đến phản ứng
Sử dụng phương trình đường chuẩn curcumin đã dựng với r2 = 0.9969 và phương trình y = 0.1384x + 0.0216 với x nồng độ curcumin (µg/mL), y là độ hấp thu quang của dung dịch curcumin trong ethyl acetate đo ở 425 nm. Nồng độ sản phẩm curcumin tạo thành được tính ở những thời gian khác nhau.
Từ kết quả của các thí nghiệm ở năm dung môi khác nhau ở những xúc tác và nhiệt độ đã chọn, chúng tôi khảo sát vận tốc tại thời điểm t = 15p vì thường trong thời gian đầu tốc độ
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 200 250 300 350 400 450 500 550 600 vanillin
38
xảy ra nhanh và càng về sau thì phản ứng chậm dần. Hiệu suất phản ứng cực đại được xác định tại thời điểm mà đỉnh hấp thụ ở 425 nm cao nhất.
Công thức tính vận tốc tại t = 15 phút:
Bảng 3.2 Kết quả vận tốc và hiệu suất của bốn dung môi tại các điều kiện phản ứng Dung môi Nhiệt độ (oC) Xúc tác (g) Vận tốc ban đầu
(g/(phut* L)) Hiệu suất lớn nhất (%) N,N-dimethylacetamide 70 0.2 2..11 13.23 90 0.2 2.82 24.01 110 0.2 3.15 14.84 70 0.3 4.51 23.59 90 0.3 4.78 22.97 110 0.3 5.64 25.95 70 0.4 4.64 19.71 90 0.4 5.15 22.64 110 0.4 7.77 23.06 Isopropyl alcohol 60 0.2 1.27 4.65 70 0.2 1.46 8.45 80 0.2 0.94 7.12 60 0.3 2.52 4.65 70 0.3 2.37 10.55
39 80 0.3 1.04 8.33 60 0.4 3.13 6.93 70 0.4 3.24 11.82 80 0.4 2.28 12.93 n-butylacetate 70 0.2 0.62 4.56 90 0.2 1.46 18.6 110 0.2 1.5 8.51 70 0.3 1.14 9.07 90 0.3 1.64 19.47 110 0.3 2.59 13.96 70 0.4 1.17 9.79 90 0.4 1.8 20.62 110 0.4 4.77 16.87 Carbon tetrachloride 60 0.2 0.75 2.04 70 0.2 2.53 3.15 80 0.2 0.68 2.69 60 0.3 0.91 1.97 70 0.3 2.63 4.47 80 0.3 0.94 2.81 60 0.4 0.91 3.16
40
70 0.4 2.96 10.94
80 0.4 1.17 3.33
Khi thực hiện phản ứng trong dung môi hexane, các tác chất (vanillin phức bo của 2,4- pentanedione) không tan và vón lại thành mảng dính chặt vào bình cầu, khiến cho phản ứng không thể xảy ra. Đem phần dung dịch pha loãng và đo UV thì không có peak tại 425nm cũng như 550 nm cho thấy phản ứng không xảy ra. Do đó, trong bảng 3.2 không có kết quả thí nghiệm trong dung môi n-hexane. Như vậy có thể nhận định rằng vùng gần trung tâm bản đồ (các dung môi không phân cực) là những dung môi không thuận lợi cho phản ứng điều chế rosocyanine.
3.2.1 Ảnh hưởng cua dung môi, nhiệt độ, lượng xúc tác đến tốc độ phản ứng
Ta chọn nhiệt độ t = 70oC (nhiệt độ này xuất hiện ở tất cả dung môi đã làm) ở tất cả điều kiện xúc tác kết quả ở bảng 3.3.
Bảng 3.3 Tốc độ ban đầu của phản ứng (g/(l*phút)) tại T= 70oC của bốn dung môi
Xúc tác N,N-dimethylacetamide Isopropyl alcohol n-butylacetate CCl4 0.2 2.11 1.46 0.62 2.53 0.3 4.51 2.37 1.14 2.63 0.4 4.64 3.24 1.17 2.96
Qua hình 3.8 ta có thể thấy được khi lượng xúc tác tăng thì vận tốc phản ứng trong từng dung môi cũng tăng. Tuy nhiên, khi tăng lượng xúc tác từ 0.3 g lên 0.4 g, tốc độ phản ứng tăng không đáng kể. Như vậy có thể thấy rằng 0,3 g n-butylamine đã là lượng xúc tác bão hòa, việc dùng nhiều xúc tác hơn cũng không đem lại hiệu quả.
