Nghiên cứu thực hiện phản ứng suzuki trong dung môi xanh là chất lỏng ion họ imidazolium

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - NGUYỄN THỊ DUY HIỀN NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN PHẢN ỨNG SUZUKI TRONG DUNG MÔI XANH LÀ CHẤT LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 07/2009 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -Ì - CỘNG HỊA Xà HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -Ì Tp.HCM, ngày…03 tháng …09 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN: Ngày sinh: Chuyên ngành: Khoá: TÊN ĐỀ NGUYỄN THỊ DUY HIỀN Phái: nữ 09-09-1978 Nơi sinh: Phú Yên Công nghệ Hoá học 2007 TÀI: “ Nghiên cứu thực phản ứng Suzuki dung môi xanh chất lỏng ion họ imidazolium” NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:: - Tổng hợp xác định cấu trúc ba chất lỏng ion 1-butyl, 1-hexyl, 1-octyl, 3metylimidazolium bromide IR, MS, NMR - Sử dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh cho phản ứng Suzuki iodobenzene dẫn xuất phenyl boronic acid - Khảo sát ảnh hưởng yếu tố hàm lượng xúc tác, loại xúc tác, base, nhóm halogenua… lên độ chuyển hố phản ứng - Thăm dò thực phản ứng Heck Sonogashira chất lỏng ion Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 05/09/2008 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 03/07/2009 Cán hướng dẫn: TS Phan Thanh Sơn Nam Nội dung yêu cầu Luận Văn Thạc Sĩ thông qua Bộ Môn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS PHAN THANH SƠN NAM ii C ƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI Đ ẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Cán hướng dẫn khoa học : TS PHAN THANH SƠN NAM Cán chấm nhận xét :GS.TSKH NGUYỄN CÔNG HÀO (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS.LÊ THỊ HỒNG NHAN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 12 tháng 08 năm 2009 iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nổ lực thân tơi nhận nhiều đóng góp, ủng hộ nhiều Thầy với giúp đỡ động viên gia đình bạn bè Vì vậy, tơi muốn gởi lời cảm ơn đến tất Thầy cô Trường Đại học Bách Khoa cho điều kiện tốt để học tập thực luận văn Đặc biệt, xin cảm ơn TS Phan Thanh Sơn Nam, người trực tiếp hướng dẫn làm luận văn tốt nghiệp Những kinh nghiệm quí báu thầy cơng cụ tốt giúp tơi hồn thành cơng việc Tơi xin cảm ơn thầy mơn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, anh chị em phụ trách phịng thí nghiệm hữu tạo điều kiện tốt sở vật chất để tơi thực thí nghiệm điều kiện tốt Cảm ơn giúp đỡ bạn giúp suốt thời gian thực luận văn phịng thí nghiệm Sự động viên gia đình bạn bè đồng nghiệp động lực, niềm tin cho tơi hồn thành chương trình học Cuối cùng, chân thành cảm ơn người bạn tốt bên cạnh chia sẻ, động viên giúp đỡ thời gian thực luận văn Tp HCM, 7/2009 Nguyễn Thị Duy Hiền iv MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC v MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU ix MỤC LỤC CÁC ĐỒ THỊ xi MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ xii MỤC LỤC CÁC SƠ ĐỒ xiii DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT xv MỞ ĐẦU xviii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 CHẤT LỎNG ION 1.1.1 LỊCH SỬ 1.1.2 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI 1.1.3 CÁC THƠNG SỐ HĨA LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG ION 1.1.3.1 Nhiệt độ nóng chảy 1.1.3.2 Độ nhớt 1.1.3.3 Khả hồ tan solvate hố IL 1.1.3.4 Áp suất bay 1.1.3.5 Độ phân cực 1.1.3.6 Màu sắc 1.1.4 ƯU ĐIỂM CỦA CHẤT LỎNG ION 1.1.5 ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION 