1 .2Cấu tạo của Coenzyme Q0
3.4 Phản ứng thủy phân
Sản phẩm chất 4 và chất 11 thu được từ phản ứng phá bảo vệ nhóm acyl ở vị trí ít cản trở khơng gian hơn.Để giải thích cho cơ chế thủy phân chọn lọc, nhóm nghiên cứu người Brazil đã sử dụng phần mềm Gauss và tính tốn lượng tử, từ đó tính được năng lượng liên kết–C–O–ở vị trí 4 thấp hơn ở vị trí 1 (khoảng 3 kcal/mol) của chất menadion34. Điều này chứng minh rằng, năng lượng liên kết ởvị trí 4 kém bền hơn ở vị trí 1 (dễ dàngtham gia phản ứng hóa học ở vị trí 4), hay nói cách khác phản ứng thủy phân ở vị trí 4 dễ dàng hơn ở vị trí 1.
Đầu tiên, nghiên cứu khảo sát phản ứng thủy phân với xúc tác acid, tuy nhiên phản ứng xảy ra mãnh liệt. Thu được sản phẩm hiệu suất rất thấp, thậm chí khơng thu được sản phẩm vì sản phẩm chính là chất đầu tương ứng lần lượt: 1,4-
dihydroxy-2-methylnapthoquinone và trimethyquinone. Quan sát phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, thấy quá trình phá bảo vệ cả 2 nhóm diễn ra trong thời gian ngắn, gần như không thể khống chế phản ứng theo mong muốn.
Tiếp tục thay đổi xúc tác, sử dụng xúc tác là bazơ, phản ứng xảy ra êm dịu hơn, dễ dàng khống chế tốc độ cũng như thời gian phản ứng.Theo dõi phản ứng liên tục bằng sắc ký bản mỏng, khi thấy sản phẩm xuất hiện vết của chất đầu 2,ngay lập tức dừng phản ứng. Sau đó, hỗn hợp phản ứng được tiến hành phân lập bằng cột sắc ký. Với xúc tác tìm được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện phản ứng, kết quả như sau:
Bảng 5. Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất chất 4 nchất đầu:nK2CO3 Thời gian (giờ) Hiệu suất (%)
1 : 0,1 1 - 1 : 0,1 2 12,7 1 : 0,1 3 10,3 1 : 0,5 1 62,1 1 : 0,5 1,5 65,4 1 : 0,5 2 55,7 1 : 0,5 3 48,3 1 : 1 1 53,4 1 : 1 2 27,6 1 : 1 3 13,5
Từ kết quả bảng 5, với tỷ lệ mol phản ứng là nchất đầu:nK2CO3:nNa2S2O5= 1:0,5:0,5 thời gian phản ứng là 1,5 giờ thì hiệu suất của phản ứng thủy phân đạt hiệu suất cao nhất 65,4%. Thời gian phản ứng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phản ứng, khi thời gian kéo dài hiệu suất phản ứng giảm, nguyên nhân có thể do sản phẩm tạo ra tiếp tục bị thủy phân nhóm chức cịn lại thu được sản phẩm là menadion khơng mong muốn. Ngoài ra, đây là phản ứng thuận nghịch sản phẩm, phản ứng nếu tiến hành trong thời gian dài sẽ làm cho phản ứng xảy theo chiều không mong muốn. Bên cạnh đó, tỷ lệ giữa hỗn hợp K2CO3 : Na2S2O5 và nước cũng ảnh hưởng đến tốc độ
phản ứng. Trên thực tế, khi hỗn hợp dung dịch bão hịa thì tốc độ phản ứng nhanh nhất, nếu quá dư nước sẽ làm cho giảm tốc độ phản ứng.
Ngoài ra, tỷ lệ các chất đầu cũng đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng. Khi tăng hàm lượng xúc tác, hiệu suất phản ứng cũng tăng lên, thời gian phản ứng giảm xuống. Tiếp tục tăng hàm lượng xúc tác, phản ứng xảy ra rất nhanh, quan sát và khống chế phản ứng khó khăn hơn. Từ đó làm cho hiệu suất phản ứng giảm xuống, do sản phẩm thu được ngay lập tức phá bảo vệ nhóm chức ở vị trí cịn lại. Vậy với tỷ lệ mol phản ứng là nchất đầu:nK2CO3: nNa2S2O5= 1:0,5:0,5 thời gian phản ứng là 1,5 giờ, thì hiệu suất phản ứng thủy phân chọn lọc đạt hiệu suất tối ưu.
