1.5 HỢP CHẤT (Z)-9-TETRADECEN-1-YL ACETATE
2.2.4 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
Phản ứng Wittig giữa muối 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide và pentanal tạo thành (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn chuẩn bị ylide và giai đoạn ghép Wittig.
Phản ứng tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
Chuẩn bị ylide: Cho t-BuOK với THF khan vào bình cầu 3 cổ 250 mL, siêu âm trong 20 phút. Hỗn hợp được cho thêm muối 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide trong THF rồi khuấy tiếp trong 60 phút ở nhiệt độ thấp (khoảng 0ºC).
Phản ứng Wittig: Nhỏ giọt pentanal trong THF khan vào hỗn hợp ylide đồng thời tiến hành siêu âm hỗn hợp phản ứng ở biên độ 80% (công suất 40 W) trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng 25-30°C (sử dụng nước để điều chỉnh nhiệt độ). Dưới tác dụng của sóng siêu âm, phản ứng xảy ra nhanh và triệt để hơn. Kết thúc phản ứng, rót hỗn hợp vào nước đá, sau đó chiết ether. Rửa sản phẩm bằng nước, nước muối bão hòa và ngâm trong MgSO4 khan rồi cô đuổi dung môi. Sản phẩm thô được lọc qua silica gel (dung môi giải li 5% ether-petroleum ether) thu được chất sạch.
a. Tạo ylide ở nhiệt độ thấp b. Ghép với aldehyde c. Kết thúc phản ứng Hình 8 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
Lưu ý rằng tác chất và dung môi đều phải được xử lý khan thật tốt trước khi tiến hành phản ứng Wittig. Tác nhân t-BuOK rất nhạy với không khí ẩm, nó sẽ nhanh chóng bị hủy trong môi trường ẩm, làm phản ứng kém nhạy. Vì vậy, t-BuOK phải được tiến hành thí nghiệm trong môi trường thật sự khô ráo sẽ cho hiệu suất phản ứng tốt hơn. Dung môi THF sau khi được xử lý loại peroxide, ngâm trong KOH để làm khan, sục khí trơ và lưu giữ trong chai nâu tránh ánh sáng. Tuy nhiên, trước khi làm phản ứng THF phải chưng cất lại trong Na để loại ẩm hoàn toàn. Ngoài ra, tất cả dụng cụ: bình phản ứng, ống sinh hàn, phễu nhỏ giọt đều phải được sấy khô, gắn ống chống ẩm và thổi khí N2 trong suốt quá trình phản ứng.
Yếu tố quyết định đến hiệu suất phản ứng và độ chọn lọc lập thể là ở giai đoạn tạo ylide. Muối phosphonium được rửa thật kỹ trong ether khan nóng trước khi làm
phản ứng. Vì muối chứa nhóm CH3COO- , rất dễ bị thủy phân nên ether sử dụng rửa muối cũng phải làm khan cẩn thận. Muối được rửa bằng ether khan nóng đã giúp loại bỏ được ester 9-bromononyl acetate và muối triphenylphosphin dư làm cho muối khô hơn và sạch hơn.
Theo tác giả S. K. Kang (1986),44 nếu sử dụng tác nhân t-BuOK tạo môi trường base cho phản ứng thì tỉ lệ sản phẩm (Z)/(E) = 47:53. Tuy nhiên, khi sử dụng siêu âm trong phản ứng chúng tôi đã thay đổi thêm về điều kiện nhiệt độ, dung môi sử dụng trong giai đoạn tạo ylide và giai đoạn ghép Wittig. Kết quả là mặc dù vẫn sử dụng tác nhân t-BuOK tạo môi trường base cho phản ứng nhưng những thay đổi về điều kiện nhiệt độ và dung môi đã cho ra được sản phẩm có cấu hình (Z) chiếm ưu thế.
Như vậy
- Yếu tố nhiệt độ và dung môi ảnh hưởng quan trọng đến việc hình thành cấu hình đồng phân hình học trong phản ứng Wittig.
- Điều kiện để phản ứng cho cấu hình (Z) chọn lọc khi sử dụng t-BuOK tạo môi trường base cho phản ứng như sau:
+ Yếu tố nhiệt độ: 0ºC ở giai đoạn tạo ylide, 25-30ºC ở giai đoạn ghép phản ứng.
+ Yếu tố dung môi: THF.
Hình 9 TLC của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate hiện hình trong hơi I2
Cơ chế của giai đoạn tạo ylide: t-BuOK lấy đi một proton H+ từ carbon gốc alkyl của muối triphenylphosphonium làm cho carbon này dư một đôi điện tử và mang điện tích âm còn phosphorus mang điện tích dương. Nhưng ở nguyên tử phosphorus
còn có một orbital d trống nên đôi điên tử trên carbon dễ dàng chuyển vào và hình thành liên kết đôi giữa carbon và phosphorus.
