Tổng hợp dẫn xuất 1,8 dioxodecahydroacridine dùng xúc tác rắn montmorillonite hoạt hóa acid trong điều kiện không dung môi​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM  KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP DẪN XUẤT 1,8DIOXODECAHYDROACRIDINE DÙNG XÚC TÁC RẮN MONTMORILLONITE HOẠT HĨA ACID TRONG ĐIỀU KIỆN KHƠNG DUNG MƠI SVTH: TRẦN VĂN HÙNG GVHD: ThS PHẠM ĐỨC DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng - 2016 MỤC LỤC Mở đầu Chương1 Tổng quan 1.1 Phản ứng Hantzsch 1.1.1 Khái niệm .3 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần 1.1.1.2 Phản ứng Hantzsch 1.1.2 Cơ chế phản ứng .3 1.1.2.1 Cơ chế phản ứng .4 1.1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp sử dụng .4 1.1.2.2.1 Sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 1.1.2.2.2 Sử dụng xúc tác SSA (silica-supported sulfuric acid) .6 1.1.2.2.3 Sử dụng xúc tác PPA-SiO2 (silica-supported polyphosphoric acid) 1.2 Ứng dụng số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine 1.3 Hóa học vi sóng 1.3.1 Lịch sử 1.3.2 Cơ chế hoạt động 1.3.3 Ứng dụng vi sóng vào tổng hợp hữu 1.4 Montmorillonite 1.4.1 Lịch sử – Khái niệm 1.4.2 Cơ cấu – Phân loại 1.4.3 Tính chất 10 1.4.3.1 Tính chất vật lý 10 1.4.3.2 Tính chất hóa học 10 1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion 10 1.4.3.2.2 Khả xúc tác MMT 11 Chương Thực nghiệm 12 2.1 Hóa chất thiết bị 13 2.1.1 Hóa chất 13 2.1.2 Thiết bị 13 2.2 Điều chế xúc tác 13 2.3 Điều chế 1,8-Dioxodecahydroacridine 14 2.4 Q trình tối ưu hóa 14 2.5 So sánh với xúc tác khác .15 2.6 Tổng hợp dẫn suất 15 2.7 Định danh sản phẩm .15 Chương Kết thảo luận .16 3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.6 3.7 3.7.1 Mục đích phạm vi nghiên cứu 17 Quy trình tổng hợp 17 Tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT 17 Tối ưu sản phẩm 18 Tối ưu hóa nhiệt độ 18 Tối ưu thời gian 18 Tối ưu tỉ lệ chất 19 Tối ưu xúc tác .19 So sánh với xúc tác khác .20 Tổng hợp dẫn xuất 21 Định danh sản phẩm 21 3,3,6,6-tetramethyl-9-phenyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine-1,8(2H,5H)dione (4A) 21 3.7.2 9-(4-nitrophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine1,8(2H,5H)-dione (4B) 23 3.7.3 9-(4-bromophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine1,8(2H,5H)-dione (4C) 25 3.7.4 9-(4-methylphenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine1,8(2H,5H)-dione (4D) 27 Chương Kết luận Đề xuất 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .34 PHỤ LỤC 36 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Kết sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 Bảng 2: Kết sử dụng xúc tác SSA .6 Bảng 3: Kết sử dụng xúc tác PPA-SiO2 .7 Bảng 4: Kết tối ưu hóa nồng độ acid sulfuric hoạt hóa MMT 17 Bảng 5: Kết tối ưu hóa theo nhiệt độ .18 Bảng 6: Kết tối ưu hóa theo thời gian .19 Bảng 7: Kết tối ưu hóa theo tỉ lệ tác chất 19 Bảng 8: Kết tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác 20 Bảng 9: So sánh loại xúc tác 20 Bảng 10: Kết tổng hợp dẫn xuất 21 Bảng 11: Quy kết mũi proton chất 4A phổ H-NMR .23 Bảng 12: Quy kết mũi proton chất 4B phổ H-NMR 25 Bảng 13: Quy kết mũi proton chất 4C phổ H-NMR .27 Bảng 14: Quy kết mũi proton chất 4D phổ H-NMR .29 Bảng 15: Quy kết phổ H-NMR số dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine 30 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ phản ứng Hantzsch Hình 2: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 Hình 3: Cơ chế phản ứng xúc tác ZnCl2.SiO2 Hình 4: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác