Tổng hợp dẫn xuất 3,4 dihydropyrimidin 2(1h) one dùng xúc tác montmorillonite hoạt hóa axit 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 3,4-DIHYDROPYRIMIDIN-2(1H)-ONE DÙNG XÚC TÁC MONTMORILLONITE HOẠT HĨA AXIT TRONG ĐIỀU KIỆN KHƠNG DUNG MÔI SVTH: NGUYỄN THỊ LỆ QUYÊN GVHD: ThS.PHẠM ĐỨC DŨNG TP.Hồ Chí Minh, tháng 5-2016 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương 1: Tổng quan 1.1 Phản ứng Biginelli 1.1.1 Khái niệm .3 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli 1.1.2 Cơ chế phản ứng 1.2 Ứng dụng số dẫn xuất DHPM 1.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli thực 1.4 Xúc tác phản ứng 1.4.1 Cơ cấu khoáng sét 1.4.1.1 Tấm tứ diện 1.4.1.2 Tấm bát diện 1.4.2 Phân loại 1.4.2.1 Lớp 1:1 1.4.2.2 Lớp 2:1 10 1.4.3 Montmorillonite 10 1.4.3.1 Cơ cấu 10 1.4.3.1.1 Tính chất vật lý 10 1.4.3.1.2 Tính chất hóa học 11 1.4.3.1.2.1 Tính trao đổi ion 11 1.4.3.1.2.2 Hấp phụ 11 1.4.3.1.2.3 Tính trương nở 11 1.4.3.1.2.4 Khả xúc tác MMT 11 Chương 2: 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 chất xúc tác 13 2.3 Điều chế 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM) 13 2.4 Q trình tối ưu hóa 14 2.5 Tổng hợp số dẫn xuất DHPM 14 2.6 Xác định sản phẩm 14 Chương 3: Kết thảo luận 15 3.1 Mục đích phạm vi nghiên cứu 16 3.2 Quy trình tổng hợp 16 3.3 Khảo sát xúc tác sử dụng 16 3.4 Tối ưu sản phẩm 17 3.4.1 Tối ưu hóa thời gian 17 3.4.2 Tối ưu hóa nhiệt độ 18 3.4.3 Tối ưu hóa tỉ lệ chất 18 3.4.4 Tối ưu hóa khối lượng xúc tác 19 3.4.5 Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác 20 3.5 Tổng hợp số dẫn xuất DHPM 21 3.6 Định danh sản phẩm 21 3.6.1 Hợp chất 4A 21 3.6.2 Hợp chất 4B 23 3.6.3 Hợp chất 4C 25 3.6.4 Hợp chất 4D 27 3.6.5 Hợp chất 4E 29 Chương 4: Kết luận – Đề xuất 32 Tài liệu tham khảo 34 Phụ lục 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ tổng hợp DHPM Hình 2: Sơ đồ chế theo Sweet Fissekis .4 Hình 3: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác FeCl3.6H2O Hình 4: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO3)3.9H2O .7 Hình 5: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid Hình 6: Sơ đồ tổng hợp DHPM xúc tác zeolite Hình 7: Mơ hình cấu khơng gian MMT 10 Hình 8: Sơ đồ tổng hợp DHPM 16 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 Hình 13: Phổ H-NMR chất 4E 29 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Kết tổng hợp DHPM xúc tác FeCl3.6H2O Bảng 2: Kết tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO3)3.9H2O Bảng 3: Kết tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid .8 Bảng 4: Kết tổng hợp dẫn xuất DHPM xúc tác zeolite Bảng 5: Kết khảo sát xúc tác sử dụng 16 Bảng 6: Kết tối ưu theo thời gian 17 Bảng 7: Kết tối ưu theo nhiệt độ 18 Bảng 8: Kết tối ưu theo tỉ lệ chất 19 Bảng 9: Kết tối ưu theo khối lượng xúc tác 19 Bảng 10: Kết tái sử dụng xúc tác 20 Bảng 11: Kết tổng hợp số dẫn xuất DHPM 21 Bảng 12: Quy kết proton phổ H-NMR chất 4A 23 Bảng 13: Quy kết proton phổ H-NMR chất 4B 25 Bảng 14: Quy kết proton phổ H-NMR chất 4C 27 Bảng 15: Quy kết proton phổ H-NMR chất 4D 28 Bảng 16: Quy kết proton phổ H-NMR chất 4E 30 Bảng 17: Độ dịch chuyển hóa học phổ H-NMR DHPM số dẫn xuất 31 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hồn thành khóa luận, em nhận hướng dẫn, bảo tận