• Giải hấp phụ sản phẩm từ bề mặt sắt.
- Giai đoạn ngưng tụ amin với nhóm ester: do cấu trúc của diester cồng kềnh nên nhờ hiệu ứng khơng gian, có ít nhất một nhóm ester ở vị trí thuận lợi để nhóm amin tấn cơng nội phân tử vào. Liên kết hydro xuất hiện ở dạng hỗ biến, tạo điều kiện cho đôi electron tự do của amin tấn cơng vào nhóm carbonyl tạo thành trung gian mang điện tích âm. Điện tích âm của trung gian này được làm bền nhờ sự liên hợp vào hệ thống p của nhân thơm.
- Giai đoạn thuỷ phân và decarboxyl hố: sự thuỷ phân nhóm ester diễn ra nhờ sự có mặt của liên kết hydro trong cơng thức, tăng tính electrophilic của nhóm -C=O ester. Nước đóng vai trị là nucleophil tấn cơng vào trung tâm nguyên tử C của nhóm carbonyl
Fe, CH3COOH H3COOC NO2 OCH3 H3CO O O H3COOC NH2 OCH3 H3CO O O H3COOC NH H3COOC NH2 OCH3 H3CO O O H O OCH3 H3CO O H H H3COOC HN O H3CO O H H2O H3COOC HN O H3CO O O H H H -CH3OH H3COOC HN O OH HO H3COOC HN O O O -CH3OH H3COOC HN OH -CO2 H H3COOC HN O Ar NO2 Ar NO Ar NHOH Ar NH2 Ar N N Ar O Ar N N Ar Ar HN HN Ar
tạo thành trung gian mang điện tích âm. Điện tích âm của trung gian này được làm bền nhờ sự liên hợp vào hệ thống p của nhân thơm. Bên cạnh đó, nhờ sự có mặt của nhóm - C=O ở vị trí carbon b, sự tách loại CO2 diễn ra dễ dàng.
v Về tác nhân phản ứng:
Phản ứng khử hố nhóm -NO2 thơm có thể sử dụng rất nhiều tác nhân khác nhau. Qua khảo sát, nhận thấy các tác nhân Zn/CH3COOH, SnCl2.2H2O/HClđ, Fe/NH4Cl cho sắc ký đồ có rất nhiều vết tạp gây khó khăn trong việc xác định vết sản phẩm, cũng như q trình tinh chế. Điều này có thể giải thích do q trình khử chưa triệt để, mới chỉ dừng lại ở các sản phẩm trung gian, dẫn đến q trình ngưng tụ giữa amin và ester khơng xảy ra, ngồi ra với tác nhân có sử dụng acid HClđ có thể gây thuỷ phân nhóm ester khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao, tăng thêm tạp phản ứng. Tác nhân Fe/CH3COOH được lựa chọn làm tác nhân khử dựa vào tài liệu [8] đi từ nguyên liệu tương tự là dẫn chất của diethyl malonat với nhóm thế ở vị trí C-6 của nhân thơm là -CH3, -Br hoặc - NO2. Tuy nhiên, tác giả chỉ đề cập đến việc sử dụng tác nhân này mà không cơng bố quy trình tiến hành.
Tác nhân khử sắt có các ưu điểm là giá thành thấp, điều kiện khử nhẹ nhàng và có tính chọn lọc cao với nhóm nitro. Nhóm chức ester khơng bị ảnh hưởng bởi tác nhân khử này. Kim loại sắt được sử dụng dạng bột mịn để làm tăng diện tích bề mặt pha rắn, từ đó tăng khả năng phản ứng do phản ứng là dị pha.
Nghiên cứu lựa chọn acid acetic làm mơi trường acid do acid acetic có tính acid yếu (pH 4 – 5), khơng thuỷ phân toàn bộ liên kết ester khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao (> 100 oC). Ngồi ra, acid acetic khơng tạo muối hoàn toàn với amin, tạo điều kiện cho sự ngưng tụ của amin với nhóm ester. Đồng thời, acid hữu cơ này cịn đóng vai trị là dung mơi, giúp hoà tan các chất trong khối phản ứng.
v Về các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng:
Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao làm tăng vận tốc phản ứng, từ đó tăng tốc độ chuyển hoá của 3 và các chất trung gian thành amin, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho sự ngưng tụ của amin và ester.