SSA Hình 5: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác PPA-SiO2 Hình 6: Cơ chế hoạt động vi sóng .8 Hình 7: Mơ hình cấu khơng gian MMT Hình 8: Sơ đồ tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine dẫn xuất 17 Hình 9: Phổ H-NMR chất 4A 22 Hình 10: Phổ H-NMR chất 4B 24 Hình 11: Phổ H-NMR chất 4C 26 Hình 12: Phổ H-NMR chất 4D 28 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4A 37 Phụ lục 2: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4A 38 Phụ lục 3: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4B 39 Phụ lục 4: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4B 40 Phụ lục 5: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4C 41 Phụ lục 6: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4C 42 Phụ lục 7: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4D 43 Phụ lục 8: Phổ H-NMR giãn rộng hợp ch ất 4D 44 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng Mở đầu Kể từ nhiều thảm kịch xảy cơng nghiệp hóa chất, giới quan tâm nhiều vào phát triển bền vững Năm 1998, Natas Warner đề xuất 12 nguyên tắc hóa học xanh thước đo “độ sạch” qui trình cơng nghệ hóa chất Một năm sau đó, tạp chí Hóa học Xanh (Green Chemistry) thức đời để xuất báo khoa học liên quan đến lĩnh vực Nổi bật lĩnh vực hóa học xanh kể đến việc áp dụng dung mơi xanh (chất lỏng ion), kích hoạt xanh (vi sóng) hay phản ứng điều kiện khơng dung mơi,… Hầu tất phản ứng hóa học hữu địi hỏi phải có diện xúc tác Trong Hóa học Xanh, xúc tác “xanh” xúc tác an toàn thao tác, thân thiện với mơi trường hồn tất phản ứng có nguồn gốc từ tự nhiên Montmorillonite xúc tác xanh sử dụng thông dụng, thân thiện với môi trường, an tồn sử dụng tái sử dụng nhiều lần Trong nhiều phản ứng đóng vai trị acid rắn Trong báo cáo này, tơi trình bày việc điều chế số xúc tác montmorillonite nghiên cứu việc sử dụng xúc tác vào việc tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng Chương1 Tổng quan Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.1 SVTH: Trần Văn Hùng Phản ứng Hantzsch 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần Phản ứng đa thành phần (multi–component reaction, MCR) trình mà ba nhiều thành phần dễ dàng phản ứng với bình phản ứng để tạo sản phẩm cuối hiển thị đặc điểm tất nguyên liệu đầu vào [1] Phản ứng đa thành phần có khả tạo thành phân tử phức tạp với đơn giản ngắn gọn Một lợi ích điển hình phản ứng dễ dàng thu sản phẩm tinh khiết, hầu hết tác chất ban đầu kết hợp tạo thành sản phẩm cuối 1.1.1.2 Phản ứng Hantzsch Năm 1881, nhà hóa học người Đức Arthur Rudolf Hantzsch báo cáo phản ứng ngưng tụ vòng cyclo xúc tác acid aldehyde, hai β-cetoester ammonium acetate (hoặc amine) Phản ứng Hantzsch phản ứng đa thành phần tạo [2] pyridine hay dihydropyridine Phản ứng Hantzsch tạo 1,8-Dioxodecahydroacridine từ benzaldehyde, 5,5dimethylcyclohexane-1,3-dione (dimedone), ammonium acetate CHO R Hình 1: Sơ đồ phản ứng Hantzsch 1.1.2 Cơ chế phản ứng Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.1.2.1 SVTH: Trần Văn Hùng Cơ chế phản ứng [3] Cơ chế phản ứng sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 Ban đầu dimedone bị proton hóa xúc tác ZnCl 2.SiO2 sau tác dụng với benzaldehyde tách nước tạo chất trung gian I Chất trung gian I tác dụng với dimedone bị proton hóa xúc tác tạo chất trung gian II Chất trung gian II tác dụng với ammonium acetate, tách nước tạo chất trung gian III Cuối trung gian III đóng vịng tách nước tạo sản phẩm 1,8-Dioxodecahydroacridine (hình 3) 1.1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp