1.5 HỢP CHẤT (Z)-9-TETRADECEN-1-YL ACETATE
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu
2.1.2.5 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate
Đây là phản ứng chìa khóa của sơ đồ, phản ứng Wittig được thực hiện giữa ylide của muối 9-(triphenylphosphonium bromide)nonyl acetate và aldehyde pentanal để nối dài mạch carbon-carbon chứa nối đôi tại vị trí số 9. Phản ứng có sự hiện diện của t-butoxide kali làm chất xúc tác, sản phẩm thu được là hỗn hợp hai alkene với cấu hình
(E) và (Z), trong đó cấu hình (Z)- chiếm ưu thế. Sản phẩm được lọc qua cột silica gel tẩm 20% AgNO3 để tách riêng cấu hình (Z)- ra khỏi hỗn hợp đồng phân hình học.
2.2 Kế t quả và thảo luận
2.2.1 Tổng hợp 9-bromononan-1-ol
Hợp chất 9-bromononan-1-ol được tổng hợp với nonan-1,9-diol bằng cách cho phản ứng với HBr 40% trong hệ dung môi acetone-petroleum ether.
Phản ứng tổng hợp 9-bromononan-1-ol từ nonan-1,9-diol
Nonan-1,9-diol được hòa tan trong hỗn hợp dung môi acetone-petroleum ether, rồi lắp hệ thống tách nước (Dean-Stark tube). Acid HBr 40% được thêm vào bình phản ứng và hồi lưu hỗn hợp bằng bếp cách thủy trong 16 giờ. Sau phản ứng, đuổi kiệt dung môi trên bếp cách thủy dưới áp suất kém. Chiết, rửa, làm khan và cô đuổi dung môi. Sau khi lọc qua cột thu được sản phẩm sạch, hiệu suất phản ứng đạt 62,5%.
Hình 4 Phản ứng kết thúc trong tổng hợp 9-bromononan-1-ol bằng hệ thống hoàn lưu Dean-Stark tube
a. 9-bromononan-1-ol b. TLC Hình 5 Sản phẩm và TLC của 9-bromononan-1-ol
Bảng 1 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 9-bromononan-1-ol
TT Dung môi K.L sản phẩm (g)/ Hiệu suất (H%) H.Suất TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 (%)
1 Acetone/Petroleum
ether (60-90oC) 0,96/60,1 1,013/63,2 1,031/64,3 62,5±0,98
2 Benzene 1,11/69,2 1,14/71,1 1,135/70,8 70,4±0,98
Khối lượng tác chất sử dụng cho khảo sát là 1,5 g ( 9,6 mmol) nonan-1,9-diol
Kết quả sau khi xử lý số liệu bằng chương trình thống kê Statgraphics
Summary Statistics for “Yield”
Solvent Count Average Standard deviation
Coeff. of
variation Range Stnd.
skewness Acetone/
Petroleum ether 3 62,5333 2,17792 3,48281% 4,2 -0,882749
Benzene 3 70,3667 1,02144 1,45159% 1,9 -1,10696
Total 6 66,45 4,55225 6,85064% 11,0 -0,30739
ANOVA Table for “Yield” by “Solvent”
Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value
Between groups 92,0417 1 92,0417 31,81 0,0049
Within groups 11,5733 4 2,89333
Total (Corr.) 103,615 5
Table of Means with 95,0 percent LSD intervals
Solvent Count Mean Stnd. Error (pooleds)
Acetone/Petroleum ether 3 62,5333 0,982061
Benzene 3 70,3667 0,982061
Total 6 66,45
Multiple Range Tests (Method: 95,0 percent LSD)
Solvent Count Mean Homogeneous Groups
Acetone/Petroleum ether 3 62,5333 X
Benzene 3 70,3667 X
Contrast Sig. Difference +/- Limits
Acetone/Petroleum ether-Benzene * -7,83333 3,85606
* Sự khác biệt là có ý nghĩa về mặt thống kê
Nhận xét
Bảng kết quả ANOVA cho thấy: 31,81 >> 0,0049, tức là F-Ratio >> P-Value, Df = 1, điều này chứng tỏ có sự khác biệt về hiệu suất khi thực hiện phản ứng brom hóa nonan-1,9-diol ở những hệ dung môi khác nhau. Kết quả thí nghiệm thể hiện qua bảng Multiple Range Tests ở trên còn cho thấy khi sử dụng hệ dung môi acetone- petroleum ether so với dung môi benzene trong tổng hợp hợp chất 9-bromononan-1-ol cũng có sự khác nhau, nhưng đó là kết quả đáng khích lệ về mặt hóa học xanh: dùng
hệ dung môi acetone-petroleum ether xanh hơn thay thế cho benzene, vốn là một dung môi độc hại cho sức khỏe và môi trường.