tình giúp đỡ từ Thầy cô, anh chị, bạn bè, em từ gia đình Em ln ghi nhớ với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất người giúp đỡ em thời gian qua Em xin gửi lời cảm ơn đến ThS Phạm Đức Dũng, Thầy hướng dẫn, bảo giúp đỡ em tận tình để em hồn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa hóa, phịng ban quản lí phịng thí nghiệm trường đại học Khoa học tự nhiên tạo điều kiện cho em việc sử dụng phịng thí nghiệm sở vật chất trang thiết bị trường trình em thực luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô tạo điều kiện học tập, dạy dỗ, bảo em suốt trình học tập trường Đại học Sư phạm Tp.HCM Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến Cha Mẹ, anh chị em, bạn bè tạo điều kiện, bên cạnh động viên giúp đỡ em q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời chúc sức khỏe chân thành đến người! LỜI MỞ ĐẦU Ngành sản xuất hóa chất đóng vai trị quan trọng sống Việc sản xuất hóa chất nguồn gốc nhiều sản phẩm cần thiết cho sống loại dược phẩm, chất dẻo, xăng loại nhiên liệu khác hay hóa chất sử dụng nơng nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật Tuy nhiên số hóa chất hay qui trình tạo chúng lại gây tổn hại cho môi trường, sức khỏe người làm cạn kiệt nguồn tài ngun Đó thách thức mà ngành sản xuất hóa chất cơng nghiệp gặp phải Đứng trước thách thức này, hóa học xanh hướng đổi quan trọng để giúp ngành cơng nghiệp hóa chất phát triển theo hướng bền vững, đem lại lợi ích tích cực kinh tế, môi trường xã hội cho nhân loại Cơng nghệ xúc tác đóng vai trị quan trọng phát triển ngành cơng nghiệp hóa chất Thiết kế lựa chọn xúc tác thích hợp tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất sản phẩm hóa chất quy trình khơng chất thải Một lĩnh vực công nghệ xúc tác phát triển nhanh chóng thu hút quan tâm cộng đồng hóa học sử dụng xúc tác chất mang rắn Bằng cách sử dụng chất xúc tác rắn, trình tách tinh chế sản phẩm trở nên dễ dàng so với trường hợp xúc tác đồng thể Sau phản ứng kết thúc, xúc tác rắn tách khỏi hỗn hợp phản ứng dễ dàng phương pháp lọc hay ly tâm đơn giản Xúc tác sau tách có khả thu hồi tái sử dụng Montmorillonite chất xúc tác mang rắn hiệu sử dụng phản ứng hữu có tính acid mạnh, rẻ tiền, đem lại hiệu suất phản ứng cao, dễ sử dụng thân thiện với mơi trường Có hai loại montmorilonite sử dụng tổng hợp hữu montmorilonite hoạt hóa acid montmorilonite trao đổi cation Nhằm mục đích phát triển phương pháp tổng hợp chọn lọc thân thiện với môi trường, chọn đề tài “ Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihydropyrimidin-2(1H)-one dùng xúc tác monmorillonite hoạt hóa acid điều kiện khơng dung mơi” Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Chương 1: Tổng quan Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên 1.1 Phản ứng Biginelli 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần Phản ứng đa thành phần (multi-component reaction, MCR) phản ứng hóa học có tham gia ba hay nhiều thành phần phản ứng với trình để tạo sản phẩm chứa đựng hầu hết nguyên tử 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] 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli Năm 1893, phương pháp đơn giản trực tiếp để tổng hợp 3,4dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM), báo cáo nhà hóa học người Ý Pietro