Khi so sánh các dung môi với nhau, thì phản ứng thực hiện trong dung môi N,N- dimethylacetamide có vận tốc cao hơn hẳn so với các dung môi còn lại. Như vậy dung
41
môi phân cực phi proton (ở góc phần tư IV trên bản đồ PCA) có tác dụng không chỉ làm tăng hiệu suất, mà còn tăng tốc độ phản ứng tạo thành rosocyanine.
acetamide 2-propanol n-butylacetate CCl4 0 1 2 3 4 5 Rate ( g/( L*min)) Solvent 0.2 g 0.3 g 0.4 g
Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện vận tốc của dung môi ở mỗi xúc tác
3.2.2 Ảnh hưởng của dung môi, nhiệt độ, lượng xúc tác đến hiệu suất
Bảng 3.4 Hiệu suất tạo thành rosocyanine (%) tại t = 70oC của bốn dung môi
Xúc tác N,N-dimethylacetamide Isopropyl alcohol n-butylacetate CCl4 0.2 13.23 8.45 4.56 3.15 0.3 23.59 10.55 9.07 4.47 0.4 19.71 11.82 9.79 10.94
Từ kết quả trên, có thể thấy dung môi cho hiệu suất tổng hợp cao nhất là N,N- dimethylacetamide. Hiệu suất cực đại đạt được 110oC với 0.3g n-butylamine. Kết quả này khá tương đồng với kết quả của Krackov công bố khi khảo sát hiệu suất quy trình điều
42
chế curcumin trong các dung môi khác nhau [46]. Thứ tự giảm dần hiệu suất phản ứng trong các dung môi như sau: N,N-dimethylacetamide> isopropanol> butyl acetate > carbon tetrachloride> n-hexane. Như vậy, phản ứng điều chế rosocyanine xảy ra nhanh và cho hiệu suất cao trong dung môi phân cực phi proton (N,N-dimethylacetamide), kém hơn trong dung môi phân cực proton (isopropanol) và kém nhất trong dung môi không phân cực (carbon tetrachloride và n-hexane).
Hình 3.10 Hiệu suất phản ứng với các dung môi và lượng xúc tác khác nhau
3.2.3 Năng lượng hoạt hóa
Do ở lượng xúc tác 0.2 g chưa xảy ra sự bão hòa xúc tác trong các dung môi, chúng tôi chọn lượng xúc tác là 0.2 g khi tính năng lượng hoạt hóa của từng cặp nhiệt độ trong 4 dung môi theo công thức (
)
.
43
Năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho phản ứng tổng hợp của dung môi CCl4 là rất lớn hiệu suất tạo ra sản phẩm lại rất nhỏ, nên cần xem lại dung môi này và những dung môi nằm cận kề trong bản đồ PCA thuộc góc phần tư (III), hạn chế sử dụng vừa gây tổn hại môi trường mà hiệu quả lại không cao và đặc biệt ảnh hưởng độc đến với con người.
Bảng 3.5 Kết quả năng lượng hoạt hóa từng cặp nhiệt độ của bốn dung môi
Dung môi T1 T2 Ea (J/mol)
N,N-dimethylacetamide 70 90 15012 90 110 6794 Isopropyl alcohol 60 70 13240 70 80 44324 n-butylacetate 70 90 44330 90 110 1562 Carbon tetrachloride 60 70 115464 70 80 132262
44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua nghiên cứu này cho thấy được những vấn đề sau:
Một bản đồ dung môi PCA đã được xây dựng theo hai thành phần chính đầu tiên. Các thành phần chính này được xây dựng thông qua 84 thông số mô tả được tính toán trên 272 dung môi. Bản đồ dung môi PCA này khá phù hợp với cách phân loại dung môi theo tính phân cực. Bản đồ này có thể được dùng để xác định và lựa chọn thay thế cho các dung môi độc hại bằng dung môi xanh hơn.
Đã chứng minh được việc sử dụng dung môi ở góc phần tư thứ nhất thì ảnh hướng đến vận tốc và hiệu suất của phản ứng tạo rosocyanine như dung môi N,N-dimethylacetamide. Sự lựa chọn thứ hai là dung môi isopropyl alcohol cũng là một dung môi khả thi để thử nghiệm nằm ở góc phần tư thứ nhất và nằm gần trục tọa độ.
Dung môi tác động rất lớn tới vận tốc và hiệu suất của phản ứng, dung môi tối ưu trong phản ứng tổng hợp rosocyanine là dung môi N,N-dimethylacetamide là một dung môi phân cực, có nhiệt độ sôi cao 165oC, bền với nhiêt, tốc độ bay hơi và khả năng bị phân hủy thấp. Có thể tiếp tục tìm các dung môi tối ưu hơn trên bản đồ PCA.
Chứng minh được rằng nhiệt độ, xúc tác tỷ lệ thuận với hiệu suất phản ứng, nếu tăng nhiệt độ thì hiệu suất tăng đến điểm giới hạn phản ứng sẽ đi theo chiều ngược lại làm giảm hiệu suất.
Kiến nghị
Vì thời gian có hạn, nên đồ án chỉ dừng ở việc xác định dung môi cho hiệu suất cao, xây dựng bản đồ PCA theo hai thành phần chính, xem xét đánh giá các yếu tố ảnh hưởng. Một số nội dung nghiên cứu cần được thực hiện tiếp theo dựa trên các kết quả thu được:
45
Tiến hành tổng hợp rosocyanine bằng cách thay đổi dung môi xanh hơn nằm ở gần N,N- dimethylacetamide nhằm giảm thiểu các vấn đề về môi trường cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.
Khảo sát các dung môi ở điều kiện xúc tác và nhiệt độ ở khoảng xa hơn, để thấy rõ sự ảnh hưởng của điều kiện đến phản ứng để xác định điểm giới hạn mà tại đó phản ứng bắt đầu đi theo chiều nghịch.
Điều chế các dẫn xuất của curcumin với cách lựa chọn dung môi tương tự vì khi thay đổi cấu trúc chất nền, dung môi tối ưu cho phản ứng có thể bị thay đổi.
46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] W. Chearwae, S. Anuchapreeda, K. Nandigama, S. V. Ambudkar, and P. Limtrakul, "Biochemical mechanism of modulation of human P-glycoprotein (ABCB1) by curcumincumin I, II, and III purified from Turmeric powder,"
Biochem Pharmacol, vol. 68, no. 10, pp. 2043-52, Nov 15 2004.
[2] R. A. Sharma, A. J. Gescher, and W. P. Steward, "curcumincumin: the story so far," Eur J Cancer, vol. 41, no. 13, pp. 1955-68, Sep 2005.
[3] B. B. Aggarwal, A. Kumar, M. S. Aggarwal, and S. J. P. i. c. c. Shishodia, "curcumincumin derived from turmeric (curcumincuma longa): a spice for all seasons," vol. 23, pp. 351-387, 2005.
[4] L. Shen and H. F. Ji, "Theoretical study on physicochemical properties of curcumincumin," Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc, vol. 67, no. 3-4, pp. 619-23, Jul 2007.
[5] K. Peter, Handbook of herbs and spices. Woodhead publishing, 2006.
[6] X.-G. He, L.-Z. Lin, L.-Z. Lian, and M. J. J. o. C. A. Lindenmaier, "Liquid chromatography–electrospray mass spectrometric analysis of curcumincuminoids and sesquiterpenoids in turmeric (curcumincuma longa)," vol. 818, no. 1, pp. 127- 132, 1998.
[7] K. Indira Priyadarsini, "Chemical and Structural Features Influencing the Biological Activity of curcumincumin," curcuminrent Pharmaceutical Design, vol. 19, no. 11, pp. 2093-2100, 2013.
[8] K. I. Priyadarsini et al., "Role of phenolic O-H and methylene hydrogen on the free radical reactions and antioxidant activity of curcumincumin," Free Radical Biology
and Medicine, vol. 35, no. 5, pp. 475-484, 2003.
[9] B. H. Ali, H. Marrif, S. A. Noureldayem, A. O. Bakheit, and G. J. N. P. C. Blunden, "Some biological properties of curcumincumin: A review," vol. 1, no. 6, p. 1934578X0600100613, 2006.
[10] N. Kamalakkannan et al., "Comparative effects of curcumincumin and an analogue of curcumincumin in carbon tetrachloride‐ induced hepatotoxicity in rats," vol. 97, no. 1, pp. 15-21, 2005.
[11] G. M. Holder, J. L. Plummer, and A. J. J. X. Ryan, "The metabolism and excretion of curcumincumin (1, 7-bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1, 6-heptadiene-3, 5- dione) in the rat," vol. 8, no. 12, pp. 761-768, 1978.
