nối đơi dùng AIBN O2 Hình 1.7 Ứng dụng xúc tác muối RuCl3 oxy hóa cắt mạch nối đơi Hình 1.8 Oxy hóa sử dụng xúc tác [cis-Ru(II)(dmp)2(H2O)2]2+ .6 Hình 1.9 Oxy hóa styren theo phương pháp Dhakshinamoorthy Hình 1.10 Oxy hóa styren theo phương pháp Angela Gonzalez-de-Castro Hình 1.11 Sơ đồ phản ứng oxy hóa cắt nối đơi đầu mạch dùng phức MCu Hình 1.12 Sơ đồ phản ứng oxy hóa styren dùng phức LCu Hình 1.13 Các phản ứng oxy hóa sử dụng phức acetylacetonat làm xúc tác Hình 1.14 Tổng hợp vanillin từ eugenol theo Aoyama Otake 11 Hình 1.15 Tổng hợp vanillin từ eugenol theo Lưu Thị Xuân .11 Hình 1.16 Tổng hợp berberin từ eugenol 12 Hình 1.17 Tổng hợp hydroxytyrosol từ eugenol 13 Hình 3.1 Sơ đồ tổng hợp LH2 .18 Hình 3.2 Sơ đồ tổng hợp phức LCu từ LH2 20 Hình 3.3 Sơ đồ tổng hợp ACu 22 Hình 3.4 Oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác LCu 24 Hình 3.5 Oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác ACu 26 Hình 3.6 Sơ đồ phản ứng acetyl hóa eugenol .27 Hình 3.7 Oxy hóa O-acetyleugenol sử dụng xúc tác LCu 28 Hình 4.1 Cơ chế phản ứng ngưng tụ hợp chất carbonyl với amin bậc 30 Hình 4.2 Sản phẩm ngưng tụ ethylendiamin acetylaceton 31 Hình 4.3 Phản ứng tự phân hủy LH1 32 Hình 4.4 Cơ chế xúc tác DMAP phản ứng acetyl hóa eugenol 32 Hình 4.5 Dạng hỗ biến LH2 33 Hình 4.6 CTCT LCu 35 Hình 4.7 Cơ chế oxy hóa alken sử dụng xúc tác LCu dựa theo Chun Mi 37 Hình 4.8 Vòng thơm làm bền hóa gốc tự sinh 37 Hình 4.9 Tóm tắt chế oxy hóa eugenol tạo homovanillin vanillin .38 Hình 4.10 Cơ chế hình thành phức hợp trung gian LCu, H2O2 eugenol 38 Hình 4.11 Cơ chế hình thành sản phẩm oxy hóa nối đơi .39 Hình 4.12 Cơ chế gốc tự hình thành dime eugenol 40 32 PACL J MCCARTHY, RICHilRD J HCWEY, et al (1955), "Inner Complex Chelates I Analogs of Bisacetylacetoneethylenediimine and its Metal Chelates", 77, pp 5820-5823 33 Pappo Raphael, Allen Jr, D, et al (1956), "Osmium tetroxide-catalyzed periodate oxidation of olefinic bonds", The Journal of Organic Chemistry, 21(4), pp 478-479 34 Rajabi Fatemeh, Karimi Nafiseh, et al (2012), "Unprecedented Selective Oxidation of Styrene Derivatives using a Supported Iron Oxide Nanocatalyst in Aqueous Medium", Advanced Synthesis & Catalysis, 354(9), pp 1707-1711 35 Robbins Michael H., Drago Russell S (1997), "Activation of Hydrogen Peroxide for Oxidation by Copper(II) Complexes", Journal of Catalysis, 170(2), pp 295-303 36 Sousa Sara C A., Fernandes Ana C (2016), "Oxidative cleavage of aryl epoxides to benzaldehydes catalyzed by VO(acac)2", Tetrahedron Letters, 57(5), pp 520-522 37 T W Graham Solomons, Craig B Fryhle, Scott A Snyder (2014), Organic Chemistry, John Wiley & Sons, Inc, United States of America, pp 38 Titinchi Salam J J., Von Willingh Gavin, et al (2015), "Tri- and tetradentate copper complexes: a comparative study on homogeneous and heterogeneous catalysis over oxidation reactions", Catalysis Science & Technology, 5(1), pp 325-338 39 Tursiloadi S., Kristiani A., et al (2017), "Catalytic activity of titania zirconia mixed oxide catalyst for dimerization eugenol", AIP Conference Proceedings, 1803(1), pp 020054 40 Vladimir Kogan, Miriam M Quintal, et al (2005), "Regioselective Alkene