đã nghiên cửu làm tăng tốc độ trong phản ứng cộng đóng vịng Diels-Alder do sự kết hợp hiệu ứng của nước- xúc tác axit Lewis có thể hịa tan của tungsten, nước là dung môi dưới điều kiện gia nhiệt microwave. Tất cả các phản ứng đã hoàn toàn trong chưa đến 1 phút ở 50°c có sử dụng 3%mol xúc tác axit Lewis (Sơ đồ 1.15). [39].
Sơ đồ 1.15. Phản ứng cộng đóng vịng Diels-Alder 83% + 5 ralated examplas. (64-97%) í-BuOOH, HzO MW, 100 °ct 15 min 25:75 (89%) PhSH, NaOH, H20 MW„ 150 °c, 5 rnìn
1.5. Tổng quan về phản ứng Heck
Trong hàu hết các quá trình cơ bản của phản ứng Heck là ghép cặp của một aryl halogenua và một oleíĩn và tạo ra một aryl alkene sử dụng palladium làm xúc tác.
Phản ứng được thực hiện đầu tiên vào năm 1971 phản ứng đó được thực hiện bởi Mizoroki
[5, 40].
Mizoroki đã thực hiện phản ứng ghép tại 105°c trong methanol, bằng cách sử dụng kali acetate như là base trong các phản ứng, và PdCl2 như là xúc tác.
1.5.1. Cơ chế phản ứng Heck:
Sơ đồ 1.16. Sơ đồ cơ chế phản ứng HeckPd(0)hay Pd(II) Pd(0)hay Pd(II)
+ KI + HOAc
1.5.1.1. Giai đoạn hoạt hóa xúc tác (preactivation)
Pd(0) đóng vai trị là xúc tác hoạt động nhưng khơng bền. Do đó, thường sử dụng Pd ở dạng muối Pd(II) như Pd(OAc)2, PdCl2 hoặc phức Pd với các ligand như PdCl2(PPh3)2. Pd có trạng thái oxi hóa thồng thường là 0, 2, 4, ở trạng thái Pd2+ dễ bị khử về trạng thái Pd(0):
Pd2+ + 2e Pd(0).
Các tác nhân khử Pd(II) về Pd(0) là các hợp chất giàu điện tử như phosphine, base, olefine ...[41]
1.5.1.3.
Là giai đoạn ghép tác chất aryl halide vào Pd(0)L2 chuyển từ phức 1 nhân 2 phối tử thành 1 nhân 4 phối tử. Ngồi ra, cịn xảy ra sự oxi hóa từ Pd(0) thành Pd(IV) sau khi đã xảy ra phản ứng giữa Pd(0)L2 và RX (X có thể là I, Br, Cl):
Pd(0)L2 + RX—► R-Pd(II)L2X
Do tốc độ bẻ gãy liên kết của C-X là nhanh nên tốc độ phản ứng phụ thuộc vào khả năng oxi hóa của các nhóm X đến Pd. Nhóm X càng có nhiều orbitan trống, càng dễ nhận electron. Do vậy, khả năng phản ứng sẽ theo thứ tự -N=NX » -I »-OTf » -Br » - Cl. [41]
1.5.1.4. Giai đoạn chuyển vị (migratory insertion)
Phản ứng của hợp chất sau giai đoạn cộng hợp oxy hóa với olefine địi hỏi Pd phải tách khỏi liên kết chặt chẽ của ligand để hình thành liên két với alkene bằng con đường
trung tính (neutral pathway) và con đường cation (cationic pathway):
L X
Ar
L
Sự hình thành hợp chất trung gian RPdX và RPd+ tưcmg tác với olehne
