Phản ứng aminomethyl hóa alcol furfurylic để điều chế chất 3, về bản chất đây là phản ứng Mannich, một phản ứng đa thành tố mà nhóm nghiên cứu đã có kinh nghiệm thực nghiệm đối với rất nhiều dãy chất nhưng chủ yếu là các phản ứng Mannich theo kiểu N-aminomethyl hóa (hợp phần có nguyên tử hydro
25
linh động là hydro của nhóm - NH). Trong phản ứng này là phản ứng Mannich theo kiểu C-aminomethyl hóa (hợp phần có nguyên tử hydro linh động là hydro của C5-H).
Các hợp phần tham gia phản ứng trong phản ứng nay gồm có: dimethylamin (CH3)2NH là một amin bậc hai no mạch thẳng, có lực base mạnh, có tính ái nhân cao, có khả năng tham gia phản ứng tạo cation aminomethyl dễ dàng; formaldehyd (HCHO) cũng là một aldehyd đầu dãy có khả năng tham gia phản ứng cộng hợp ái nhân tốt do nhóm >C=O không bị cản trở không gian, không bị ảnh hưởng của hiệu ứng +I bởi gốc R như các đồng đẳng khác có số carbon lớn hơn; Hợp phần chứa nguyên tử hydro linh động là alcol fururylic cũng có nguyên tử hydro của C5-H tương đối linh động. Vì vậy, phản ứng này không cần thiết phải sử dụng xúc tác mà vẫn xảy ra tương đối dễ dàng.
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát các yếu tố có thể ảnh hưởng tới hiệu suất của phản ứng như nhiệt độ phản ứng, dung môi phản ứng.
Kết quả khảo sát cụ thể như sau:
3.1.2.1.Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất của phản ứng Mannich tổng hợp chất 3
Cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 100ml, 1,75ml alcol fururylic (0,02mol) và 10ml ethanol. Lắp bộ dụng cụ phản ứng. Khuấy đều hỗn hợp trên, vừa khuấy vừa thêm từ từ 1,6ml formol (0,02mol), thêm tiếp 2,0ml dimethylamin (0,02mol ). Khuấy đều và đun cách thủy trong 2 giờ, duy trì nhiệt độ phản ứng lần lượt là 50oC, 70oC, nhiệt độ hồi lưu. Kết thúc phản ứng, chuyển hỗn hợp phản ứng sang bình gạn, gạn lấy lớp hữu cơ có màu vàng ngà ở lớp trên, rửa hai lần mỗi lần 5ml dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng Na2SO4. Lọc. Dịch lọc đem cất quay thu được sản phẩm 5-(dimethylamino)furan-2- yl]methanol (3) là chất lỏng trong suốt, màu vàng nhạt.
26
Sơ bộ kiểm tra độ tinh khiết: bằng SKLM với hệ DMKT là MeOH: dd NH4OH 28% (79:1; v/v) cho một vết rõ, gọn dưới ánh sáng đèn tử ngoại, Rf = 0,38
Hiệu suất phản ứng được thể hiện trong bảng sau
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất của phản ứng Mannich tổng hợp chất (3)
TT Nhiệt độ (oC) Khối lượng
sản phẩm (g)
Hiệu suất
(%)
1 50 1,85 60
2 70 2,14 69
3 Nhiệt độ hồi lưu 2,27 73
Hình 3.4. Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi của hiệu suất phản ứng tổng hợp (3) theo nhiệt độ
Nhận xét: Nhiệt độ hỗn hợp phản ứng tăng, hiệu suất phản ứng tổng hợp
(3) cũng tăng lên và nhiệt độ thích hợp tiến hành phản ứng là nhiệt độ hồi lưu.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hi ệu su ất (%)
50oC 70oC Nhiệt độ hồi lưu
27
3.1.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của dung môi phản ứng tới hiệu suất của phản ứng Mannich tổng hợp chất 3
Cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 100ml, 1,75ml alcol fururylic (0,02mol) và 10ml dung môi, dung môi lần lượt là isopropanol, methanol, ethanol. Lắp bộ dụng cụ phản ứng. Khuấy đều hỗn hợp trên, vừa khuấy vừa thêm từ từ 1,6ml formol (0,02mol), thêm tiếp 2,0ml dimethylamin (0,02mol ). Khuấy đều và đun hồi lưu, cách thủy trong 2 giờ. Kết thúc phản ứng, chuyển hỗn hợp phản ứng sang bình gạn, gạn lấy lớp hữu cơ có màu vàng ngà ở lớp trên, rửa hai lần mỗi lần 5ml dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng Na2SO4. Lọc. Dịch lọc đem cất quay thu được sản phẩm 5-(dimethylamino)furan-2-yl]methanol (3) là chất lỏng trong suốt, màu vàng nhạt.