sử dụng 1.1.2.2.1 Sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 CHO R Hình 2: Sơ đồ phản ứng Hantzsch sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 [3] Thực phản ứng với xúc tác ZnCl2.SiO2 tỉ lệ mol tác chất 1:2:3=1:2:1 Kết sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 trình bày bảng Bảng 1: Kết sử dụng xúc tác ZnCl2.SiO2 o Nhiệt độ ( C) 60 80 100 120 120 120 120 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng Chương Kết luận Đề xuất 31 Khóa Luận Tốt Nghiệp  SVTH: Trần Văn Hùng Kết luận Phương pháp tổng hợp 1,8-Dioxodecahydroacridine từ benzaldehyde, 5,5dimethylcyclohexane-1,3-dione (dimedone), ammonium acetate xúc tác LD40 phương pháp dễ thực với điều kiện tối ưu là: • Thời gian: 14 phút o • Nhiệt độ: 110 C • Khối lượng xúc tác: 0,15 g • Tỉ lệ tác chất 1:2:3=1:2:1,5 Dẫn xuất 1,8-Dioxodecahydroacridine tổng hợp được: • 3,3,6,6-tetramethyl-9-phenyl-3,4,6,7,9,10-hexahydroacridine1,8(2H,5H)-dione (4A) • 9-(4-nitrophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10hexahydroacridine-1,8(2H,5H)-dione (4B) • 9-(4-bromophenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10hexahydroacridine-1,8(2H,5H)-dione (4C) • 9-(4-methylphenyl)-3,3,6,6-tetramethyl-3,4,6,7,9,10hexahydroacridine-1,8(2H,5H)-dione (4D) Những ưu điểm vượt trội phương pháp bao gồm: sử dụng lượng tác chất, xúc tác rẻ tiền, không độc hại, dễ xử lý Với ưu điểm xúc tác điều kiện phản ứng không dung môi mở hướng cho tổng hợp hữu cơ, góp phần vào cơng xây dựng mơ hình “hóa học xanh” − thân thiện môi trường  Đề xuất Qua nghiên cứu tơi có số đề nghị: Nghiên cứu khả sử dụng tái xúc tác LD40 32 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng Khảo sát phản ứng sử dụng hai β-cetoester dimedone etylacetoacetat Tiến hành thăm dị hoạt tính sinh học dẫn xuất tổng hợp 33 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Dömling, I Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew Chem Int Ed., 39, 3170-3172, (2000) [2] Martin N, Quinteiro M, Seoane C, Soto J L, Mora A, Suarez M, Ochoa E, Morales A, Synthesis and conformational study of acridine derivatives related to 1,4dihydropyridines, Journal of Heterocyclic Chemistry, 32, 235-238, (1995) [3] Tayebeh Sanaeishoar, Mitra Saremi, A One-Pot Synthesis of 1,8dioxodecahydroacridine Using Zinc Chloride Silica gel-supported Catalyst under Solvent-Free Conditions, International Journal of Heterocyclic Chemistry, 2(1), 3944, (2012) [4] S Sheik Mansoor, K Aswin, K Logaiya, S.P.N Sudhan, Aqua-mediated synthesis of acridinediones with reusable silica-supported sulfuric acid as an efficient catalyst, Journal of Taibah University for Science, 8, 265-275, (2014) [5] Farid Moeinpour, Amir Khojastehnezhad, An Efficient One-Pot Synthesis of 1,8-Dioxodecahydroacridines UsingSilica-Supported Polyphosphoric Acid (PPASiO2) under Solvent-Free Conditions, E-Journal of Chemistry, 9(2), 504-509, (2012) [6] Saeed Balalaie, Fatemeh Chadegani, Fatemeh Darviche, Hamid Reza Bijanzadeh, One-pot Synthesis of 1,8-Dioxo-decahydroacridine Derivatives in Aqueous Media, Chinese Journal of Chemistry, 27, 1953-1956, (2009) [7] James Clark, Duncan Macquarrie, Handbook of Green Chemistry & Technology, Blackwell: Oxford, (2002) [8] Loupy André, Microwaves in Organic Synthesis, Wiley-VCH: Weinheim, (2006) [9] Christopher Strauss, Robert Trainor, Developments in microwave-assisted organic chemistry, Aust J Chem., 48, 1665-1692, (1995) [10] Nils Elander, John Jones, Shui-Yu Lu, Sharon Stone-Elanderc, Microwaveenhanced