Trong phản ứng với oleíine giàu điện tử, hợp chất trung gian aryl-Pd cả trung hịa và cation đều tấn cơng vào liên kết đôi sao cho Pd sẽ kết hợp với nguyên tử có mật độ electron cao hơn. Nhóm R của phức R-PdXL2 sẽ gắn vào olehne ở vị trí hydro p. Một sản phẩm hay gặp trong quá trình này là germinal được hình thành khi nhóm R này gắn ở vị trí hydro a. Đây được xem như giai đoạn quyết định đến độ chọn lọc của phản ứng Heck, ảnh hưởng trực tiếp đến giai đoạn tách loại P-hydro. Sự tạo thành phức trung gian trong giai đoạn này dẫn đến sự hình thành sản phẩm cis, trans và làm thay đổi tỉ lệ trans : cis của phản ứng. [42]
1.5.1.5. Giai đoạn tách khử (reductive elimitation)
Hiệu ứng khơng gian có ảnh hưởng quyết định đến loại sản phẩm và sản phẩm trans ln là sản phẩm chính. Sự ưu tiên hình thành sản phẩm được giải thích là do
khi các nhóm R và R’ ở xa nhau nên đẩy nhau ít nhất và ở trạng thái đó nó sẽ có năng lượng thấp nhất nên cấu hình trans là cấu hình bền nhất. Điều này phù họp với các kết quả thực nghiệm thu được. Kết luận được đưa ra là sản phẩm trans có độ bền cao nhất. Trước khi đến giai đoạn tách loại H-PdL2, nhóm H ở vị trí p quay sao cho cùng vị trí syn với PdL2X, lúc đó R, R’ nằm ở hai vị trí khác phía với nhau với mức năng lượng thấp nhất (giai đoạn intemal rotation):
Sau đó H-PdL2X sẽ tách ra để tạo thành sản phẩm trans R-CH=CH-R’. Quá trình được tiếp diễn bởi sự tham gia của các base hữu cơ như (Et)3N, (But)3N,.. hoặc vô cơ như
Na2C03, K2C03, .. .Các base này trung hòa acid HX được tạo ra và đưa xúc tác về trạng thái ban đầu PdL2 hồn thành một chu hình phản ứng kín gọi là chu trình Heck [42]:
H-PdL2X -------------- Pd(°)L2 +HX
1.5.2. ứng dụng của phản ứng Heck
Phản ứng Heck là phương pháp phổ biến trong việc tổng hợp các stilbene được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất các loại hóa chất cơ bản, dược phẩm, polymer, vật liệu cao phân tử, tinh thể lỏng,...
R
+ H-PdL2X R'
OBz
Phản ứng Heck là một trong những công đoạn để tạo những loại dược phẩm có tính năng đề kháng, kéo dài tuổi thọ và ngăn ngừa các bệnh nguy hiểm mà địi hỏi q trình tổng họp phức tạp. Tổng họp Rosavin từ những hợp chất arylboron có nhóm thế và allyl 2,3,4,6- tetra-O-acetyl-P-D-glucopyranoside: tăng sức đề kháng, kéo dài tuổi thọ
Sơ đồ 1.17. Phản ứng tổng hợp Rosavin
Phản ứng giữa aryl halogenua và một oleíĩn và tạo ra một aryi alkene sử dụng palladium làm xúc tác đã được thực hiện trong dung môi nước và TBAB dưới điều kiện vi sóng thu được hiệu suất tương đối [43]:
Pd, Na2C03, .
