Sau khi cố định thời gian tối ưu là 60 phút, nhiệt độ 120o
C, khối lượng xúc tác là 0,05g, cố định malononitril và β-naphtol, thay đổi tỉ lệ mol của benzaldehid để tối ưu lượng chất này.
Bảng 3.4: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất benzaldehid
1:2:3 (mmol) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%)
1:2:2 0,104 17 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Khối lượng (g) H iệu su ất (% )
2:2:2 0,37 62
3:2:2 0,383 64
4:2:2 0,37 62 5:2:2 0,349 59
Từ kết quả bảng trên cho thấy, khi tăng lượng benzaldehid thì hiệu suất phản ứng giảm do hỗn hợp phản ứng loãng làm giảm khả năng xúc tác của K2CO3/K-10.
3.3.5 Khảo sát tỉ lệ chất β-naphtol
Từ kết quả trên cho thấy, khi thay đổi tỉ lệ chất thì hiệu suất cũng thay đổi theo. Vì vậy, em cố định tỉ lệ mol của benzaldehid (3 mmol) và malononitril (2 mmol), thay đổi lượng β-naphtol để tìm hiệu suất cao nhất.
Bảng 3.5: Kết quả tối ưu tỉ lệ mol chất β-naphtol
1:2:3 (mmol) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%)
3:2:1 0,22 37 3:2:2 0,383 64
3:2:3 0,455 76
Từ kết quả bảng trên cho thấy, khi tăng lượng tác chât quá nhiều sẽ làm hỗn hợp phản ứng đặc sệt nên giảm độ linh động của các phân tử dẫn đến hiệu suất thấp.
3.3.6 Khảo sát xúc tác khác nhau
Để khảo sát hiệu quả xúc tác của K2CO3/K-10, thực hiện phản ứng với các điều kiện tối ưu thời gian tối ưu là 60 phút, nhiệt độ 120oC, khối lượng xúc tác là 0,05g, tỉ lệ tác chất benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 3:2:3.
Bảng 3.6: Khảo sát xúc tác khác nhau
Điều kiện phản ứng Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%) Không xúc tác 0 0
Xúc tác MMT K-10 0 0
Xúc tác K2CO3 0,348 58
Xúc tác K2CO3/K-10 0,455 76
Từ kết quả trên cho thấy, MMT K10 có tính axit yếu khó proton hoá vòng naphtol để phản ứng với benzylidenmalanonitril nên khó hình thành sản phẩm. K2CO3 cho hiệu suất thấp hơn K2CO3/K-10 do montmorillonite K-10 có diện tích bề mặt riêng lớn nên khi tẩm K2CO3 lên bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc với các tác chất tham gia phản ứng. vậy xúc tác K2CO3/K-10 có hiệu suất cao nhất.
•Sau quá trình tối ưu hóa điều kiện phản ứng thu được kết quả: Nhiệt độ 120o
C. Thời gian 60 phút.
Khối lượng xúc tác là 0,05g.
Tỉ lệ tác chất benzaldehid:malononitril:β-naphtol lần lượt là 3:2:3 (mmol).
3.4 Tổng hợp dẫn xuất
Thực hiện phản ứng ở điều kiện ở nhiệt độ 120o
C, trong thời gian 60 phút, khối lượng xúc tác là 0,05g, tỉ lệ mol của chất 3:2:3 (mmol).
R CHO H2C CN CN OH O CN R NH2 R= C6H5,4-HO-3-CH3OC6H3, 4-CH3C6H4
Bảng 3.9: Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 2-amino-2-chromen
STT Mẫu aldehid Sản phẩm Màu sắc Nhiệt độ nóng chảy (oC) Hiệu suất (%) 1 4a C6H5 O O C CNN N NHH22 Tinh thể, màu trắng 278-280 278-280 [16] 76 2 4b 4-HO-3- CH3OC6H3 O CN NH2 HO OCH3 Tinh thể, màu trắng 158-160 - 63 3 4c 4-CH3C6H4 O CN NH2 H3C Tinh thể, màu trắng 273-276 - 75 3.5 Định danh sản phẩm 3.5.1 2-amino-3-cyano-4-phenyl-4H-benzo[f]chromen (4a) • Phổ 1H-NMR
Hình 3.1:Phổ H1
-NMR của chất 4a
Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4a) có tổng cộng 14 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 1:2:5:1:2:1:2 phù hợp với công thức mà tài liệu tham khảo đã cho.
Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 và độ dịch chuyển δ =5.3ppm được quy kết cho proton H2 vì ảnh hưởng của nhóm rút mạnh –CN ở cacbon liền kề làm giảm chắn nên nó bị dịch chuyển về trường thấp.
Tín hiệu singlet với cường độ bằng 2 và độ dịch chuyển δ =6.95ppm được quy kết cho proton H1 của nhóm amin do liên kết với nguyên tử nitơ làm giảm chắn nên sẽ dịch chuyển về trường thấp hơn.
Tín hiệu trong khoảng 7.15-7.26 ppm cường độ tương đối bằng 5 được quy kết cho nhóm phenyl.
Tín hiệu doublet với độ dịch chuyển 7.34-7.36 (J=9Hz)ppm ứng với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H13, bị tách spin-spin với proton liền kề H12 do nhóm thế cho điện tử làm gia tăng mật độ điện tử tại vị trí 13 khiến cho proton này bị che chắn mạnh nên cho mũi ở vùng trường cao hơn H12
.
Tín hiệu 7.4-7.45 ppm ứng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H9, H10, bị tách spin-spin của 2 proton liền kề nó (J= 8.5Hz) rồi mỗi mũi bị tách làm đôi bởi
proton kế tiếp H8 hoặc H11(J=1.5Hz), 2 proton này có độ dịch chuyển gần bằng nhau nên tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ.
Tín hiệu doublet với độ dịch chuyển 7.84 ppm (J=8.5Hz) ứng với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H12, bị tách spin-spin với proton H13.
Tín hiệu còn lại ứng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H8, H11, proton bị tách spin-spin với proton kế nó.
Bảng 3.7: Độ dịch chuyển hóa học của proton δ (ppm) thực nghiệm δ (ppm) [5] Proton 5.3 (s) 5.3 (s) H2 6.95 (s) 6.96 (s) H1 (NH2) 7.15-7.26 (m) 7.15-7.33 (m) H3, H4, H5, H6, H7 7.351-7.333 (d), J=9Hz 7.34 (d), J=9Hz H13 7.41-7.44 (m) 7.42-7.47 (m) H8, H10 7.83-7.85 (d), J=8.5Hz 8.84 (d), J=8.1Hz H12 7.90-7.93 (m) 7.90-7.96 (m) H8, H11
Kết quả phù hợp với tài liệu tham khảo[5]
• Phổ 13
C-NMR
Hình 3.2: Phổ C13
-NMR của chất 4a
Quan sát trên phổ 13
C của hợp chất (4a) cho thấy xuất hiện đầy đủ các mũi cacbon C13 phù hợp với cấu trúc dự đoán của hợp chất (4a).
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=38.08 ppm được quy kết cho cacbon C-4, do ảnh hưởng của C=C tương đối nhỏ lên trên độ dịch chuyển của C-4 nên bị dịch chuyển về trường thấp hơn.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=57.95 ppm được quy kết cho cacbon C-3, do hiệu ứng cộng hưởng của nhóm –NH2, -OR làm gia tăng mật độ điện tử tại vị trí C-3 khiến cho nó bị che chắn mạnh nên dịch chuyển về trường cao.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=115.64 ppm được quy kết cho cacbon C-21, do ảnh hưởng của nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn làm giảm chắn nên bị dịch chuyển về trường thấp.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa nằm trong vùng từ 116,73-130 ppm đặc trưng cho các nguyên tử cacbon của vòng thơm.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=145.65 ppm được quy kết cho cacbon C-20, đây là cacbon mang nhóm thế nên có cường độ thấp vì hiệu ứng NOE nhỏ, vì là nhóm thế rút điện tử nên C-15 bị dịch chuyển về trường thấp hơn. tương tự C-6 có độ dịch chuyển
δ=146.80ppm do gắn trực tiếp với nguyên tử oxi có độ âm điện lớn nên dịch chuyển về trường thấp hơn so với C-15.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=158.98 ppm được quy kết cho cacbon C-2, đây là cacbon lai hóa sp2 gắn trực tiếp với các nguyên tử có độ âm điện nên bị giảm chắn mạnh và dịch chuyển về vùng trường thấp.