Phản ứng sau đó được phân lập bằng cột sắc ký,sản phẩm được chứng minh cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C kết quả thu được dưới hình sau:
Hình 4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của chất 4
Từ hình 4 ta có bảng phân tích tín hiệu trong phổ proton dưới bảng sau: Bảng 6. Phân tích vị trí các peak chất 4
δ (ppm) 7,97 7,64 7,48 7,38
Số H 1H 1H 1H 1H Nhóm CH vịng thơm CH vòng thơm CH vòng thơm CH vòng thơm
δ (ppm) 6,31 6,13 2,49 2,16
Độ bội s s (rộng) s s
Số H 1H 1H 3H 3H
Nhóm CH vịng thơm -OH CH3 acyl CH3
Trong bảng 6 có peak đặc trưng δ(ppm): 6,13 (s, 1H) chân peak rộng là peak đặc trưng của phổ proton nhóm -OH. Ngồi ra có thể nhận thấy rằng nhóm so sánh với chất 3 khơng thấy peak của nhóm COCH3.
Phổ cộng hưởng từ13C của chất 4thu được dưới đây:
Hình 5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của chất 4 Từ hình 5, ta có kết quả phân tích phổ 13C của hợp chất 4 như sau:
Bảng 7. Phân tích tin hiệu phổ của chất 4
δ(ppm) 170,55 149,49 137,38 127,50 126,92 126,41 124,55 Vị trí C -C=O C vòng C vòng C vòng C vòng C vòng C vòng δ(ppm) 123,89 122,17 120,27 110,94 20,64 16,26
Ví trí C C vịng C vịng C vòng C vòng -COCH3 -CH3
Từ bảng 6, ta có tổng số tín hiệu peak cácbon của chất 4-hydroxy-2- methylnaphthaleny-1-acetate là 13. Trong đó có đặc trưng ở vị trí δ: 170,55 (ppm) là tín hiệu của các bon cacbonyl. Ngồi ra, tại vị trí cacbon vịng thơm liên kết trực tiếp với nhóm hidroxy làm cho thay đổi độ chuyển dịch hóa học tăng lên từ 142 ppm lên đến 149,49 ppm. Trong phổ 13C trên chỉ cịn 2 tín hiệucác bon của nhóm CH3( -COCH3và -CH3 liên kết với vòng thơm).Kết hợp 2 phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1H và 13C đã chứng minh được cấu trúc của sản phẩm 4, phù hợp với mục tiêu của quá trình tổng hợp.
Tương tự, phân tích phổ cộng hưởng từ 1H của chất 11
Hình 6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của chất 11 Từ hình 6, ta có bảng phân tích phổ proton dưới bảng sau:
δ (ppm) 6,39 4,96 2,32 2,08 2,04 2,02 Độ bội s s (rộng) s s s d Số H 1H 1H 3H 3H 3H 3H Nhóm CH vịng thơm OH CH3 nhóm acyl CH3 CH3 CH3
Từ hình 6 của phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và bảng 8, dễ dàng nhận thấy ở vị trí δ(ppm): 4,96 (singlet, 1H) chân peak rộng là đặc trưng của nhóm hydroxy. Ngồi ra, phổ proton mất đi tín hiệu(singlet, 3H) của nhóm -COCH3, từ đó có thể chứng minh được phản ứng đã phá bảo vệ một nhóm chức ở vị trí 4 của vịng thơm. Vậy sản phẩm có cấu hình phù hợp với cấu trúc ban đầu.
Phân tích phổ cộng hưởng từ 13C của chất11
Hình 7. Phổ cộng hưởng hạt nhân 13C của chất 11
Từ phổ cộng hưởng từ 13C hình 10 trên ta có bảng giải phổ các pick đặc trưng của chất 4-hydroxy-2,3,6-trimethylphenyl acetate.
Bảng 9. Phân tích vị trí các pick chất 11
δ(ppm) 169,94 151,12 141,48 129,58 127,41 121,26 114,49 Vị trí C -C=O C vòng C vòng C vòng C vòng C vòng C vòng δ(ppm) 20,52 16,17 13,02 11,83
Ví trí C -COCH3 -CH3 -CH3 -CH3
Từ bảng 9, dễ dàng nhận thấy được tổng số cacbon sản phẩm là 11 phù hợp
với số nguyên tử cácbon trong cơng thức 4-hydroxy-2,3,6-trimethylphenyl acetate. Trong đó có các tín hiệu đặc trưng của cácbon cacbonyl –C=O là 169,94 ppm, tín hiệucác bon đặc trưng cho liên kết giữa cácbon thơm và nhóm –OH: 151,12 ppm. Kết hợp giữa 2 phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C đã chứng minh được cấu trúc chính xác của sản phẩm 11.