TBAB, H2Ổ 22 exatnple& (3-
83%)
Sơ đồ 1.18. Phản ứng giữa aryl halogenua và mộtolĩn Ngồi ra, trong những năm gần đây với việc phát triển của việc chế tạo ra các xúc olĩn Ngồi ra, trong những năm gần đây với việc phát triển của việc chế tạo ra các xúc tác phức kim loại và ứng dụng chứng trong công nghiệp tỏ ra ngày càng hiệu quả, cho thấy rằng có thể sử dụng paladiniumum dạng phức với các phối tử cho hiệu suất cao của phản ứng Heck [31]. MW. 170 X. 10-20 min V. R1 X = Cl, Br, I R2 = Ph, CO2H Rosavin
ĐK: PhB(OH)2 hoặc 4-(MeO)PhB(OH)2 /
Bảng 1.5. Ket quả Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate Tháng 1 năm 2009 Yueqin Cai and Ye Liu đã tiến hành thực hiện phản ứng Heck giữa p- bromoniừobenzene với methyl acrylate sử dụng xúc tác PdCl2 gắn với các ligand khác
nhau trong dung môi DMF được kết quả như ở bảng sau [44]
H3CO '=/ Base/DMF
Sơ đồ 1.19. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylateo o
\\ // ^ PdCl2-ligand
7—^ + Br—X VNO, ---------------------------—--------------►
: Thí
Nghiệm Ligand Xúc tác (mol%) Base Dung mơi
Độ chuyển hóa (%) 1 1 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 98 2 2 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 98 3 2 PdCl2 (0.5) (n-Bu)3N DMF 96 4 2 PdCl2 (0.5) K2CO3 DMF 84 5 2 PdCl2 (0.5) Pyridine DMF 3 6 2 PdCl2 (0.5) NaHC03 DMF 12 7 2 PdCl2 (0.5) Na2C03 DMF 11 8 2 PdCl2 (0.5) NMP DMF 76 9 3 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 70 10 4 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 74 11 PPh3 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 83 12 3 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 89 13 4 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 92 14 PPh3 PdCl2 (0.5) Et3N DMF 96 15 2 PdCl2(CH3CN)2 (0.5) Et3N DMF 76 16 2 Pd2(dba)3 (0.25) Et3N DMF 15 17 2 Pd(OAc)2 (0.5) Et3N DMF 20 18 2 PdCl2 (0.01) Et3N DMF 62
Với các ligand 1, 2, 3,4 là:
1 -(2,3-Dihydroxypropyl)-3-methylimidazoliurn hexaíluorophosphate (1),
2,2-bis( 1 -methyl-methylimidazolium) propane-l,3-diol hexaíluorophosphate (2), l-(2- hydroxyeứiyl)-3-meứiylimidazolium hexaíluorophosphate (3), l-(2-diethylaminoethyl)-3- methylimidazolium hexaíluorophosphate (4)
Các nghiên cứu tiếp tục để tìm ra hệ xúc tác mới như Pd được cố định trên chất mang như Pd/Si02, Pd/C, phức Pd ghép trên Si02, Pd/Al203 Pd/resin và zeolites [45, 46].
Sử dụng những hệ xúc tác trên cho hiệu suất từ mức có thể chấp nhận được đến cao theo bảng sau [45]
Sơ đồ 1.20. Phản ứng ghép đôi Heck của Aryl Bromides và Chlorides với Styrene Thí Nghiệm R, X Xúc tác Nồng độ xúc tác (mol%) Base Nhiệt độ Độ chuyển hóa (%) Hiệu Suất (%) 1 H, Br Pd/Ti02 0.0011 NaOAc 140,4 95 86 2 H, Br Pd/Al203 0.0009 NaOAc 140,4 96 87
3 Ac, C1 Pd/Al203 0.01 Ca(OH)2 160,2 98 90
4 Ac, C1 Pd/Al203 0.01 Ca(OH)2 160,2 87 83
5 Ac, C1 Pd/NaY 0.005 Ca(OH)2 160,2 99 95
6 H, C1 Pd/NaY 0.05 Ca(OH)2 160,6 49 45
7 H, C1 Pd/NaY 0.05 Ca(OH)2 160,6 85 83
8 Me, C1 Pd/NaY 0.05 Ca(OH)2 160,6 40 36
Hiện tại xúc tác nano palladium và hệ xúc tác palladium trên chất mang nano thu hút được rất nhiều nhóm nghiên cứu. Do xúc tác nano có bề mặt tiếp xúc lớn và cho tính lựa chọn cao [47, 48]. Cơng nghệ nano rất rộng cung cấp một loạt các ứng dụng tiềm năng từ điện tử, quang thông tin và hệ thống sinh học. Các ứng dụng của cấu trúc nano và vật liệu nano được dựa trên
(i) Tính chất vật lý khác thường cúa vật liệu kích thước nano;
(ii) diện tích bề mặt lớn, chẳng hạn như mesoporous titania cho các tế bào photoelectrochemical;
(iii)các kích thước nhỏ có khả năng cung cấp các khả năng cho sự chức năng hóa.
Một số ứng dụng của cấu trúc nano và vật liệu nano: Điện tử phân tử và điện tử nano; các nanobot; ứng dụng sinh học của hạt nano; ứng dụng trong xúc tác của các hạt nano ví dụ như Au; thiết bị khe hở lượng tử; nano cơ học; nano quang học [49, 50].
Từ tính đã được nghiên cứu rộng rãi trong các kim loại tinh khiết dạng hạt nano, chẳng hạn như Fe, Co, Ni và với kích thước giới hạn chỉ trong vòng một vài nanometers. Gần đây, quặng đã được tập trung chú ý vào các việc tổng họp và mơ tả tính chất từ tính của hạt nano oxide kim loại như quặng íerrite, MFe204 (M = Co, Mg, Mn, Zn, vv).
Hiện có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp hạt nano quặng Ferrite bao gồm ngưng tụ, kết tủa, sol-gel, phân hủy họp chất cơ kim vv. Mặc dù các phương pháp có thể để sản xuất hạt từ tính kích cỡ nano, chất lượng của các hạt nano thu được thường thấp. Quả thực, trong nhiều trường hợp một lượng kích thước lớn tạo ra và kích thước hạt nano là khơng thể kiểm sốt.
VI thế cần có một phương pháp tổng hợp cho phép kiểm soát được đối với hạt nano và thu được các hạt nano với phân phối kích thước thu hẹp lại. Phương pháp Vi nhũ thích họp cho các mục đích khác nhau. Một loạt các nguyên vật liệu với kích thước hạt nano đã được tổng họp bằng cách sử dụng kỹ thuật này [51].
Bảng 1.7.
LDH(layered double hydroxide)-Pd° xúc tác phản ứng Heck giữa Oiefin với
Chloroarene
Năm 2008 Qing-Xia Wan đã nghiên cứu thực hiện phản ứng Heck với sự thay đổi nhỏm thế trong dẫn xuất halogenua khác nhau, với dẫn xuất của aryl iodua thu được hiệu suất khá cao kết quả như bảng dưới đây [51]:
Oleíĩn Vi sóng Thermal heating
Time (h) Yield (%) Time (h) Yield (%)
^Ph 0.5 95 30 98 ^Ph 0.5 96 10 95 ^.Ph 0.5 93 15 97 ^Ph 0.5 95 15 96 ^Ph 0.5 91 15 93 0 OwBu 1 85 40 86 T/N Chloroarene 1 2 3 4 5 6 C1
Sơ đồ 1.21. Phản ứng Heck với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua khác nhau
Bảng 1.8. Kết quả Phản ứng Heck với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua khác nhau
Thí Nghiệm R X Độ chuyển hóa (%) Hiệu Suất (%)
1 H I 100 98 2 p-Me I 100 97 3 m-Me I 98 96 4 O-Me I 87 82 5 p-OMe I 100 97 6 m-OMe I 100 96 7 o-OMe I 82 75 8 P-NO2 I 100 96 9 m-N02 I 100 96 10 o- N02 I 100 96 11 p-c F3 I 100 98 12 /M-CF3 I 88 83 13 O-CF3 I 86 83 14 H Br 56 51 15 P-NO2 Br 86 82 16 p-Me Br 42 35 17 p-OMe Br 16 10 18 H C1 <5 —
Yueqin Cai and Ye Liu cũng đã tiến hành thực hiện phản ứng Heck giữa p- bromonitrobenzene với methyl acrylate với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua khác nhau, và thay đổi nhóm thế trong họp chất anken sử dụng xúc tác
PdCl2 găn với các ligand 2,2-bis(l-meứiyl-methylimidazolium) propane-l,3-diol hexluorophosphate trong dung mơi DMF được kết quả như ở bảng sau [52]
Sơ đồ 1.22. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate Bảng1.9. Ket quả Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate 1.9. Ket quả Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate Thí
