Tổng hợp dẫn xuất 2 amino 2 chromen sử dụng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k10 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 CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ TỔNG HỢP DẪN XUẤT 2-AMINO-2-CHROMEN SỬ DỤNG XÚC TÁC K2CO3 TẨM TRÊN CHẤT MANG RẮN MONTMORILLONITE K10 TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI GVHD: ThS PHẠM ĐỨC DŨNG SVTH : MAI THỊ MỸ NGỌC Tp Hồ Chí Minh, tháng - 2013 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn tốt nghiệp, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô, anh chị, bạn bè em Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất người tạo điều kiện giúp đỡ thời gian qua Trước tiên xin gửi lời cảm ơn tới ThS Phạm Đức Dũng, người hướng dẫn tận tình đóng góp nhiều ý kiến q báu cho tơi suốt q trình nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, phịng ban quản lý phịng thí nghiệm Hóa học Trường Đại học khoa học tự nhiên tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng sở vật trang thiết bị phục vụ cho q trình nghiên cứu Ngồi xin chân thành cảm ơn đến q thầy khoa hóa trường đại học Sư Phạm Tp.HCM, người trang bị kiến thức, dạy dỗ tạo điều kiện tốt cho suốt bốn năm học đại học Cuối lời cảm ơn đến ba mẹ, em, bạn bè bên cạnh, động viên, giúp đỡ tơi lúc khó khăn học tập q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi tới tất người lời chúc sức khỏe MỤC LỤC Chương Tổng quan Phản ứng 1.1 1.1.1 Giới thiệu chromen 1.1.2 Ứng dụng số dẫn xuất 2-amino-2-chromen Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen 1.2 1.2.1 Khái niệm Phản ứng đa thành phần 1.2.2 Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen 1.3 Khoáng sét Cơ cấu 1.3.1 1.3.1.1 Tấm tứ diện 1.3.1.2 Tấm bát diện 1.3.2 Phân loại 1.3.2.1 Lớp 1:1 1.3.2.2 Lớp 2:1 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 Hấp phụ 11 1.4.3.2.3 Tính trương nở 11 1.4.3.2.4 Khả xúc tác MMT 11 1.4.3.2.5 Đặc tính MMT K−10 12 Chương 2.1 Thực nghiệm 13 Hóa chất thiết bị 14 2.1.1 Hóa chất 14 2.1.2 Thiết bị 14 2.2 2.2.1 Thực nghiệm 14 Điều chế xúc tác K CO tẩm chất rắn mang Montmorillonite K-10 14 2.2.2 Tổng hợp 2-amino-2-chromen 14 Định danh sản phẩm 15 2.3 Chương Kết thảo luận 16 3.1 Phạm vi mục đích nghiên cứu 17 3.2 Phản ứng tổng hợp hợp chất 2-amino-2-chromene 17 3.2.1 Phương trình phản ứng 17 3.2.2 Cơ chế 17 3.3 Tối ưu hóa điều kiện phản ứng 20 3.3.1 Nhiệt độ 20 3.3.2 Thời gian phản ứng 21 3.3.3 Khảo sát khối lượng xúc tác 21 3.3.4 Khảo sát tỉ lệ chất benzaldehid 22 3.3.5 Khảo sát tỉ lệ chất β-naphtol 23 3.3.6 Khảo sát xúc tác khác 24 3.4 Tổng hợp dẫn xuất 24 3.5 Định danh sản phẩm 25 3.5.1 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) 25 3.5.2 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen 30 3.5.3 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen 32 Chương Kết luận đề xuất 35 Tài liệu tham khảo 35 Phụ lục………………………………………………………………………………… 40 Danh mục bảng Bảng 1.1: Kết tổng hợp Bảng 1.2: Kết tổng hợp Bảng 1.3: kết tổng hợp Bảng 3.1: Kết tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng 20 Bảng 3.2: Kết tối ưu hóa thời gian 21 Bảng 3.3: Kết tối ưu xúc tác 21 Bảng 3.4: Kết tối ưu tỉ lệ mol chất benzaldehid 22 Bảng 3.5: Kết tối ưu tỉ lệ mol chất β-naphtol 23 Bảng 3.6: Khảo sát xúc tác khác 24 Bảng 3.7: Độ dịch chuyển hóa học proton 27 Bảng 3.8: Độ dịch chuyển hóa học C13-NMR 29 Bảng 3.10: Độ dịch chuyển hóa học H1-NMR 31 Bảng 3.11: Độ dịch chuyển hóa học H1-NMR 33 Bảng 3.12: Độ dịch chuyển hóa học phổ 1H-NMR số dẫn xuất 2amino-2-chromen 34 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: cấu trúc đồng phân benzopyran Hình 1.2: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Hình 1.3: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Hình 1.4: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen Hình 1.5: Tấm tứ diện lớp khoáng sét Hình 1.6: Tấm bát diện lớp khoáng sét Hình 1.7: Cơ cấu lớp 1:1 Hình 1.8: Cơ cấu lớp 2:1 Hình 1.9: Mơ hình cấu khơng gian MMT 10 Hình 3.1: Phổ H1-NMR chất 4a 26 Hình 3.2: Phổ C13-NMR chất 4a 28 Hình 3.3: Phổ H1-NMR hợp chất 4b 30 Hình 3.4: H1-NMR hợp chất 4c 32 Danh mục đồ thị Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn kết tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng 20 Đồ thị 3.2: Đồ thị biểu diễn kết tối ưu hóa thời gian phản ứng 21 Đồ thị 3.3: Đồ thị biểu diễn kết tối ưu hóa lượng xúc tác phản ứng 22 LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển phương pháp thiện với môi trường, hiệu kinh tế để tổng hợp hợp chất sinh học thú vị thách thức đáng kể hóa học tổng hợp Cơng nghiệp hóa chất đóng góp lớn cho nhiễm mơi trường, việc sử dụng hóa chất độc hại với số lượng lớn đặc biệt dung môi hữu dễ cháy, dễ bay thường độc hại Hóa học xanh nhấn mạnh cần thiết để tổng hợp mơi trường sẽ, có việc cải thiện chọn lọc, hiệu nguyên tử cao, loại bỏ hóa chất độc hại, dễ dàng tách biệt với phục hồi tái sử dụng chất phản ứng Kết là, dung môi hữu dễ bay thay không độc hại, không bay chất lỏng ion, polyethylen glycol, nước Đặc biệt, năm gần đây, phản ứng điều kiện không dung môi liên tục thu hút ý nhà nghiên cứu từ hai học viện ngành công nghiệp Điều thực tế khơng có dung môi, phản ứng thường cần thời gian phản ứng ngắn hơn, lò phản ứng đơn giản, yêu cầu quy trình xử lý đơn giản hiệu Một công cụ sử dụng để kết hợp lợi ích kinh tế với mơi trường phản ứng đa thành phần (MCR), trở nên phổ biến việc phát hợp chất có hoạt tính sinh học thử nghiệm đơn giản nó, q trình bao gồm hai nhiều bước tổng hợp thực mà cần cô lập chất trung gian, tiếc kiệm chi phí, lượng ngun liệu Một tìm kiếm tóm tắt hóa học cho thấy phần 2,2-Dimethyl-2H-benzopyran có mặt 4.000 hợp chất bao gồm sản phẩm tự nhiên cấu trúc thiết kế Việc tìm kiếm tóm tắt hóa học thực SciFinder[1] Tỷ lệ tương đối cao benzopyran dẫn xuất sản phẩm tự nhiên phần nhiều prenylation, phản ứng tạo vòng nhiều đường sinh tổng hợp polyketide Kiểm tra đặc điểm nhiều hoạt tính sinh học, sản phẩm tự nhiên hợp chất benzopyran cho thấy tính chất cấu trúc đa dạng hoạt động phạm vi rộng sinh học, chất dẫn xuất mơ hình benzopyran có khả tương tác với loạt mục tiêu khác Ngoài ra, thực tế nhiều cấu trúc hoạt động xét nghiệm tế bào dựa gợi ý chất dẫn xuất đơn vị benzopyran đủ tan mỡ để vượt qua màng tế bào, tính quan trọng phân tử nhỏ có liên quan mặt sinh học vậy, thu hút ý nhà nghiên cứu phương pháp tổng hợp dẫn xuất Việc phát triển phương pháp với lợi nhuận tốt hơn, suất cao, thủ tục đơn giản thuận tiện cách sử dụng xúc tác rẻ tiền, không độc hại mong muốn Nhằm mục đích phát triển phương pháp chọn lọc thân thiện với môi trường, thực “TỔNG HỢP DẪN XUẤT 2-AMINO-2-CHROMEN SỬ DỤNG XÚC TÁC K CO TẨM TRÊN CHẤT MANG RẮN MONTMORILLONITE K10 TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI.” Đề tài nghiên cứu khả xúc tác sét montmorillonite K−10 kết hợp với K CO phản ứng đa thành phần để tổng hợp số dẫn xuất 2-amino-2chromen Dựa đặc tính ưu việt xúc tác MMT K-10 giá thành rẻ, dễ sử dụng thu hồi, từ nghiên cứu khả tái sử dụng để thực mục tiêu sản xuất hóa chất thân thiện với mơi trường, xanh hóa phản ứng cách kinh tế Chương Tổng quan 1.1 Phản ứng 1.1.1 Giới thiệu chromen[2] Benzopyran hợp chất hữu đa vòng kết từ hợp vòng benzen vào vòng pyran dị vòng Theo danh pháp IUPAC gọi chromene Có hai chất đồng phân benzopyran mà thay đổi tùy theo định hướng hợp hai vòng so với oxy, dẫn đến 1-benzopyran (chromene) 2-benzopyran (isochromene)-số biểu thị nơi nguyên tử oxy đặt theo tiêu chuẩn danh pháp naphthalen Cấu trúc isome chromen O O 2H-chromene (2H-1-benzopyran) 4H-chromene (4H-1-benzopyran) Cấu trúc isome isochromen O O 1H-isochromene (1H-2-benzopyran) 3H-isochromene (3H-2-benzopyran) Hình 1.1: cấu trúc đồng phân benzopyran 1.1.2 Ứng dụng số dẫn xuất 2-amino-2-chromen[1] Từ nhiều năm nhà nghiên cứu làm việc gốc chromene, coumarin, quinolines dihydropyridin dihydropyrimidine Thu số kết Anti-TB, chống tiểu đường, chống ung thư , chống HIV đa kháng hoàn hoạt động Chromene dẫn xuất chúng biết đến cách tự nhiên xảy hợp chất dị vòng chứa oxy thực chức sinh học quan trọng thiên nhiên Một số dẫn xuất chromene tự nhiên tổng hợp có hoạt động sinh học quan trọng kháng u, chống độc cho gan, chất chống oxy hóa, chống viêm, chống co thắt, hoạt động estrogen kháng khuẩn Những