Sơ bộ kiểm tra độ tinh khiết: bằng SKLM với hệ DMKT là MeOH: dd NH4OH 28% trong nước (79:1; v/v) cho một vết rõ, gọn dưới ánh sáng đèn tử ngoại, Rf = 0,38
Hiệu suất phản ứng được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất của phản ứng Mannich tổng hợp chất (3)
TT Dung môi Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 1 Isopropanol 1,78 57 2 Methanol 2,22 72 3 Ethanol 2,28 74
28
Hình 3.5. Biểu đồ biễu diễn sự thay đổi của hiệu suất phản ứng tổng hợp chất (3) theo dung môi phản ứng
Nhận xét: Hiệu suất khi sử dụng dung môi ethanol và methanol cao hơn
khi sử dụng dung môi isopropanol. Dung môi thích hợp tiến hành phản ứng là ethanol.
Từ kết quả khảo sát xác định được các thông số nhiệt độ, dung môi phản ứng và sử dụng tỷ lệ mol thích hợp theo tài liệu tham khảo [11],[11] của phản ứng tổng hợp 3. Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp chất 3 theo quy trình sau:
Tiến hành phản ứng: cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 100ml, 1,75ml alcol fururylic (0,02mol) và 10ml ethanol. Lắp bộ dụng cụ phản ứng. Khuấy đều hỗn hợp trên, vừa khuấy vừa thêm từ từ 1,6ml formol (0,02mol), thêm tiếp 2,0ml dimethylamin (0,02mol ). Khuấy đều và đun hồi lưu, cách thủy trong 2 giờ.
Xử lý hỗn hợp phản ứng: kết thúc phản ứng, chuyển hỗn hợp phản ứng sang bình gạn, gạn lấy lớp hữu cơ có màu vàng ngà ở lớp trên, rửa hai lần mỗi
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hi ệu su ất (%)
Isopropanol Methanol Ethanol
29
lần 5ml dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng Na2SO4. Lọc. Dịch lọc đem cất quay thu được 2,28g sản phẩm 5-(dimethylamino)furan-2-yl]methanol (3) là chất lỏng trong suốt, màu vàng nhạt.
Hiệu suất: 74%.
Sơ bộ kiểm tra độ tinh khiết: bằng SKLM với hệ DMKT là MeOH: dd NH4OH 28% (79:1; v/v) cho một vết rõ, gọn dưới ánh sáng đèn tử ngoại, Rf = 0,38
3.1.3. Tổng hợp 2-(((5-((dimethylamino)methyl)furan-2-yl)methyl)thio- ethanamin (4)
Giai đoạn tổng hợp này, theo công bố của tài liệu [10, 11] phản ứng tổng hợp chất 4 được thực hiện bằng cách cho alcol 5- (dimethylaminomethyl)furfurylic (3) phản ứng với 2-aminoethanethiol trong môi trường acid hydroclorid đậm đặc ở nhiệt độ thấp sẽ thu được sản phẩm 4. Đây là phản ứng thế ái nhân đơn giản trong môi trường acid, đồng thời cũng đã có rất nhiều tài liệu công bố về kết quả khảo sát của phản ứng này. Vì vậy, ở giai đoạn này kết hợp với tài liệu [37], chúng tôi chỉ khảo sát tỷ lệ các chất của phản ứng điều chế chất 4 như sau:
Tiến hành phản ứng: cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 100 ml lần lượt 0,39g; 0,58g; 0,77g; 1,16g 2-aminoethanthiol (0,005mol; 0,0075mol; 0,01mol; 0,0125mol tương ứng tỷ lệ (3):2-aminoethanthiol là 1:0,5; 1:0,75; 1:1; 1:1,25) và 15ml HCl 10%, sau đó làm lạnh bình phản ứng bằng nước đá. Khuấy đều hỗn hợp phản ứng, nhỏ từ từ1,5g chất (3) (0,01mol) vào hỗn hợp trên, duy trì nhiệt độ hỗn hợp phản ứng.
Xử lý hỗn hợp phản ứng: kết thúc phản ứng, làm lạnh, trung hòa hỗn hợp phản ứng bằng dung dịch NaHCO3 bão hòa. Chuyển hỗn hợp phản ứng sang bình gạn, chiết 2 lần mỗi lần 10ml CH2Cl2, gộp dịch chiết và rửa hai lần mỗi
30
lần 5ml dung dịch NaCl bão hòa. Làm khan bằng Na2SO4. Lọc. Cất quay loại dung môi để thu được sản phẩm (4) là chất lỏng trong suốt, màu vàng tươi.
Sơ bộ kiểm tra độ tinh khiết: bằng SKLM với hệ dung môi MeOH: NH3
(79:1) cho một vết rõ, gọn dưới ánh sáng đèn tử ngoại, Rf = 0,42 Hiệu suất phản ứng được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng tới hiệu suất phản ứng tổng hợp (4)
TT Tỷ lệ (3):2-aminoethanthiol Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 1 1:0,5 0,67 63 2 1:0,75 1,04 65 3 1:1,0 1,55 72 4 1:1,25 1,54 72
Hình 3.6. Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi của hiệu suất phản ứng tổng hợp chất (4) theo tỷ lệ các chất tham gia phản ứng
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hi ệu su ất (%) 1:0,5 1:0,75 1:1,0 1:1,25 Tỷ lệ (3):2-aminoethanthiol
31
Nhận xét: Tỷ lệ các chất thích hợp tham gia phản ứng là (3):2-aminoethanthiol
= 1:1