1.1.6 ỨNG DỤNG 1.2 TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG GHÉP ĐÔI CARBON-CARBON 12 1.3 GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG SUZUKI 13 1.3.1 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG SUZUKI VỚI XÚC TÁC ĐỒNG THỂ PALLADIUM 14 a Giai đoạn hoạt hoá xúc tác (catalyst formation) 14 b Giai đoạn cộng hợp oxi hoá (oxidative addition) 15 c Giai đoạn trao đổi kim loại ( transmetallation) 15 d Giai đoạn tách khử (Reductive elimination) 16 1.3.2 PHẢN ỨNG SUZUKI TRONG IL 16 1.3.3 ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG SUZUKI 19 1.4 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG HECK 22 v MỤC LỤC 1.4.1 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HECK 23 1.4.1.1 Giai đoạn hoạt hóa xúc tác (preactivation) 23 1.4.1.2 Giai đoạn cộng hợp oxy hóa (oxidative addition) 23 1.4.1.3 Giai đoạn chuyển vị (migratory insertion) 24 1.4.1.4 Giai đoạn tách khử (reductive elimitation) 25 1.4.2 PHẢN ỨNG HECK TRONG CHẤT LỎNG ION [42] 25 1.4.3 ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG HECK 26 1.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 28 1.5.1 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA [27] 28 1.5.2 PHẢN ỨNG SONOGASHIRA TRONG CHẤT LỎNG ION 31 1.5.3 ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG SONOGASHIRA 32 1.6 PHẢN ỨNG TRONG VI SÓNG 34 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM 38 2.1 ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION 38 2.1.1 Điều chế 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) 38 2.1.1.1 Tính chất vật lý tác chất sản phẩm 38 2.1.1.2 Quy trình điều chế chất lỏng ion [BMIM]Br 38 2.1.2 Điều chế 1-octyl-3-methylimidazolium bromide ([OMIM]Br) 40 2.1.2.1 Tính chất vật lý tác chất sản phẩm 40 2.1.2.2 Quy trình điều chế chất lỏng ion [OMIM]Br 41 2.1.3 Điều chế 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ([HMIM]Br) 41 2.1.3.1 Tính chất vật lý tác chất sản phẩm 41 2.1.3.2 Quy trình điều chế chất lỏng ion [HMIM]Br 42 2.1.4 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC IL 43 2.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZEN VÀ ACID PHENYLBORONIC VỚI DUNG MÔI LÀ BA CHẤT LỎNG ION, XÚC TÁC PdCl2 TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG 44 2.2.1 PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLBORONIC 44 2.2.2 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 44 2.2.2.1 Dụng cụ 44 2.2.2.2 Hóa chất 44 2.2.2.3 Tính chất vật lý tác chất sản phẩm 44 2.2.3 QUY TRÌNH 45 2.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK GIỮA IODOBENZENE VÀ STYRENE VỚI DUNG MÔI LÀ BA CHẤT LỎNG ION TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG 47 vi MỤC LỤC 2.3.1 PHẢN ỨNG HECK GIỮA IODOBENZENE VÀ STYRENE 47 2.3.2 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 48 2.3.2.1 Dụng cụ 48 2.3.2.2 Hóa chất 48 2.3.2.3 Tính chất vật lí tác chất sản phẩm 48 2.3.3 QUY TRÌNH 49 2.4 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG BA CHẤT LỎNG ION, XÚC TÁC PdCl2 50 2.4.1 PHẢN ỨNG GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE 50 2.4.2 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 51 2.4.2.1 Dụng cụ 51 2.4.2.2 Hóa chất 51 2.4.2.3 Tính chất vật lí tác chất sản phẩm 51 2.4.3 QUY TRÌNH 52 2.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CHUYỂN HÓA TÁC CHẤT VÀ KIỂM CHỨNG SẢN PHẨM 53 2.5.