Trong dung môi benzene, benzene giữ vai trò là dung môi hỗ trợ để tác nhân thân hạch Br- ưu tiên tấn công vào một phía của nhóm –OH của hợp chất diol. Hợp chất diol này có khả năng phân cực kém, khó tan trong nước nhưng tan tốt trong benzene, nhờ đó benzene đã hỗ trợ tách và lôi cuốn nước sinh ra từ phản ứng và từ dung dịch acid. Thực ra phản ứng SN2 đòi hỏi sử dụng một dung môi phân cực không có proton như acetone (để bền vững hóa trạng thái chuyển tiếp). Ở đây lý do dùng benzene tốt hơn hỗn hợp acetone-petroleum ether vì benzene có nhiệt độ sôi cao hơn.
Ngày nay, để tổng hợp các n-bromo alkan-1-ol người ta thường dùng thiết bị chiết lỏng-lỏng, sử dụng dung môi chiết ít độc hại hơn benzene như heptane. Do điều kiện phòng thí nghiệm không có trang thiết bị nên chúng tôi không tổng hợp được hợp chất 9-bromononan-1-ol từ thiết bị này để so sánh hiệu quả với phương pháp đun hoàn lưu diol trong hệ dung môi acetone - petroleum ether.
Về cơ chế phản ứng, phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2. Chỉ có phân tử diol thay đổi trạng thái liên kết trong bước quyết định tốc độ phản ứng. Phân tử phân ly thành những ion do sức hút của tác nhân thân hạch Br-. Các ion đó sau đó tách ra sẽ phản ứng tiếp với các cấu tử tham gia phản ứng cho sản phẩm cuối. Quá trình phản ứng được trình bày theo cơ chế sau:
H-Br + C
H H
R
OH C
H
R HBr OH
+ H
C R Br
H H
+ H20
Cơ chế phản ứng tổng hợp 9-bromononan-1-ol
Xác định cấu trúc sản phẩm (Phụ lục 1)
Sản phẩm 9-bromononan-1-ol được xác định dựa vào các phương pháp phổ sau:
Điểm sôi 277,8°C/760 mmHg.
HUỲNH VĂN TƯ 30
Phổ IR (νmax, cm-1) (Phụ lục 1-PL2): Mũi hấp thu dao động hóa trị của liên kết O-H ở ν = 3350 cm-1, của liên kết C-O ở ν = 1055 cm-1, của liên kết C-Br ở ν = 645 cm-1.
Phổ 1H NMR (500 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 1 - PL3, 4): có tín hiệu proton của -CH2-OH ở H = 3,41 ppm (m, 2H); tín hiệu proton của -CH2-Br ở H = 3,62 ppm.
Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δppm) (Phụ lục 1-PL5, 6): Có tín hiệu đặc trưng của -CH2OH ở C = 62,902 ppm, tín hiệu của -CH2-Br ở C = 33,984 ppm.
Bảng 2 Dữ liệu phổ 1H NMR của 9-bromononan-1-ol
TT Số H và liên kết δ (ppm) Mũi (Hz)
1 2 3 4 5
2H, H-9 2H, H-1 2H, H-8 2H, H-2
10H, H-3,4,5,6,7
3,62 3,41 1,82-1,88 1,56 1,23-1,44
t, J = 6,75 Hz t, J = 6,75 Hz m
m m
Bảng 3 Dữ liệu phổ 13C NMR của 9-bromononan-1-ol
TT Vị trí của C δ (ppm)
1 C-1 62,90
2 C-2 32,72
3 C-3 25,70
4 C-4 29,38
5 C-5 29,30
6 C-6 28,68
7 C-7 28,14
8 C-8 32,81
9 C-9 33,98
Theo kết quả phổ nghiệm có thể kết luận hợp chất trên là 9-bromononan-1-ol
Cấu trúc của 9-bromononan-1-ol