ứng dụng kích thích tìm kiếm liên Chương Kết luận đề xuất Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen đường tổng hợp đa thành phần từ benzaldehid, malononitril, β-naphtol xúc tác K CO /K−10 phương pháp dễ thực với điều kiện tối ưu là: Thời gian: 90 phút Nhiệt độ: 120oC Khối lượng xúc tác: 0,05g Tỉ lệ tác chất ban đầu: 3:2:3 Dẫn xuất 2-amino-2chromen tổng hợp được: 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[f]chromen (4a) 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[f]chromen (4b) 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[f]chromen (4c) 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 mơi trường Vì thời gian có hạn nên đề tài em khảo sát khả xúc tác K CO /K10 điều kiện khuấy từ điều nhiệt, ta thử nghiệm thêm điều kiện khác để hiệu suất cao Nghiên cứu khả tái xúc tác K CO /K−10 Nghiên cứu khả xúc tác K CO tẩm chất mang rắn montmorillonite K10 vào nhiều phản ứng khác Tiến hành thăm dị hoạt tính sinh học dẫn xuất tổng hợp Tài liệu tham khảo [1] Pandya, Nilay U, “Synthesis and Pharmacological Study of some New Chemical Entities”, Luận án Tiến Sĩ, Saurashtra University, 130-131 (2010) [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Benzopyran [3] A Dömling, I Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew Chem Int Ed., 39, 3170-3172 (2000) [4] Dalip Kumar, V Buchi Reddy, Braj G Mishra, R K Rana, Mallikarjuna N Nadagouda and Rajender S Varma, “Nanosized magnesium oxide as catalyst for the rapid and green synthesis of substituted 2-amino-2-chromenes”, Tetrahedron 63, 30933097 (2007) [5] Kai Gong, Hua-Lan Wang, Dong Fang, Zu-Liang Liu, (2007) “Basic ionic liquid as catalyst for the rapid and green synthesis of substituted 2-amino-2-chromenes in aqueous media”, Catalysis Communications 9, 650-653 (2008) [6] M Reza Naimi-Jamal, Sara Mashkouri, Ali Sharifi “An efficient, multicomponent approach for solvent-free synthesis of 2-amino-4H-chromene scaffold”, Mol Divers 14, 473-477 (2010) [7] Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung, Cơ sở hóa học tinh thể, NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội, 63–66 (2005) [8] (a) F Bergaya, B K G Theng, G Lagaly, Handbook of clay science, Developments in clay science, 1, Elsevier, New York, 19-43 (2006) (b) Phạm Đức Dũng, Vũ Thành Đạt, Lê Ngọc Thạch, Điều chế số Montmorillonite hoạt hóa acid từ đất sét Củ Chi áp dụng xúc tác vào chuyển hóa trọn gói Benzaldehid thành Benzonitril, Phát triển khoa học công nghệ, 14, 43-45 (2011) [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Montmorillonite (2011) [10] Ola Karnland, Martin Birgersson, Montmorillonite stability with special respect to KBS-3 conditions, Clay Technology, 7-10 (2006) [11] H H Murray, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, 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] http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281522?lang=en®ion=VN (2012) [16] Mazaahir Kidwai, Shilpi Saxena, M Khalilur Rahman Khanb and Sharanjit S Thukra,” Aqua mediated synthesis of substituted 2-amino-4H-chromenes and in vitro study as antibacterial agents”, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 15 , 42954298 (2005) Phụ Lục Phụ lục 1: Phổ 13C-NMR hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[e]chromen (4a) Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4b) Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c) Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[e]chromen (4c) ... ban đầu kết hợp tạo thành sản phẩm cuối Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2- amino -2- chromen 1 .2. 2 • Tổng hợp 2- amino -2- chromen metanol nước sử dụng xúc tác MgO[4] Tổng hợp 2- amino -2- chromen với... 14 2. 2 2. 2.1 Thực nghiệm 14 Điều chế xúc tác K CO tẩm chất rắn mang Montmorillonite K-10 14 2. 2 .2 Tổng hợp 2- amino -2- chromen 14 Định danh sản phẩm 15 2. 3 Chương... TRÊN CHẤT MANG RẮN MONTMORILLONITE K10 TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI.” Đề tài nghiên cứu khả xúc tác sét montmorillonite K−10 kết hợp với K CO phản ứng đa thành phần để tổng hợp số dẫn xuất 2- amino- 2chromen