Bảng 3.8: Độ dịch chuyển hóa học của 13
C-NMR Vị trí cacbon δ (ppm) thực nghiệm δ (ppm)[4] C-2 159.66 158.98 C-3 57.95 61.06 C-4 38.08 40.92 C-5 120.41 120.75 C-6 146.80 143.31 C-7 116.73 116.66 C-8 128.41 127.97 C-9 129.44 129.46 C-10 123.57 123.20 C-11 127.01 126.92 C-12 124.86 124.81 C-13 130.79 133.38 C-14 130.14 133.27 C-20 145.65 142.90 C-16, C-20 126.94 126.80 C-18 126.54 125.95 C-17, C-19 128.64 129.04 C-21 115.64 108.50 Kết quả phù hợp với tài liệu tham khảo[4]
3.5.2 2-amino-3-cyano-4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4H- benzo[f]chromen
Hình 3.3: Phổ 1
H-NMR của hợp chất 4b
Phổ 1H-NMR của hợp chất (4b) có tổng cộng 16 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3:1:1:1:3:1:2:3:1.
Tín hiệu δ =3.688 ppm có cường độ tương đối bằng 3 được quy kết cho H4 của nhóm metyl, do nó không ghép spin-spin giữa các proton nên có dạng singlet.
Tín hiệu δ = 5.18ppm có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H2
, do ảnh hưởng của hiệu ứng cộng hưởng nên dịch chuyển về trường thấp hơn.
Tín hiệu doublet δ = 6.46 ppm (J=8Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H7 do bị tách spin-spin với proton H6
và tiếp tục bị tách với H3 ở vị trí ortho (J=1.5Hz).
Tín hiệu doublet δ=6.62 ppm (J=8Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H6 do tách spin-spin với H7.
Tín hiệu ở vùng δ= 6.84-6.45 ppm có cường độ tương đối bẳng 3 trong đó có tín hiệu δ= 6.84ppm (J=1.5Hz) được quy kết cho H3
do tách spin-spin với H7
, tín hiệu singlet còn lại là 2H của nhóm amin.
Tín hiệu doublet δ=7.31 ppm (J=9 Hz) có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H13.
Tín hiệu ở vùng δ=7.44-7.46 ppm có cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H9, H10,do bị tách spin-spin của 2 proton liền kề nó, mỗi mũi tiếp tục bị tách làm đôi bởi proton ở vị trí meta H8
hoặc H11
tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ.
Tín hiệu ở vùng δ=7.9 ppm có cường độ tương đối bằng 3, trong đó có một mũi doublet (J=8.5 Hz) được quy kết cho H12 do tách spin-spinvới H13, mũi triplet còn lại là H8, H11.
Tín hiệu singlet δ= 8.795 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H5
của nhóm –OH gắn với vòng phenyl, sự giảm chắn này là do độ âm điện của oxigen và cộng hưởng của nhóm –OCH3 nên dịch chuyển về trường thấp.
Bảng 3.10: Độ dịch chuyển hóa học của 1H-NMR. 4b Các proton ở vị trí 6.856 (s) 1 5.18 (s) 2 6.84 (d), J= 1.5Hz 3 3.69 (s) 4 8.795 (s) 5 6.62 (d), J=8Hz 6 6.46 (d), J=8Hz 7 7.9 (t) 8 11 7.34-7.46 (m) 9 10 7.89 (d), J=8.5Hz 12 7.31 (d), J=9Hz 13
3.5.3 2-amino-3-cyano-4-(4-metylphenyl)-4H-benzo[f]chromen
Hình 3.4: 1H-NMR của hợp chất 4c
Phổ H1NMR của hợp chất (4b) có tổng cộng 16 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3:1:2:4:1:2:1:2.
Tín hiệu singlet δ= 2.192ppm có cường độ tương đối bẳng 3 được quy kết cho H5
của nhóm metyl.
Tín hiệu singlet δ= 5.238 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H2
, do hiệu ứng cộng hưởng của nhóm –CN làm giảm chắn nên proton dịch chuyển về trường thấp.
Tín hiệu doublet ở vùng 7.06 ppm có cường độ bằng 4 được quy kết cho H của vòng phenyl.