Biginelli, gồm q trình ngưng tụ vịng aldehyde, β-ketoester urea hay thiourea điều kiện xúc tác acid mạnh Phản ứng Biginelli phản ứng đa thành phần tạo 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one từ ethyl acetoacetate, aldehyde thơm (như benzaldehyde), urea (Hình 1) [2] CHO O + H2N Hình 1: Sơ đồ tổng hợp DHPM 1.1.2 Cơ chế phản ứng Cơ chế phản ứng theo Sweet Fissekis đề năm 1973 qua ion carbenium trung gian (Hình 2) [3] 3 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Bảng 17: Độ dịch chuyển hóa học phổ H-NMR DHPM số dẫn xuất Proton N-H H4 H5b H5c H6a Proton nhân thơm H nhóm 31 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Chương 4: Kết luận – Đề xuất 32 Khóa Luận Tốt Nghiệp  SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Kết luận: Phản ứng tổng hợp DHPM phản ứng dễ dàng thực với điều kiện tối ưu: Thời gian: 120 phút o Nhiệt độ : 110 C Khối lượng xúc tác: 0,1 g Tỉ lệ chất: 1:2:3=1,25:1:1,25 (mmol) Dẫn xuất DHPM tổng hợp được: 5-(Ethoxycarbonyl)-4-(4-methylphenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)one 5-(Ethoxycarbonyl)-4-(4-chlorophenyl)-6-methyl-3,4dihydropyrimidin-2(1H)one 5-(Ethoxycarbonyl)-4-(3-chlorophenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)one 5-(Ethoxycarbonyl)-4-(2-chlorophenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)one Sản phẩm dẫn suất xác định cách đo nhiệt độ nóng chảy đo phổ NMR Đây phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng đến mơi trường, cần đào sâu nghiên cứu ảnh hưởng dẫn xuất benzaldehyde đến phản ứng  Đề xuất: Qua nghiên cứu em có số đề nghị: Khảo sát với dẫn suất khác ethyl acetoacetate hay thay urea thiourea Tiến hành thăm dị hoạt tính sinh học dẫn xuất tổng hợp 33 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Tài liệu tham khảo [1] A Dömling, I Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew Chem Int Ed., 39, 3170-3172, (2000) [2] Mukund G Kulkarni, Sanjay W Chavhan, Mahadev P Shinde, Dnyaneshwar D Gaikwad, Ajit S Borhade, Attrimuni P Dhondge, Yunnus B Shaikh, Vijay B Ningdale, Mayur P Desai, and Deekshaputra R Birhade, Zeolite catalyzed solventfree one-pot synthesis of dihydropyrimidin-2(1H)-ones – A practical synthesis of monastrol, Beilstein Jourmal of Orgaic Chemistry, (2009) [3] S Sweet, F Fissekis, J D J Am Chem Soc, 95, 8741, (1973) [4] Junwon Kim, Changmin Park, Taedong Ok, Wonyoung So, Mina Ji, Minjung Seo , Youngmi Kim, Jeong-Hun Sohn, Youngsam Park, Moon Kyeong Ju , Junghwan Kim, Sung-Jun Han, Tae-Hee Kim, Jonathan Cechetto, Jiyoun Namc, Peter Sommer, Zaesung No, Discovery of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones with inhibitory activity against HIV-1 replication, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 22(5), 2119– 2124, (2012) [5] Peyman Salehi, Minoo Dabiri, Mohammad Ali Zolfigolc and Mohammad Ali Bodaghi Fardb, Silica sulfuric acid: an efficient and reusable catalyst for the one-pot synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones, Tetrahedron Letters 44, 2889–2891, (2003) [6] Mahdieh Mozaffari Majd, Kazem Saidi & Hojatollah Khabazzzadeh, FeCl 3.6H2OCatalyzed conversion of acylals to dihydropyrimidinones under microwave conditions: A new procedure for the Biginelli reaction, Phosphorus, Sulfur, and