Ngồi ra, sục khí N2 vào bình phản ứng để loại khí O2, tạo mơi trường trơ. Do ở nhiệt độ cao, sự có mặt của O2 sẽ oxy hố một phần sắt tạo thành oxid sắt, giảm lượng sắt phản ứng, dẫn đến q trình khử nitro khơng triệt để, chỉ dừng lại ở các sản phẩm trung gian (hydroxylamin, azo, azoxy…). Đồng thời, amin sinh ra cũng có thể bị oxy hoá trở lại tạo thành các tạp oxy hố trong điều kiện có mặt O2 ở nhiệt độ cao.
v Về xử lý phản ứng:
Kết thúc phản ứng, tiến hành lọc loại sắt dư và oxid sắt do chưa đuổi hết sạch O2 trong bình phản ứng. Cất quay dịch lọc để loại hết acid acetic, rồi thêm EtOAc vào hoà tan sản phẩm. Pha EtOAc được rửa với dung dịch nước acid để loại amin dư, sau đó rửa
với nước cất để loại hết acid lẫn trong pha EtOAc. v Ưu điểm phản ứng:
Phản ứng tạo trung gian 2-indolinon được gọi là phản ứng tandem [24]. Trong đó, nhóm nitro sau khi được khử thành amin sẽ phản ứng in situ với nhóm chức ester hoạt động có trong phân tử tạo thành vòng lactam. Đồng thời, một lượng nước nhỏ sinh ra từ phản ứng khử nitro giúp thuỷ phân nhóm ester thành acid và sự decarboxyl hoá diễn ra ở nhiệt độ cao. Ưu điểm của phản ứng tandem này là tất cả các quá trình biến đổi xảy ra trong cùng một bước, q trình xử lý đơn giản do khơng phải tách chất trung gian, hạn chế được sự tạo sản phẩm phụ. Những ưu điểm này có ý nghĩa rất lớn đối với trung gian amin do nếu tách các phản ứng ra thì amin thơm là một chất khơng bền, dễ bị oxy hố trở lại dạng nitro nguyên liệu.
3.3.3. Bàn luận về kết quả phân tích phổ
3.3.3.1. Phổ và cấu trúc của 1
- Phổ hồng ngoại (IR): xuất hiện các dải hấp thụ với các đỉnh đặc trưng cho từng nhóm chức, cụ thể như sau: đỉnh hấp thụ với số sóng 3105 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H thơm; 2833 cm-1 đặc trưng cho liên kết O-H của nhóm chức acid; 1695 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O của nhóm chức acid; 1601 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng benzen; 1547, 1317 cm-1 đặc trưng cho liên kết NO2 chứng tỏ phản ứng nitro hoá đã xảy ra.
- Phổ khối lượng (MS): xuất hiện pic có giá trị m/z = 201,7 tương ứng với giá trị [M+H]+, phù hợp với khối lượng phân tử của 1 (M = 201,5 g/mol).
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR, 600 MHz, CDCl3): trên phổ 1H- NMR có các tín hiệu đặc trưng cho các proton trong phân tử, cụ thể như sau:
• Proton H-2 có độ dịch chuyển là 8,59 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác meta với proton H-6 với hằng số ghép cặp J = 1,80 Hz.
• Proton H-6 có độ dịch chuyển là 8,23 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet doublet do tương tác với proton H-5 với hằng số ghép cặp J1 = 8,40 Hz, tương tác meta với proton H-2 với hằng số ghép cặp J2 = 1,80 Hz.
• Proton H-5 có độ dịch chuyển là 7,71 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác với proton H-6 với hằng số ghép cặp J = 8,40 Hz.
• Proton của nhóm acid -COOH có đặc điểm thường rất linh động, dễ dàng bị trao đổi với dung môi đo nên không xuất hiện trên phổ.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (13C-NMR, 125 MHz, CDCl3): trên phổ đồ có xuất hiện pic tín hiệu tương ứng với các carbon trong phân tử.
3.3.3.2. Phổ và cấu trúc của 2
- Phổ hồng ngoại (IR): xuất hiện các dải hấp thụ với các đỉnh đặc trưng cho từng nhóm chức, cụ thể như sau: đỉnh hấp thụ với số sóng 3099, 3057 cm-1 đặc trưng cho liên
kết C-H thơm; 2961 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H no; 1719 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O của nhóm chức ester; 1605 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng benzen; 1539, 1294 cm-1 đặc trưng cho liên kết NO2; 1246 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O. Nhận thấy có thêm sự xuất hiện của nhóm methoxy (no) và liên kết C=O của nhóm chức ester, chứng tỏ đã xảy ra phản ứng ester hoá.