Tín hiệu singlet δ= 6.904 ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H1
của nhóm –NH2.
Tín hiệu δ= 7.32 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H13 do tách spin-spin với H12 (J=9Hz) tạo thành mũi doublet.
Tín hiệu δ= 7.812 ppm có cường độ tương đối bẳng 1 được quy kết cho H12
do tách spin-spin với H13 (J= 8.5 Hz) tạo thành mũi doublet.
Tín hiệu vùng δ= 7.38-7.44ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H9, H10 do bị tách spin-spin của H9 với H10, H8 (J1=J2=7 Hz), H10 với H9, H11( J1=J2= 7Hz), mỗi mũi tiếp tục bị tách làm đôi bởi proton ở vị trí meta H8
hoặc H11
tạo thành tín hiệu multiplet trên phổ.
Tín hiệu δ= 7.9 ppm có cường độ tương đối bẳng 2 được quy kết cho H8, H11, do tách spin-spin với proton liền kề.
Bảng 3.11: Độ dịch chuyển hóa học của 1H-NMR 4c Các proton ở vị trí 6.91 (s) 1 5.24 (s) 2 7.037-7.053 (d), J=8Hz 3 4 2.2 (s) 5 7.037-7.077 (d), J=8.5Hz 6 7 7.889-7.927 8 11 7.388-7.447 (m) 9 10 7.82-7.84 (d), J=8Hz 12 7.32-7.34 (d), J=9Hz 13
Bảng 3.12: Bảng tóm tắt độ dịch chuyển hóa học trong phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất của 2-amino-2-chromen Các proton ở vị trí Tín hiệu (δ (ppm), J (Hz) 4a 4b 4c 1 5.3 (s) 6.856 (s) 6.91 (s) 2 6.96 (s) 5.18 (s) 5.24 (s) 3 7.17-7.26 (m) 6.84 (d), J= 1.5Hz 7.037-7.053 (d), J=8Hz 4 3.69 (s) 5 8.795 (s) 2.2 (s) 6 6.62 (d), J=8Hz 7.037-7.077 (d), J=8.5Hz 7 6.46 (d), J=8Hz 8 7.9 (m) 7.9 (t) 7.889-7.927 11 9 7.41-7.44 (m) 7.34-7.46 (m) 7.388-7.447 (m) 10 12 7.84 (d) J=8.5Hz 7.89 (d), J=8.5Hz 7.82-7.84 (d), J=8Hz 13 7.34 (d) J-9Hz 7.31 (d), J=9Hz 7.32-7.34 (d), J=9Hz
Chương 4.
Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 2-amino-2-chromen bằng con đường tổng hợp đa thành phần từ benzaldehid, malononitril, β-naphtol và xúc tác K2CO3/K−10 là một phương pháp dễ thực hiện với các điều kiện tối ưu là:
Thời gian: 90 phút. Nhiệt độ: 120o
C
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 của phương pháp này bao gồm: sử dụng lượng ít tác chất, xúc tác rẻ tiền, không độc hại, dễ xử lý.
Với những ưu điểm của xúc tác trong điều kiện phản ứng không dung môi đã mở ra một hướng đi mới cho tổng hợp hữu cơ, góp phần vào công cuộc xây dựng mô hình “hóa học xanh” − thân thiện môi trường.
Vì thời gian có hạn nên đề tài của em chỉ mới khảo sát được khả năng xúc tác của K3CO3/K10 ở điều kiện khuấy từ điều nhiệt, vì thế ta có thể thử nghiệm thêm ở điều kiện khác để hiệu suất cao hơn.
Nghiên cứu khả năng tái xúc tác của K2CO3/K−10.
Nghiên cứu khả năng xúc tác của K2CO3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite K10 vào nhiều phản ứng khác.
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, 3093- 3097 (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 một số Montmorillonite hoạt hóa acid từ đất sét Củ Chi và áp dụng xúc tác vào chuyển hóa trọn gói Benzaldehid thành Benzonitril, Phát triển khoa học và 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] Çigdem Küçükselek, Invertigation of applicability of clay minerals in wastewater treatment, Graduate of Natural and Applied Sciences, Dokul Eylül University, 9-26
[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 , 4295- 4298 (2005).
Phổ 1
Phổ 1