Carbon−Carbon Bond Cleavage to Aldehydes and Chemoselective Alcohol Oxidation of Allylic Alcohols with Hydrogen Peroxide Catalyzed by [cisRu(II)(dmp)2(H2O)2]2+ (dmp ) 2,9-dimethylphenanthroline)", ORGANIC LETTERS, 7, pp 5039-5042 41 Wang A., Jiang H (2010), "Palladium-catalyzed direct oxidation of alkenes with molecular oxygen: general and practical methods for the preparation of 1,2-diols, aldehydes, and ketones", J Org Chem, 75(7), pp 2321-6 42 Wang Guang-Zu, Li Xing-Long, et al (2014), "AIBN-Catalyzed Oxidative Cleavage of gem-Disubstituted Alkenes with O2 as an Oxidant", The Journal of organic chemistry, 79(15), pp 7220-7225 43 Willingh Gavin Von, Zeolite encapsulated metal complexes as heterogeneous catalysts for oxidation reactions 2012 p 1-121 44 Yang Dan, Zhang Chi (2001), "Ruthenium-Catalyzed Oxidative Cleavage of Olefins to Aldehydes", J Org Chem, 66, pp 4814-4818 45 Yu Wei-Feng, Meng Xiang-Guang, et al (2013), "Selective oxidation of Mandelic acids catalyzed by copper (II) complexes", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 379, pp 315-321 46 Yu Wensheng, Mei Yan, et al (2004), "Improved Procedure for the Oxidative Cleavage of Olefins by OsO4− NaIO4", Organic letters, 6(19), pp 3217-3219 WEBSITE 47 http://www.magritek.com/wp-content/uploads/2015/03/Lab-Manual-Metal- acetylacetonate-Complexes-web.pdf 48 https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/3314 49 https://www.iiste.org/Journals/index.php/JNSR/article/viewFile/39401/40510 PHỤ LỤC Phụ lục Phổ Phổ MS – positive LH2 Phổ IR LH2 Phổ 1H-NMR LH2 Phổ 13C-NMR LH2 Phổ MS – positive LCu Phổ IR LCu Phổ 1H-NMR LCu Phổ MS – positive ACu Phổ MS – positive O-acetyleugenol 10 Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác LCu 11 Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác ACu 12 Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa O-acetyleugenol sử dụng xúc tác LCu Phụ lục 1: Phổ MS – positive LH2 Phụ lục 2: Phổ IR LH2 Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR LH2 Phụ lục 4: Phổ 13C-NMR LH2 Phụ lục 5: Phổ MS – positive LCu Phụ lục 6: Phổ IR LCu Phụ lục 7: Phổ 1H-NMR LCu Phụ lục 8: Phổ MS - positive phức ACu Phụ lục 9: Phổ MS - positive O-acetyleugenol Phụ lục 10: Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác LCu Phụ lục 11: Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa eugenol sử dụng xúc tác ACu Phụ lục 12: Phổ MS – positive hỗn hợp sản phẩm oxy hóa O-acetyleugenol sử dụng xúc tác LCu ... đợi Chính vậy, nhằm cung cấp xúc tác hiệu cho phản ứng thực đề tài: Nghiên cứu tổng hợp số phức chất đồng hướng làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa chọn lọc cấu trúc olefin 13 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU,... TIẾN Mã sinh viên: 1301417 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ PHỨC CHẤT CỦA ĐỒNG HƢỚNG LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXY HÓA CHỌN LỌC CẤU TRÚC OLEFIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn... hóa học tích cực nghiên cứu khả xúc tác phản ứng oxy hóa, mà có oxy hóa chọn lọc nối đơi C=C [7], [20], [36] Mặt khác, số nghiên cứu gần sử dụng tác nhân H2O2, kết hợp với xúc tác phức chất đồng