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CHUYỂN HÓA TÁC CHẤT 53 2.5.2 KIỂM CHỨNG SẢN PHẨM BẰNG GC-MS 54 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56 3.1 GIAI ĐOẠN ĐIỀU CHẾ IL 56 3.1.1 Điều chế 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) 56 3.1.2 Điều chế 1-octyl-3-methylimidazolium bromide ([OMIM]Br) 58 3.1.3 Điều chế 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ([HMIM]Br) 60 3.1.4 NHẬN XÉT 62 3.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SUZUKI TRONG CHẤT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIỆN VI SÓNG 63 3.2.1 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ HÀM LƯỢNG XÚC TÁC LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG: 63 3.2.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ BASE LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA PHẢN ỨNG: 66 3.2.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ XÚC TÁC LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG: 69 vii MỤC LỤC 3.2.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ HALOGEN LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG: 70 3.2.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ LÊN ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA PHẢN ỨNG: 73 3.2.6 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SUZUKI GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLBORONIC ACID TRONG BA CHẤT LỎNG ION 75 3.2.7 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG DUNG MÔI VÀ XÚC TÁC 77 3.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK TRONG BA CHẤT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIỆN VI SÓNG 81 3.4 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA TRONG BA CHẤT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIỆN THƯỜNG VÀ VI SÓNG 83 3.4.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN THƯỜNG 83 3.4.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG 84 3.4.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN KHƠNG CĨ CuI 87 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 viii MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Tổng hợp alkyl imidazolium halide sử dụng lò vi sóng gia dụng .37 Bảng Hiệu suất trung bình tổng hợp [BMIM]Br 56 Bảng Mũi phổ IR [BMIM]Br 57 Bảng 3 1H NMR (500MHz, DMSO) 57 Bảng 13C NMR (500MHz, DMSO) 58 Bảng Hiệu suất trung bình tổng hợp [OMIM]Br 58 Bảng Mũi phổ IR [OMIM]Br 59 Bảng 7: 1H NMR (500MHz, CDCl3) 59 Bảng 8: 13C NMR (500MHz, CDCl3) 60 Bảng Hiệu suất trung bình tổng hợp [HMIM]Br 60 Bảng 10 Mũi phổ IR [HMIM]Br 61 Bảng 11 1H NMR (500MHz, DMSO) 62 Bảng 12 13C NMR (500MHz, DMSO) 62 Bảng 13 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa phản ứng 64 Bảng 14 Ảnh hưởng base lên độ chuyển hóa phản ứng 67 Bảng 15 Ảnh hưởng xúc tác lên độ chuyển hóa phản ứng 69 Bảng 16 Ảnh hưởng ngun tử halogen vịng benzene lên độ chuyển hóa phản ứng 71 Bảng 17 Ảnh hưởng nhóm vịng benzene aryl iodua lên độ chuyển hóa phản ứng 73 Bảng 18 Ảnh hưởng chất lỏng ion lên độ chuyển hóa phản ứng 76 Bảng 19 Khảo sát khả thu hồi, tái sử dụng xúc tác 78 Bảng 20 Độ chuyển hóa phản ứng Heck ba chất lỏng ion 81 Bảng 21 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion 83 Bảng 22 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion 85 ix MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 23 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira 1-hexyl-3-metylimidazolium bromide điều kiện thường không CuI 87 Bảng 24 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira 1-hexyl-3-metylimidazolium bromide điều kiện thường có CuI 87 x Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 120 100 80 Độ chuyển hóa X% C6H5I 60 thu hoi 1% 2% 40 