Nghiệm RI R2 X Thời gian (h) Hiệu Suất (%)
1 H Me Br 24 72 2 H Et Br 24 69 3 /?-OMe Me Br 24 74 4 /?-OMe Et Br 24 68 5 /?-NO2 Me Br 2 98 6 /?-NO2 Et Br 6 98 7 p-Me Me Br 24 70 8 p-Me Et Br 24 72 9 /M-CF3 Me Br 2 96 10 /M-CF3 Et Br 6 91 11 /M-N02 Me Br 2 96 12 /M-N02 Et Br 6 86 13 O-N02 Me Br 2 82 14 O-N02 Et Br 6 80
15 P-CU2CN Me Br 7 99 16 P-CU2CN Et Br 6 99 17 p- NO2 Me C1 10 23 Chương 2: TỔNG HỢP xúc TÁC VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH 2.1. Giới thiệu
Siêu thuận từ là một tính chất độc đáo của các hạt nano từ tính và là điều quan trọng liên quan đến nhiều công nghệ hiện đại bao gồm công nghệ chất lỏng sắt (ferrofluid), nâng cao độ tưomg phản trong hình ảnh cộng hưởng từ và dẫn từ tính phân phối thuốc. Tính chất siêu thuận đã được nghiên cứu trong các hạt nano kim loại tinh khiết, như Fe, Co, và Ni với kích thước nanomet, với các ứng dụng bị hạn chế bởi sự ổn định hóa học thấp.
Gần đây, nhiều nghiên cứu chú ý tập trung vào việc tổng họp và xác định đặc tính của hạt nano oxit kim loại siêu thuận từ như íerrites spinel, MFEO (M = Co, Mg, Mn, Zn, vv). Có nhiều phương pháp tổng họp hạt nano ferit spinel bao gồm ngưng tụ, kết tủa hóa học, q trình sol-gel, phân hủy nhiệt các tiền chất hữu cơ-kim loại .v.v... Mặc dù những phương pháp này có thể sản xuất các hạt từ tính kích thước nano, chất lượng của các hạt nano thường xấu. Thật vậy, trong nhiều trường hợp thu được kích cỡ phân phối rộng và kích thước hạt nano thì khơng kiểm sốt được. Một số qui trình, có thể thay đổi kích thước là thơng qua xử lý nhiệt sau khi tổng hợp ở nhiệt độ khác nhau. Nếu nhiều kích cỡ được điều chế thơng qua tổng hợp mà không cần xử lý nhiệt hoặc khơng có thay đổi nhiệt độ xử lý thì thường phải có những thay đổi lớn trong qui trình tổng hợp. Vì vậy, cần thiết có một phương pháp tổng hợp cho phép kiểm sốt kích thước hạt nano và sản lượng hạt nano với một phân bố kích thước hẹp và phương pháp vi nhũ phù họp cho mục đích này.
Các hạt nano của một loạt các vật liệu với kích thước nhỏ và kiểm sốt chặt chẽ đã được tổng họp bằng cách sử dụng kỹ thuật này [53]. Như đã đề cập trong chương trước, phương pháp vi nhũ có thể được phân thành phương pháp micelle thuận và phương pháp micelle ngược tương ứng với sự hình thành micelle thuận và micelle ngược. Các micelle này đóng vai trị như các thiết bị phản ứng kích cỡ nano [54]. Đơi khi hai vi nhũ này chứa các tiền chất và các tác nhân kết tủa khác được trộn đều, phản ứng sẽ xảy ra với cách thức kiểm sốt các micelle có kích thước nanomet, kết quả là hình thành các hạt nano kiểm sốt được các đặc tính [54].
Ngày nay Pd-xúc tác các phản ứng ghép mạch C-C đóng một vai trị quan trọng trong tổng họp hữu cơ nó đóng vai trị lớn trong cơng nghiệp để tổng họp hố chất, thuốc điều trị... các chất xúc tác Pd đồng thể có một số lợi thế so với các xúc tác dị thể, tuy