radiochemistry, Chem Soc Rev., 29, 239-249, (2000) [11] Pelle Lidström, Jason Tierney, Bernard Wathey, Jacob Westman, Microwave assisted organic synthesis: a review, Tetrahedron, 57, 9225-9283, (2001) [12] David Adam, Microwave chemistry: out of the kitchen, Nature, 421, 571572, (2003) [13] Ola Karnland, Martin Birgersson, Montmorillonite stability with special respect to KBS-3 conditions, Clay Technology, 7-10, (2006) [14] H.H Murray, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, Elsevier’s Science & Technology, Oxford, 12-27, (2007) [15] Navjeet Kaur, Dharma Kishore, Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and 34 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 4, 991-993, (2012) 35 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng PHỤ LỤC 36 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng 1000 DXbenzal-DMSO HDX-DMSO-1H 9000 8000 7000 5000 4000 3000 2000 1000 1.9 2.80 2.75 2.70 2.65 2.60 2.55 2.50 2.45 2.40 2.35 2.30 2.25 2.20 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 f1 (ppm) Phụ lục 1: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4A 37 2.15 2.10 2.05 2.00 Intensit y 6000 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng 1000 7.1377.1297.1 27 DXbenzal-DMSO HDX-DMSO-1H 9000 8000 7000 5000 Intensit y 6000 4000 3000 2000 1000 045 7.28 7.26 7.24 7.22 7.20 7.18 7.16 7.14 6.92 7.12 7.10 6.90 6.88 f1 (ppm) 7.08 7.06 7.04 6.86 Phụ lục 2: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4A 38 7.02 7.00 6.98 6.96 6.94 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng DX4NO2-DMSO 3600 DX4NO2-DMSO-1H 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 262 -200 2.70 2.65 f1 (ppm) Phụ lục 3: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4B 39 2.60 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng 1800 DX4NO2-DMSO DX4NO2-DMSO-1H 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 2.0 -100 8.25 8.20 f1 (ppm) Phụ lục 4: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4B 40 8.15 Khóa Luận Tốt Nghiệp 2.34 4302 2.46 DX4Br-DMSO DX4Br-DMSO1H SVTH: Trần Văn Hùng 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 102 2.50 2.60 2.45 2.55 Phụ lục 5: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4C 41 2.40 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Trần Văn Hùng 4000 DX4Br-DMSO DX4Br-DMSO-1H 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 -200 7.65 7.60 Phụ lục 6: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4C 42 7.55 Khóa Luận Tốt Nghiệp 4202 2.454 DX4Me-DMSO DX4Me-DMSO-1H 3292 SVTH: Trần Văn Hùng 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 072 2.75 2.70 2.65 2.60 2.45 2.55 2.50 Phụ lục 7: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4D 43 2.40 Khóa Luận Tốt Nghiệp 7.16 7.14 7.12 7.10 7.08 152 7.20 7.18 7.06 0437 DX4Me-DMSO DX4Me-DMSO-1H 7.02 SVTH: Trần Văn Hùng 7.04 7.02 Phụ lục 8: Phổ H-NMR giãn rộng hợp chất 4D 44 ... nhiều lần Trong nhiều phản ứng đóng vai trị acid rắn Trong báo cáo này, tơi trình bày việc điều chế số xúc tác montmorillonite nghiên cứu việc sử dụng xúc tác vào việc tổng hợp 1,8- Dioxodecahydroacridine. .. bảng Khóa Luận Tốt Nghiệp Dung mơi EtOH CH3CN H2 O Không Không Không Không 1.2 Ứng dụng số dẫn xuất 1,8- Dioxodecahydroacridine Hợp chất 1,8- dioxodecahydroacridine dẫn xuất có phần cấu tạo giống... nồng độ acid hoạt hóa MMT, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỉ lệ tác chất khối lượng xúc tác 3.2 Quy trình tổng hợp CHO O R O Hình 8: Sơ đồ tổng hợp 1,8- Dioxodecahydroacridine dẫn xuất 3.3