- Phổ khối lượng (MS): xuất hiện pic có giá trị m/z = 215,6 tương ứng với giá trị [M+H]+, phù hợp với khối lượng phân tử của 2 (M = 215,5 g/mol).
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR, 600 MHz, CDCl3): trên phổ 1H- NMR có các tín hiệu đặc trưng cho các proton trong phân tử, cụ thể như sau:
• Proton H-2 có độ dịch chuyển là 8,51 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác meta với proton H-6 với hằng số ghép cặp J = 1,80 Hz.
• Proton H-6 có độ dịch chuyển là 8,17 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet doublet do tương tác với proton H-5 với hằng số ghép cặp J1 = 8,40 Hz, tương tác meta với proton H-2 với hằng số ghép cặp J2 = 1,80 Hz.
• Proton H-5 có độ dịch chuyển là 7,65 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác với proton H-6 với hằng số ghép cặp J = 8,40 Hz.
• Ba proton của nhóm ester thơm có độ dịch chuyển là 3,98 ppm. Tín hiệu đặc trưng của các proton này có dạng singlet và có giá trị tích phân tương ứng với 3 proton do chúng tương đương về từ tính.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (13C-NMR, 150 MHz, CDCl3): trên phổ đồ có xuất hiện pic tín hiệu tương ứng với các carbon trong phân tử. Nhận thấy phổ đồ xuất hiện thêm 1C so với phổ của chất 2, chứng tỏ phản ứng ester hoá đã xảy ra.
3.3.3.3. Phổ và cấu trúc của 3
- Phổ hồng ngoại (IR): xuất hiện các dải hấp thụ với các đỉnh đặc trưng cho từng nhóm chức, cụ thể như sau: đỉnh hấp thụ với số sóng 3098, 3046 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H thơm; 2963, 2954, 2853 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H no; 1757, 1730 cm-1
đặc trưng cho liên kết C=O của nhóm chức ester; 1620 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng benzen; 1541, 1301 cm-1 đặc trưng cho liên kết NO2; 1201, 1124 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O.
- Phổ khối lượng (MS): xuất hiện pic có giá trị m/z = 309,9 tương ứng với giá trị [M-H]-, phù hợp với khối lượng phân tử của 3 (M = 311,0 g/mol).
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR, 600 MHz, CDCl3): trên phổ 1H- NMR có các tín hiệu đặc trưng cho các proton trong phân tử, cụ thể như sau:
• Proton H-3’ có độ dịch chuyển là 8,69 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác meta với proton H-5’với hằng số ghép cặp J = 1,80 Hz.
• Proton H-5’ có độ dịch chuyển là 8,29 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet doublet do tương tác với proton H-6’ với hằng số ghép cặp J1 = 7,80 Hz,
tương tác meta với proton H-3’ với hằng số ghép cặp J2 = 1,80 Hz.
• Proton H-6’ có độ dịch chuyển là 7,63 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác với proton H-5’ với hằng số ghép cặp J = 7,80 Hz.
• Proton H-2 có độ dịch chuyển là 5,37 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng singlet.
• Ba proton của nhóm ester thơm có độ dịch chuyển là 3,98 ppm. Tín hiệu đặc trưng của các proton này có dạng singlet và có giá trị tích phân tương ứng với 3 proton do chúng tương đương về từ tính.
• Sáu proton của nhóm ester no có độ dịch chuyển là 3,82 ppm. Tín hiệu đặc trưng của các proton này có dạng singlet và có giá trị tích phân tương ứng với 6 proton do chúng tương đương về từ tính.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (13C-NMR, 150 MHz, CDCl3): trên phổ đồ có xuất hiện pic tín hiệu tương ứng với các carbon trong phân tử. Trong đó, hai nguyên tử C-1, C-3 có cùng pic tại vị trí 164,48 ppm; hai ngun tử C-3’’, C-4’’ có cùng pic tại vị trí 52,86 ppm.
3.3.3.4. Phổ và cấu trúc của 4
- Phổ hồng ngoại (IR): xuất hiện các dải hấp thụ với các đỉnh đặc trưng cho từng nhóm chức, cụ thể như sau: đỉnh hấp thụ với số sóng 3320 cm-1 đặc trưng cho liên kết N-H; 3043 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H thơm; 2954, 2891, 2844, 2781 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H no; 1707 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O của lactam; 1627 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C của vòng benzen; 1208 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O. Nhận thấy có sự xuất hiện của liên kết N-H và liên kết C=O của lactam, chứng tỏ phản ứng tạo 2-indolinon đã xảy ra.