20 0 30 60 90 120 150 180 210 thời gian (s) Đồ thị Khảo sát độ chuyển hóa phản ứng thu hồi, tái sử dụng dung mơi xúc tác Kết thí nghiệm cho thấy, ta tiến hành tái sử dụng xúc tác phản ứng cho kết độ chuyển hóa cao, khơng cịn có hoạt tính cao thí nghiệm lần một, có độ chuyển hóa Do vậy, ta bổ sung thêm lượng xúc tác ban đầu để tăng độ chuyển hóa cho tác chất Điều phần Pd(OAc)2 bị hịa tan phần dung mơi rửa 80 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG HECK TRONG BA CHẤT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIỆN VI SÓNG Thực phản ứng Heck iodobenzene styrene ba loại IL khác công suất 800W để khảo sát ảnh hưởng chiều dài mạch alkyl IL tốc độ độ chuyển hóa phản ứng Khảo sát [BMIM]Br, [HMIM]Br, [OMIM]Br Bảng 20 Độ chuyển hóa phản ứng Heck ba chất lỏng ion Thời gian(s) 30 60 90 120 150 180 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) SI 11108142 6561494 771477 412390 334442 112143 199693 Sc 2966490 4613691 4600468 2059769 26303810 23323787 48244071 SI/SC Độ chuyển hóa (%) Scis 3.74 1.42 0.168 0.02 0.013 0.0048 0.00414 62.02 95.52 99.46 99.66 99.87 100 2286993 1352586 2213468 2773466 1914072 3860625 Strans 18338040 10241811 16247641 20867230 15473042 22495132 % trans 88.91 88.33 88.01 88.27 88.99 85.35 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ([HMIM]Br) SI SC SI/SC Độ chuyển hóa (%) Scis 41801327 41884287 0.99 11932482 17247469 0.69 3287561 15456586 0.213 1868210 16985965 0.11 628795 15862034 0.04 135530 16432425 0.0082 0 30.7 78.69 88.98 96.03 99.17 100 1053660 1483800 2100336 2819469 2341152 1487556 6055044 9874801 14818985 21411951 17514938 9969651 87.59 88.36 Strans % trans 85.2 86.94 88.2 87.02 1-octyl-3-methylimidazolium bromide ([OMIM]Br) SI 11456357 1840243 4699703 2340758 2318932 2421295 2118758 SC 26897605 21349323 24361663 12285806 18711945 18711945 16425069 SI/SC Độ chuyển hóa (%) Scis Strans % trans 0.426 0.23 0.193 0.191 0.17 0.1294 0.129 46.77 54.7 55.15 60.37 69.62 69.71 125794 2505236 95.22 172864 3110349 94.73 257860 3693963 93.47 206796 3856715 94.91 240157 3112566 92.84 263736 3658035 93.27 81 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Độ chuyển hóa X(%) 120 100 80 C6 60 C8 C4 40 20 0 30 60 90 120 150 180 210 Thời gian (s) Đồ thị ảnh hưởng dung mơi lên độ chuyển hóa phản ứng Heck Kết thí nghiệm cho thấy, độ chuyển hóa C6H5I đạt 99% sau 1.5 phút đạt 100% sau phút sử dụng dung mơi [BMIM]Br Phản ứng đạt độ chuyển hóa 99% sau 2.5 phút thay [HMIM]Br Nhóm octyl [OMIM]Br làm độ chuyển hóa C6H5I thấp so với [BMIM]Br [HMIM]Br, đạt 69.71% sau phút Tăng chiều dài mạch alkyl IL giảm tốc độ độ chuyển hóa phản ứng [BMIM]Br bị phân cực mạnh ba loại dung môi, dễ dàng hấp thu lượng vi sóng thúc đẩy q trình phản ứng Do vậy, độ chuyển hóa iodobenzene [BMIM]Br đạt cao nhất, [OMIM]Br thấp 82 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.4 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA TRONG BA CHẤT LỎNG ION Ở ĐIỀU KIỆN THƯỜNG VÀ VI SÓNG 3.4.1 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN THƯỜNG Khảo sát phản ứng Sonogashira điều kiện thường 1200C dung môi chất lỏng ion kết quả: Bảng 21 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion Thời gian (h) 0 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ([HMIM]Br) SI 29371947 1888911 762290 715021 - Sc 13350885 2627380 3916054 19420292 - SI/SC Độ chuyển hóa (%) 5.29 0.72 0.194 0.037 - 0 86.4 96.3 99.3 - 100 100 1-octyl-3-methylimidazolium bromide ([OMIM]Br) SI SC SI/SC Độ chuyển hóa (%) 29371947 13350885 