Cơ chế tạo thành ylide
Tác chất ylide tác kích vào nguyên tử carbon của nhóm carbonyl, electron từ liên kết π của carbon-oxi tạo liên kết vòng bốn carbon-carbon, carbon-oxi, carbon- phospho, phospho-oxi. Sau đó, liên kết carbon-phospho, carbon-oxi bị cắt đứt hình thành liên kết π của alkene.
Cơ chế tạo thành(Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
Cơ chế tạo thành(E)-9-tetradecen-1-yl acetate
Bảng 11 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng Wittig trong giai đoạn ghép ylide và pentanal
TT Nhiệt độ (°C)
K.L sản phẩm (g)/ Hiệu suất (H%) H.suất TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 (H%)
1 -25 0,26/46,7 0,27/48,4 0,26/46,3 47,13
2 0 0,32/55,7 0,32/56,56 0,31/54,6 55,62
3 30 0,33/59,16 0,35/61,55 0,34/60,9 60,54
Khối lượng tác chất sử dụng cho khảo sát là 1,054 g (2mmol) 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide, 0,224 g(2mmol) t-BuOK, 0,172 g(2mmol) pentanal
Kết quả sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê Statgraphics
One-Way ANOVA
Summary Statistics for “Yield”
Temperature
(oC) Count Average Standard deviation
Coeff. of
variation Range Stnd.
Skewness
-25 3 47,1333 1,11505 1,24333% 2,1 1,04983
0 3 55,62 0,982446 0,9652% 1,96 -0,257389
30 3 60,5367 1,23573 1,52703% 2,39 -0,854695
Total 9 54,43 5,95103 35,4147% 15,25 -0,4382
ANOVA Table for “Yield” by “Temperature”
Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value
Squares Square
Between groups 275,846 2 137,923 110,76 0,0002
Within groups 7,47113 6 1,24519
Total (Corr.) 283,318 8
Nhận xét
Bảng ANOVA: 110,76 >> 0,0002; tức là F-Ratio >> P-Value, điều này chứng tỏ có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất phản ứng Wittig giữa 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide và pentanal với tác nhân base là t-BuOK trong dung môi THF khi thay đổi điều kiện nhiệt độ phản ứng. Kết quả cho thấy, phản ứng Wittig trong giai đoạn ghép ylide với pentanal điều kiện thích hợp là 25-30ºC .
Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 4) Điểm sôi: 135oC/0,5 mmHg.
Phổ IR (νmax,cm-1) (Phụ lục 4 - PL19): Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết C=O ở ν = 1741 cm-1, của liên kết C-H ở ν = 2959-2872 cm-1, của liên kết C-O ở ν = 1227 cm-1, của liên kết C=C ở ν = 1690 cm-1.
Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 4 – PL20, 21): xuất hiện tín hiệu proton của -CH2O-ở δH = 4,04-4,07 ppm (2H, t, J = 6,75 Hz), tín hiệu H-9,10 của nhóm =CH δH = 5,33-5,36 ppm (2H, m).
Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 4 – PL22, 23): xuất hiện tín hiệu của -COO- ở δC = 171,24 ppm, tín hiệu của CH3COO- ở δC = 21,01 ppm, tín hiệu của O-CH2- ở δC = 64,65, tín hiệu của –CH=CH ở δC = 129,61 ppm.
Bảng 12 Dữ liệu phổ 1H NMR của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
TT Số H và liên kết δppm Mũi (Hz)
1 2H, H-9,10 5,33-5,36 m
2 2H, H-1 4,04-4,07 t, J = 6,75 Hz
3 3H, H-2′ 2,04 s
4 4H, H-8,11 1,99-2,03 q, J = 6,17 Hz
5 2H, H-2 1,59-1,65 m
6 14H, H-3,4,5,6,7,12,13 1,23-1,38 m
7 3H, H-14 0,87-0,90 t, J = 7 Hz
Bảng 13 Dữ liệu phổ 13C NMR của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
TT Vị trí của C δppm TT Vị trí của C δppm
1 C-1 64,65 09 C-9 130,15
2 C-2 28,61 10 C-10 129,61
3 C-3 25,85 11 C-11 27,11
4 C-4 28,90 12 C-12 31,80
5 C-5 29,61 13 C-13 22,67
6 C-6 29,00 14 C-14 14,10
7 C-7 29,74 15 C-1′ 171,24
8 C-8 27,25 16 C-2′ 21,01
Từ kết quả phổ nghiệm trên có thể xác định đây là cấu trúc (Z)-9-tetradecen- 1-yl acetate
Chương 3 THỰC NGHIỆM
------
3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HểA CHẤT THÍ NGHIỆM