47
[12] R. Satoskar, S. Shah, S. J. I. j. o. c. p. Shenoy, therapy,, and toxicology, "Evaluation of anti-inflammatory property of curcumincumin (diferuloyl methane) in patients with postoperative inflammation," vol. 24, no. 12, pp. 651-654, 1986. [13] V. Kumar, S. A. Lewis, S. Mutalik, D. B. Shenoy, N. J. I. j. o. p. Udupa, and
pharmacology, "Biodegradable microspheres of curcumincumin for treatment of inflammation," vol. 46, no. 2, pp. 209-217, 2002.
[14] K. Reyes-Gordillo, J. Segovia, M. Shibayama, P. Vergara, M. G. Moreno, and P. Muriel, "curcumincumin protects against acute liver damage in the rat by inhibiting NF-kappaB, proinflammatory cytokines production and oxidative stress," Biochim
Biophys Acta, vol. 1770, no. 6, pp. 989-96, Jun 2007.
[15] T. Sugiyama et al., "Selective protection of curcumincumin against carbon tetrachloride-induced inactivation of hepatic cytochrome P450 isozymes in rats,"
Life Sci, vol. 78, no. 19, pp. 2188-93, Apr 4 2006.
[16] R. K. Maheshwari, A. K. Singh, J. Gaddipati, and R. C. J. L. s. Srimal, "Multiple biological activities of curcumincumin: a short review," vol. 78, no. 18, pp. 2081- 2087, 2006.
[17] Y. Sugiyama, S. Kawakishi, and T. J. B. p. Osawa, "Involvement of the β-diketone moiety in the antioxidative mechanism of tetrahydrocurcumincumin," vol. 52, no. 4, pp. 519-525, 1996.
[18] D. Perrone et al., "Biological and therapeutic activities, and anticancer properties of curcumincumin," Exp Ther Med, vol. 10, no. 5, pp. 1615-1623, Nov 2015. [19] M.-T. Huang, Z. Wang, C. Georgiadis, J. Laskin, and A. J. C. Conney, "Inhibitory
effects of curcumincumin on tumor initiation by benzo [a] pyrene and 7, 12- dimethylbenz [a] anthracene," vol. 13, no. 11, pp. 2183-2186, 1992.
[20] M.-T. Huang, R. C. Smart, C.-Q. Wong, and A. H. J. C. r. Conney, "Inhibitory effect of curcumincumin, chlorogenic acid, caffeic acid, and ferulic acid on tumor promotion in mouse skin by 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate," vol. 48, no. 21, pp. 5941-5946, 1988.
[21] A. J. Jiang, G. Jiang, L. T. Li, and J. N. Zheng, "curcumincumin induces apoptosis through mitochondrial pathway and caspases activation in human melanoma cells,"
Mol Biol Rep, vol. 42, no. 1, pp. 267-75, Jan 2015.
[22] S. Rouhani, N. VALIZADEH, and S. Salimi, "Ultrasonic Assisted Extraction of Natural Pigments from Rhizomes of curcumincuma Longa L," 2009.
[23] H. B. Rasmussen, S. B. Christensen, L. P. Kvist, and A. J. P. m. Karazmi, "A simple and efficient separation of the curcumincumins, the antiprotozoal constituents of curcumincuma longa," vol. 66, no. 04, pp. 396-398, 2000.
48
[24] O. Vajragupta et al., "Manganese complexes of curcumincumin and its derivatives: evaluation for the radical scavenging ability and neuroprotective activity," vol. 35, no. 12, pp. 1632-1644, 2003.
[25] G. K. Jayaprakasha, L. Jagan Mohan Rao, K. K. J. J. o. a. Sakariah, and f. chemistry, "Improved HPLC method for the determination of curcumincumin, demethoxycurcumincumin, and bisdemethoxycurcumincumin," vol. 50, no. 13, pp. 3668-3672, 2002.
[26] S. C. Deogade and S. J. I. J. B. P. R. Ghate, "curcumincumin: therapeutic applications in systemic and oral health," vol. 6, pp. 281-290, 2015.
[27] H. J. R. d. T. C. d. P. B. Pabon, "A synthesis of curcumincumin and related compounds," vol. 83, no. 4, pp. 379-386, 1964.
[28] E. V. Rao and P. J. I. j. o. p. s. Sudheer, "Revisiting curcumincumin chemistry part I: A new strategy for the synthesis of curcumincuminoids," vol. 73, no. 3, p. 262, 2011.
[29] K. I. Priyadarsini, "The chemistry of curcumincumin: from extraction to therapeutic agent," Molecules, vol. 19, no. 12, pp. 20091-112, Dec 1 2014.