5.29 5506274 1272694 4.33 1771318 517943 3.42 686116 444854 1.54 - 1119339 1245171 0.7 18.27 35.4 70.9 - 83.02 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) SI 3392240 3753204 3872597 1330693 1169066 - - SC 770121 1542880 14040652 364963 16185580 - - SI/SC Độ chuyển hóa (%) 4.4 2.43 0.264 0.037 0.072 - - 44.77 94 99.04 98.4 - - 83 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Độ chuyển hóa X(%) 120 100 80 C6 C8 60 C4 40 20 0 Thời gian (h) Đồ thị ảnh hưởng dung mơi lên độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira Kết thí nghiệm cho thấy: độ chuyển hóa iodobenzene dung môi giảm dần theo thứ tự [HMIM]Br >[BMIM]Br >[OMIM]Br thời điểm phản ứng Độ chuyển hóa đạt 99% sau sử dụng dung môi [BMIM]Br, [HMIM]Br Phản ứng đạt độ chuyển hóa 70.9% thay [OMIM]Br Phản ứng Sonogashira dung môi [OMIM]Br xảy chậm nhất, độ chuyển hóa phản ứng đạt 83% sau Độ phân cực độ nhớt [OMOM]Br lớn dung môi [BMIM]Br, [HMIM]Br nên khả hòa tan tác chất xúc tác nên tốc độ phản ứng chậm độ chuyển hóa thấp so với dùng [BMIM]Br, [HMIM]Br 3.4.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG Khảo sát phản ứng Sonogashira vi sóng cơng suất 500W với dung mơi chất lỏng ion kết quả: 84 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng 22 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira ba chất lỏng ion Thời gian (s) 30 60 90 120 150 180 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) SI 12326463 3083694 1324396 - - 1013193 Sc 904734 3797715 5151446 - - 3929732 SI/SC Độ chuyển hóa (%) 1.363 0.812 0.257 - - 0.174 0 40.44 81.15 - - 87.2 100 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ([HMIM]Br) SI SC SI/SC Độ chuyển hóa (%) 28907910 2916131 9.913 5327345 9299085 0.572 5083514 10694971 0.475 4049189 9576679 0.423 4088105 12327217 0.33 2408226 13716193 0.175 - 94.22 95.2 95.7 96.65 98.22 - 1-octyl-3-methylimidazolium bromide ([OMIM]Br) SI 27941989 12151026 1818792 0 0 SC 50401161 11805578 7129381 SI/SC Độ chuyển hóa (%) 2.8 1.03 0.255 0 0 63.13 90.86 100 100 100 100 85 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 120 Độ chuyển hóa X(%) 100 80 60 C4 C8 C6 40 20 0 30 60 90 120 150 180 210 Thời gian (s) Đồ thị 10 ảnh hưởng dung môi lên độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira Kết thí nghiệm cho thấy: phản ứng vi sóng xảy nhanh, sau 60 giây, độ chuyển hóa phản ứng [HMIM]Br, [OMIM]Br, [BMIM]Br 95.2%, 90.86%, 81.15% Trong dung mơi [OMIM]Br, độ chuyển hóa đạt 100% sau 90 giây Độ chuyển hóa [BMIM]Br thấp so với hai chất lỏng ion đạt 100% sau phút Chất lỏng ion dung môi phân cực, hấp thu lượng vi sóng mạnh làm cho nhiệt độ tăng nhanh Nhiệt độ cao thúc đẩy phản ứng diễn nhanh đồng thời gây số phản ứng phụ Phenylacetylene tác chất dễ bị oxi hóa polymer hóa nhiệt độ cao Cu(I) acetylide bị oxi hóa dimer hóa sinh sản phẩm phụ diphenyldiacetylene, khó tách khỏi sản phẩm Phản ứng thực điều kiện khơng trơ khó hạn chế xảy phản ứng phụ 86 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Phản ứng điều kiện thường dễ trì ổn định nhiệt độ khuấy trộn tác chất Mặc dù phản ứng diễn lâu hình thành chủ yếu sản phẩm diphenylacetylene, sản phẩm phụ 3.4.