Silicon, 185:325– 329, (2010) [7] Mridula Phukan, Monoj Kumar Kalita and Ruli Borah, A new protocol for Biginelli (or like) reaction under solvent-free grinding method using Fe(NO 3)3.9H2O as catalyst, Green Chemistry Letters and Reviews 3(4), 329 (2010) [8] Peyman Salehi, Minoo Dabiri, Mohammad Ali Zolfigolc and Mohammad Ali Bodaghi Fardb, Silica sulfuric acid: an efficient and reusable catalyst for the one-pot synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones, Tetrahedron Letters 44, 2889–2891, Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên (2003) [9] Sangeeta Adhikari, Preparation, characterization and catalytic application of Crpillared clay for synthesis of octahydroxanthenes, Deparment of chemistry national insttute of technology rourkela -769008 orissa, (2011) [10] F Bergaya, B K G Theng, G Lagaly, Handbook of clay science, Developments in clay science, Elsevier, New York, 19-43, (2006) [11] 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) [12] ầigdem Kỹỗỹkselek, Invertigation of applicability of clay minerals in wastewater treatment, Graduate of Natural and Applied Sciences, Dokul Eylül University, 9-26, (2007) [13] David A Laird, Influence of layer charge on swelling of smectite, Applied Clay Science 34, 74-86, (2006) [14] Navjeet Kaur, Dharma Kishore, Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 4, 991-993, (2012) [15] Abdelmadjid Debache, Louisa Chouguiat, Raouf Boulcina, Bertrand Carboni, A One-pot multi-component synthesis of dihydropyrimidinone/Thione and dihydropyridine derivatives via Biginelli and Hantzsch condensations using t-BuOK as a catalyst under solvent-free conditions, The Open Organic Chemistry Journal 6, 1220, (2012) [16] Hitendra N Karade, Manisha Sathe and M P Kaushik, Synthesis of 4-Aryl Substituted 3,4-Dihydropyrimidinones using silica-chloride under solvent free conditions, Molecules 12, 1341-1351, (2007) [17] Krishnamoorthy Aswin, Syed Sheik Mansoor, Kuppan Logaiya, Prasanna Nithiya Sudhan, Rahim Nasir Ahmed, Facile synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)ones and-thiones and indeno[1,2-d]pyrimidines catalyzed by p- dodecylbenzenesulfonic acid, Journal of Taibah University for Science 8, 236–247, (2014) Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 37 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 1: Phổ H -NMR 4A 38 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 2: Phổ H -NMR 4B 39 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 3: Phổ H -NMR 4C 40 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 4: Phổ H -NMR 4D 41 Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Lệ Quyên Phụ lục 5: Phổ H -NMR 4E 42 ... tổng hợp DHPM xúc tác FeCl3.6H2O Bảng 2: Kết tổng hợp DHPM xúc tác Fe(NO3)3.9H2O Bảng 3: Kết tổng hợp DHPM xúc tác silica sulfuric acid .8 Bảng 4: Kết tổng hợp dẫn xuất DHPM xúc. .. 0,1 g xúc tác khuấy từ điều nhiệt o bếp dầu điều kiện không dung môi thời gian h nhiệt độ 110 C Tối ưu hóa điều kiện phản ứng • Khảo sát xúc tác sử dụng • Tối ưu hóa thời gian • Tối ưu hóa nhiệt... 1.3 Một số phương pháp tổng hợp theo Biginelli thực  Sử dụng xúc tác FeCl3.6H2O để tổng hợp dihydropyrimidinones điều kiện vi sóng Những lợi ích việc thực phản ứng điều kiện vi sóng cải thiện