[30] L. R. Fabrigar, D. T. Wegener, R. C. MacCallum, and E. J. J. P. m. Strahan, "Evaluating the use of exploratory factor analysis in psychological research," vol. 4, no. 3, p. 272, 1999.
[31] M. Linting, J. J. Meulman, P. J. Groenen, and A. J. J. P. m. van der Koojj, "Nonlinear principal components analysis: introduction and application," vol. 12, no. 3, p. 336, 2007.
[32] M. J. Astle and R. C. Weast, CRC handbook of data on organic compounds. CRC Press, 1986.
[33] S. A. Wildman, G. M. J. J. o. c. i. Crippen, and c. sciences, "Prediction of physicochemical parameters by atomic contributions," vol. 39, no. 5, pp. 868-873, 1999.
[34] T. I. J. J. o. c.-a. m. d. Oprea, "Property distribution of drug-related chemical databases," vol. 14, no. 3, pp. 251-264, 2000.
[35] L. H. Hall and L. B. J. R. i. c. c. Kier, "The molecular connectivity chi indexes and kappa shape indexes in structure‐ property modeling," pp. 367-422, 1991.
[36] L. Kier and L. J. E. J. o. M. C. Hall, "Nature of structure-activity-relationships and their relation to molecular connectivity," vol. 12, no. 4, pp. 307-312, 1977.
49
diagram to the classification of topological and geometrical shapes of chemical compounds," vol. 32, no. 4, pp. 331-337, 1992.
[38] J. Gasteiger and M. J. T. Marsili, "Iterative partial equalization of orbital electronegativity—a rapid access to atomic charges," vol. 36, no. 22, pp. 3219- 3228, 1980.
[39] K. Lawrence, S. E. Flower, G. Kociok-Kohn, C. G. Frost, and T. D. James, "A simple and effective colorimetric technique for the detection of boronic acids and their derivatives," Analytical Methods, vol. 4, no. 8, 2012.
[40] L. Clarke and C. J. A. C. J. Jackson, "Rosocyanine," vol. 39, pp. 696-719, 1908. [41] L. J. Diorazio, D. R. Hose, N. K. J. O. P. R. Adlington, and Development, "Toward
a more holistic framework for solvent selection," vol. 20, no. 4, pp. 760-773, 2016. [42] W. J. Bannister, "Normal tributyl borate," ed: Google Patents, 1928.
[43] M. H. Krackov and H. E. Bellis, "Process for the synthesis of curcumincumin- related compounds," ed: Google Patents, 1997.
[44] P. M. Murray et al., "The application of design of experiments (DoE) reaction optimisation and solvent selection in the development of new synthetic chemistry," vol. 14, no. 8, pp. 2373-2384, 2016.
50
PHỤ LỤC
Bảng 1: 272 dung môi dùng để xây dựng PCA map
STT Danh pháp IUPAC Số CAS Công thức SMILE Công thức cấu tạo
1 1,1,1-trichloroethane [71-55-6] CC(Cl)(Cl)Cl 2 1,1,3,3-tetramethylurea [632-22-4] CN(C(=O)N(C)C)C 3 1,1-dichloroethane [75-34-3] CC(Cl)Cl 4 Vinyl chlorua [75-35-4] ClC(=C)Cl 5 oxalonitrile [107-15-3] NCCN 6 1,2-dichlorobenzene [95-50-1] Clc1ccccc1Cl 7 1,2-dichloroethane [107-06-2] ClCCCl 8 1,2-dimethoxyethane [110-71-4] COCCOC 9 ethane-1,2-diol [107-21-1] OCCO 10 1,3,5-trimethylbenzene [108-67-8] Cc1cc(C)cc(c1)C 11 1,4-xylene [106-42-3] Cc1ccc(cc1)C 12 1,4-dioxane [123-91-1] O1CCOCC1
51 13 1-methylpyrrolidin-2-one [872-50-4] O=C1CCCN1C 14 2,4-dimethylpentan-3- one [565-80-0] CC(C(=O)C(C)C)C 15 2,6-dimethylheptan-4- one [108-83-8] CC(CC(=O)CC(C)C) C 16 2-aminoethanol [141-43-5] NCCO 17 2-methoxyethanol [109-86-4] COCCO 18 2-methylpentane [107-83-5] CCCC(C)C 19 2-methyloxolane [96-47-9] CC1CCCO1 20 2-methylbutan-2-ol [75-85-4] CCC(O)(C)C