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG SONOGASHIRA GIỮA IODOBENZENE VÀ PHENYLACETYLENE TRONG ĐIỀU KIỆN KHƠNG CĨ CuI Khảo sát phản ứng Sonogashira iodobenzene phenylacetylene dung môi 1-hexyl-3-metylimidazolium bromide 1200C với 7% mol PdCl2 base piperidine kết : Bảng 23 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira 1-hexyl-3-metylimidazolium bromide điều kiện thường không CuI Thời gian (h) SI SC SI/SC Độ chuyển hóa (%) 5792703 3589800 2.8 1714870 896070 1.91 31.45 521694 166918 1243035 419109 0.42 0.39 84.97 85.73 473991 3202502 0.148 94.7 Bảng 24 Độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira 1-hexyl-3-metylimidazolium bromide điều kiện thường có CuI Thời gian (h) SI SC SI/SC Độ chuyển hóa (%) 29371947 1888911 762290 715021 - 13350885 5.29 2627380 0.72 3916054 0.194 19420292 0.037 - 0 86.4 96.3 99.3 - 100 87 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 120 Độ chuyển hóa X(%) 100 80 ko CuI có CuI 60 40 20 Thời gian (h) Đồ thị 11Khảo sát ảnh hưởng CuI lên độ chuyển hóa phản ứng Sonogashira [HMIM]Br Kết thí nghiệm cho thấy : độ chuyển hóa phản ứng khơng sử dụng CuI thấp phản ứng có CuI thời điểm Độ chuyển hóa phản ứng 94.7% sau sản phẩm phụ hình thành Sự tạo thành phức π-alkyne –Cu (R - C≡C –Cu) từ CuX base làm cho proton alkyne đầu mạch có tính acid mạnh hơn, tăng khả vào phức L2PdRX, thúc đẩy trình phản ứng Tuy nhiên, với có mặt CuI dễ xảy phản ứng phụ tự ghép đơi, oxi hóa, …của acetylenes đầu mạch Sản phẩm phụ khó tách khỏi sản phẩm chính, có xu hướng thực phản ứng Sonogashira với vắng mặt xúc tác CuI Điểm bất lợi chu trình không sử dụng Cu tạo phức amine (với vai trò base) với phức Pd sau cộng hợp oxi hóa Amine vị trí ligand triphosphane, dẫn đến cạnh tranh alkyne amine cho vị trí ligand làm cản trở phản ứng Do vậy, độ chuyển hóa phản ứng thấp 88 Chương 4: KẾT LUẬN KẾT LUẬN Chất lỏng ion có nhiều ưu điểm dung mơi thơng thường tính khơng bay hơi, xem dung mơi xanh, thân thiện với môi trường việc sử dụng xúc tác IL giúp cho phân tách, tái sử dụng dễ dàng tăng hoạt tính xúc tác Ở Việt Nam, vấn đề chưa quan tâm nhiều Sau nghiên cứu tổng hợp khảo sát khả sử dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng ghép đôi Heck, Suzuki, Sonogashira đạt kết sau đây: Điều chế chất lỏng ion ƒ Điều chế IL 1-butyl-3-methylimidazolium bromide phản ứng bậc bốn hóa n-hexyl bromide 1-methylimidazole có hỗ trợ vi sóng Hiệu suất trung bình phản ứng đạt 93.45% sau phút ƒ Điều chế IL 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide phản ứng bậc bốn hóa n-hexyl bromide 1-methylimidazole có hỗ trợ vi sóng Hiệu suất trung bình phản ứng đạt 83.92% thời gian khoảng phút ƒ Điều chế IL 1-otyl-3-methyl imidazolium bromide phản ứng bậc bốn hóa n-hexyl bromide 1-methylimidazole có hỗ trợ vi sóng Hiệu suất trung bình phản ứng đạt 64.96% thời gian khoảng phút ƒ Xác định cấu trúc phương pháp IR, MS, NMR ba chất lỏng ion Nghiên cứu thực phản ứng Suzuki dung mơi chất lỏng ion hổ trợ vi sóng : ƒ Thực phản ứng Suzuki iodobenzene phenylboronic acid Khảo sát thay đổi tốc độ phản ứng thay đổi hàm lượng xúc tác PdCl2, thay đổi base thay đổi chất lỏng ion loại xúc tác Kết thu được: phản ứng Suzuki iodobenzene phenylboronic acid đạt độ chuyển hóa tối ưu thực dung môi [HMIM]Br, với xúc tác Pd(OAc)2 5% base (Et)3N 89 Chương 4: KẾT LUẬN ƒ Khảo sát khả phản ứng aryl halides khác (iodobenzene, bromobenzene, chlorobenzene) ảnh hưởng nhóm hút điện tử (4- iodoacetophenone), nhóm đẩy điện tử (4-iodotoluene) đến độ chuyển hóa phản ứng điều kiện vi sóng Kết phản ứng cho thấy độ chuyển hóa phản ứng giảm dần theo thứ tự iodobenzene > bromobenzene > chlorobenzene. Độ chuyển hóa giảm dần theo thứ tự 4-iodoacetophenone > iodobenzene > 4-iodotoluene Kết thu phù hợp với kết nghiên cứu trước ƒ Hệ chất lỏng ion – xúc tác thu hồi dễ dàng phương pháp chiết tái sử dụng với phản ứng khơng cần bổ sung thêm xúc tác, cần bổ sung thêm lượng nhỏ Đây ưu điểm chất lỏng ion so với dung môi hữu truyền thống, đặc biệt phản ứng đồng thể, mà việc thu hồi xúc tác đắt tiền khó khăn Khảo sát mở rộng cho phản ứng Heck phản ứng Sonogashira ƒ Thực phản ứng Heck iodobenzen styrene với xúc tác 5% mol PdCl2, base triethylamine ba chất lỏng ion Độ chuyển hóa phản ứng đạt 100% sau 1.5 phút chất lỏng [BMIM]Br Xác định chất lỏng [BMIM]Br thích hợp cho phản ứng Heck ƒ Thực phản ứng Sonogashira iodobenzene phenylacetylene với xúc tác 7% PdCl2 7% CuI, base piperidine ba chất lỏng ion điều kiện thường Độ chuyển hóa phản ứng sau chất lỏng [BMIM]Br, [HMIM]Br, [OMIMI]Br 99%, 99%, 79% ƒ Thực phản ứng Sonogashira iodobenzen phenylacetylene với xúc tác 7% PdCl2 7% CuI, base piperidine ba chất lỏng ion điều kiện vi sóng Độ chuyển hóa phản ứng đạt 100% sau phút Sau phút, độ chuyển hóa phản ứng chất lỏng [BMIM]Br, [HMIM]Br, [OMIMI]Br 81.15%, 95.2% 90.8% 90 Chương 4: KẾT LUẬN ƒ Khảo sát ảnh hưởng CuI lên khả phản ứng Sonogashira cho thấy: độ chuyển hóa phản ứng sử dụng CuI lớn độ chuyển hóa phản ứng khơng có CuI thời điểm Sau giờ, độ chuyển hóa phản ứng có CuI 99%, phản ứng khơng CuI 85.7% Mặc dù thời gian làm luận văn ngắn đề tài nhiều hạn chế, chưa khảo sát hết yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng ghép đôi khả làm dung môi chất lỏng điều kiện phản ứng khác Tuy nhiên, với kết đạt cho thấy việc điều chế ứng dụng làm dung môi IL hướng cho tổng hợp hữu đại Và đề tài tiền đề cho cơng trình nghiên cứu việc tổng hợp nhiều chất lỏng ion khả ứng dụng rộng sâu 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan.T.S.Nam, Polymer-supported Catalysts for Greener Synthesis, Being submitted for the Degree of Doctor of Philosophy, 29-38,116-127, 9/2004 [2] Phan.T.S.Nam, Hoá học xanh tổng hợp hữu cơ, Nhà xuất đại học quốc gia TP.HCM, 2008 [3] Phan.T.S.Nam, Matthew Van Der Sluys and Christopher W Jones, Georgia Institute of Technology USA, Advanced Synthesisan& Catalysis, Adv Synth.Catal., 348, 609 – 679, 2006 [4] Phan.T.S.Nam, Polymer-supported palladium catalysed Suzuki- Miyaura reactions in batch and a mini- continuous flow reactor syetem, Tetrahedron,12065-12073, 2005 [5] Roger Sheldon, Catalytic reaction in ionic liquid, Chem comm, 2399-2407, 2001 [6] P Wasserscheid and T Welton (Eds.), Synthesis of Ionic Liquids, 7-17 [7] Hau-toWong, Shejiao Han, Andrew Guy Livingst, The effect of ionic liquids on product yield and catalyst stability, Chemical Engineering Science 61, 1338 – 1341, 2006 [8] Prof Marja Lajunen ,University of Oulu Department of Chemistry, Green Chemistry for Sustainable Production, 28-32, 4/2006 [9] Fabio Bellina, Adriano Carpita, Renzo Rossi,Università di Pisa, Italy,Palladium Catalysts for the Suzuki Cross-Coupling Reaction, Synthesis, No.15, pp 2420-2438, 2004 [10] Albert- Ludwigs Universitat Freiburg, Application of Perfluoro- tags in Orangic Synthesis, 26.1.2006 [11] Jennifer L Anthony, Joan F Brennecke, John D Holbrey, Edward J Maginn, Rob A Mantz, Robin D Rogers, Paul C Trulove, Ann E Visser and Tom Welton, Physicochemical Properties of Ionic Liquids, pp 43-48,56-68, 2004 [12] Avelino Corma Hermenegildo García, Comparison between PEG and IM IL as solvent for Suzuki and Sonogashira coupling, Tetrahydron, pp 9848-9854, 2005 [13] Martyn Earle, Alain Forestièr, Hélène Olivier-Bourbigou and Peter Wasserscheid, Ionic Liquids in Synthesis, Organic Synthesisa, pp 217-225, 266-270 2004 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO [14] Martin Albrecht*a Helen Stoeckli-Evans, Catalytically active palladium pyridylidene complexes: pyridinium ionic liquids as N-heterocyclic ٛ arbine precursors, Chem Commun, pp 4705-4707, 2005 [15] P Wasserscheid T Welton , Synthesis of Ionic Liquids, pp 7-17 [16] James H Davis, Jr., Charles M Gordon, Claus Hilgers, Synthesis and Purification of Ionic Liquids, pp 33-41 [17] Chris Hardacre, Ionic Liquids in Synthesis, Order in the Liquid State and Structure, pp 127-128, 134-135, 145, 2004 [18] C.K.Z.Andrade, S.C.S.Takada, P.A.Z Suarez, M B Alves, Synlett, pp15391541, 2006 [19] L Zhou, L Wang, Synthesis, pp 2649-2652, 2006 [20] Sven Schroăter, Christoph Stock and Thorsten Bach, Technische Universitat Munchen, Germany, Tetrahedron 61, 2245–2267, 2005 [21] Nguyễn.T.M.Hiền, Nghiên cứu phản ứng Heck iodobenzene styrene dung môi xanh chất lỏng ion, Luận văn tốt nghiệp, 2007 [22] Martyn J Earle Kenneth R Seddon, Pure Appl Chem.72, pp1391–1398, 2000 [23] Michael J Rozema, Michael Fickes, Maureen McLaughlin, Bridget Rohde Todd McDermott, Tetrahedron Letters 47, pp 8765–8768, 2006 [24] Muralidhara Thimmaiah Shiyue Fang, Tetrehedron xx – 8, 2007 [25] Sambasivarao Kotha, Kakali Lahiri and Dhurke Kashinath, Tetrahedron report number 625 [26] Nicholas E Leadbeater; Fast, easy, clean chemistry by using water as a solvent and microwave heating: the Suzuki coupling as an illustration, Chem Commun., 2005, 2881–2902 / 2883 [27] Per Lind, Organic and Organometallic Compounds for Nonlinear Absorption of Light, Department of Chemistry, Organic Chemistry Umeå University, SE – 901 87, Umeå, Sweden 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO [28] Denise Méry, Karine Heuzé Didier Astruc, A very efficient, copper-free palladium catalyst for the Sonogashira reaction with aryl halides, CHEM COMMUN., 2003, 1934–1935 [29] Paulo Galdino de Lima, O A C Antunes, Tetrahedron Letters 49 (2008) 2506–2509 [30] [Jintao Guan, Jian-Guo Hou, Sheng Hua Liu*, Appl Organometal Chem 2007; 21: 355–359 [31] Jong-Ho Kim, Dong-Ho Lee, Bong-Hyun Jun and Yoon-Sik Lee*, Tetrahedron Letters 48 (2007) 7079–7084 [32] Soon Bong Park, Howard Alper*, C h e m C o m m u n , 2004,1306 – 1307 [33] Taishi Kawasaki Yoshinori Yamamoto*, J Org Chem 2002, 67, 5138-5141 [34] David A Shultz,* Kevin P Gwaltney, Hyoyoung Lee, J Org Chem., Vol 63, No 12, 1998 [35] C Oliver Kappe, Angew Chem Int Ed 2004, 43, 6250 –6284 [36] Rajender S Varma Vasudevan V.Namboodiri, Pure Appl Chem.,Vol.73, No.8, pp.1309-1313, 2001 [37] Maggel Deetlefs and Kenneth R Seddon, Green Chemistry, 2003, 5, 181-186 [38] Rajender S Varma, Vasudevan V Namboodiri,Chem Commun, 2001, 643-644 [39] Hoang Phuong Nguyen, Hubert Matondo and Michel Baboulene, Green Chemistry, 2003, 5, 303-305 [40] P Formentin, H Garcia, A Leyva, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 214, 137 (2004) 94 ... Phú n Cơng nghệ Hố học 2007 TÀI: “ Nghiên cứu thực phản ứng Suzuki dung môi xanh chất lỏng ion họ imidazolium? ?? NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:: - Tổng hợp xác định cấu trúc ba chất lỏng ion 1-butyl, 1-hexyl,... khử tách 1.3.2 PHẢN ỨNG SUZUKI TRONG IL Cho đến trước phản ứng Suzuki thực chất lỏng ion, phản ứng thực nhiều dung môi khác nhiều xúc tác khác Đặc biệt để tăng hiệu suất phản ứng người ta thường... việc ứng dụng chúng tổng hợp hợp chất hữu Chính với cơng trình nghiên cứu chúng tơi muốn trình bày việc nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium sử dụng làm dung môi xanh cho phản ứng