- Phổ khối lượng (MS) của chất 4 (thơ): xuất hiện pic có giá trị m/z = 213,8 tương ứng với giá trị [M+Na]+, phù hợp với khối lượng phân tử của 4 (M = 191,0 g/mol),
chứng tỏ sự có mặt của chất 4 trong chất 4 (thô).
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR, 600 MHz, DMSO-d6): trên phổ
1H-NMR có các tín hiệu đặc trưng cho các proton trong phân tử (hình 3.1), cụ thể như sau:
• Proton của nhóm N-H có độ dịch chuyển là 10,53 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng singlet.
• Proton H-5 có độ dịch chuyển là 7,57 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng doublet doublet do tương tác với proton H-4 với hằng số ghép cặp J1 = 7,80 Hz, tương tác meta với proton H-7 với hằng số ghép cặp J2 = 1,80 Hz.
• Proton H-4, H-7 có độ dịch chuyển trong khoảng 7,33 – 7,34 ppm, tín hiệu cộng hưởng của 2 proton này chồng lên nhau. Trong đó, proton H-4 có tín hiệu cộng hưởng dạng doublet do tương tác với proton H-5 với hằng số ghép cặp J = 7,80 Hz; proton H-7 có tín hiệu cộng hưởng dạng singlet tù.
• Ba proton của nhóm ester thơm có độ dịch chuyển là 3,83 ppm. Tín hiệu đặc trưng của các proton này có dạng singlet và có giá trị tích phân tương ứng với 3 proton do chúng tương đương về từ tính.
• Proton H-3 có độ dịch chuyển là 3,56 ppm, tín hiệu cộng hưởng dạng singlet.
Hình 3.1. Phổ 1H-NMR giãn của chất 4
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (13C-NMR, 150 MHz, DMSO-d6): trên phổ đồ có xuất hiện pic tín hiệu tương ứng với các carbon trong phân tử.
Từ các kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ (1H-NMR, 13C-NMR) có thể kết luận được rằng các chất được tổng hợp có cơng thức phân tử như dự kiến.
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 ppm 3.560 3.834 7.328 7.330 7.341 7.562 7.565 7.575 7.578 10.525 2. 11 3. 12 2. 00 1. 01 1. 01 TG-DMSO-1H 6 5 4 4a 7a 7 H3COOC 2’ 3 2 H N 1 O 1’
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Đã tổng hợp được trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat ở quy mơ phịng thí nghiệm qua 4 giai đoạn đạt hiệu suất 36,62%. Trong đó:
• Hiệu suất phản ứng nitro hố đạt 92,23%, phản ứng ester hoá đạt 95,37%, cao hơn so với các tài liệu đã cơng bố.
• Quy trình phản ứng alkyl hố sử dụng xúc tác mới kali carbonat, có nhiều ưu điểm hơn so với xúc tác natri methoxid được cơng bố trước đây.
• Điều kiện phản ứng tạo trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat dễ thực hiện, không yêu cầu áp suất cao, an toàn với con người.
- Đã khẳng định được cấu trúc của methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat và một số chất trung gian.
- Đã khảo sát và tối ưu được một số điều kiện của các phản ứng: tỷ lệ mol, nhiệt độ phản ứng.
KIẾN NGHỊ
- Tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa điều kiện phản ứng, đồng thời nâng cấp quy mô tổng hợp (giai đoạn nitro hoá, ester hoá, alkyl hoá), nâng cao hiệu suất tinh chế sản phẩm (giai đoạn khử hoá, ngưng tụ, decarboxyl hoá).
- Nghiên cứu và tiến hành tổng hợp nintedanib từ nguyên liệu trung gian methyl 2-oxoindolin-6-carboxylat.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Y tế (2018), Hướng dẫn chẩn đốn và điều trị ung thư phổi khơng tế bào nhỏ, Hà Nội.
2. Nguyễn Đình Luyện (2014), Kỹ thuật hóa dược: Các q trình hóa học cơ bản của
kỹ thuật hóa dược và phương pháp sản xuất một số hóa dược vơ cơ, Nhà xuất bản
Y học, Hà Nội, 1, tr.39 - 40.
3. Hoàng Nhâm (2004), Hố học vơ cơ, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1, tr.188.