Chương hai NGHIÊN CỨU
2.2.1 TỔNG HỢP 8-BROMOOCTAN-1-OL
Monobromide hóa diol là bước quan trong trong quá trình tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là nối mạch carbon. Phản ứng này đã được nghiên cứu rất nhiều nhưng đa phần các tác giả đều sử dụng dung môi benzene hoặc dẫn xuất của benzene, chủ yếu là nhằm hòa tan được diol. Tuy nhiên các dung môi này rất độc do chứa nhóm phương hương. Năm 2008, Hà Thị Thu Sương đã cố gắng thay thế benzene bằng petroleum ether khi monobromide hóa 1,10-decandiol nhưng hiệu suất chỉ đạt 64,9% so với 76,2% trong benzene43. Riêng với octan-1,8-diol, năm 2009, Estelle Banaszak et al., đã sử dụng dung môi toluene để thực hiện phản ứng đạt hiệu suất tối đa 72%68. (3.1)
Dung môi Ace:P.E được sử dụng với tỷ lệ thích hợp nhằm hòa tan octan- 1,8-diol thay thế dung môi độc hại.
Hòa tan octan-1,8-diol trong hỗn hợp acetone:petroleum ether đánh siêu âm đến khi tan hoàn toàn, thêm HBr, lắp hệ thống Dean-Stark tube, đun hồi lưu cách thủy khoản 24 giờ đến khi tách nước hoàn toàn, chưng cất loại dung môi, thu được lớp hữu cơ, đem lớp hữu cơ này pha loãng với ether, rửa với NaHCO3 bảo hòa, rửa lại với nước cất, nước muối, rồi nước cất sau đó làm khan với MgSO4, cô loại ether, lọc qua cột silicagel. Phân lập đoạn có Rf = 0,6 trên TLC với hệ dung môi ether:hexane = 1:2 thu 14,21 g sản phẩm tinh với GC = 96,54%, hiệu suất đạt 80,433%.
Hình 10 TCL của Br-8-OH với hệ dung môi Et2O:P.E = 1:2
Như đã nói ở trên việc sử dụng hệ dung môi acetone:P.E nhằm mục đích hòa tan hoàn toàn octan-1,8-diol làm tăng khả năng tiếp xúc của chúng với HBr. Ngoài ra do nhiệt độ bay hơi của acetone thấp nên khi hồi lưu tách nước, acetone sẽ lôi cuốn nước theo giúp phản ứng diễn ra theo chiếu thuận từ đó hiệu suất phản ứng cũng được cải thiện. Vì vậy trước khi phản ứng phải đảm bảo diol hòa tan hoàn toàn và trong quá trình phản ứng phải liên tục khuấy hệ phản ứng.
Hình 11 Đun tách nước với hệ thống hoàn lưu gắn bộ Dean – Stark tube
Việc tác động của HBr lên alcohol trong phản ứng gồm 2 giai đoạn, gắm H+
lên nhóm –OH sau đó thay nhóm –OH2+bằng nhóm –Br -. Giai đoạn 1:
HO OH H+ HO OH2
HO OH2 Br HO Br H2O HO H H Br OH2
Khảo sát hiệu suất phản ứng theo tỉ lệ thể tích aceton/petroleum ether trong hệ dung môi acetone:petroleum ether với bước nhảy 1/10 về thể tích thu được kết quả sau:
Bảng 3 Khối lượng/hiệu suất 8-bromooctan-1-ol thu được khi thay đổi tỷ lệ hệ dung môi acetone:petroether.
TT Tỉ lệ DM Khối lượng/hiệu suất
Lần 1 Lần 2 Lần 3 1 1/10 2,463/70,0 2,477/70,4 2,449/69,6 2 2/10 2,583/73,4 2,590/73,6 2,583/73,4 3 3/10 2,692/76,5 2,699/76,7 2,692/76,5 4 4/10 2,815/80,0 2,808/79,8 2,825/80,3 5 5/10 2,836/80,6 2,825/80,3 2,829/80,4
Khối lượng diol dùng cho mỗi phản ứng là 2,5g. * acetone/petroleum ether.
Hình 12 Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo tỷ lệ dung môi.
Theo đồ thị này khi tăng tỷ lệ aceton:P.E lên khoảng 4: 10 về thể tích thì đường biểu diễn hiệu suất bắt đầu có chiều hướng đi ngang nghĩa là với tỷ lệ này hầu như toàn bộ diol đều được hòa tan, và lượng acetone cũng đủ để lôi cuốn nước
Bảng 4 Phân tích Anova “hiệu suất” for “tỷ lệ dung môi”
Tỷ lệ Count Average Variance Stnd.deviation Range Stnd. Skewness
1:10 3 70,0 0,16 0,4 0,8 0,0 2:10 3 73,4667 0,0133333 0,11547 0,2 1,22474 3:10 3 76,5667 0,0133333 0,11547 0,2 1,22474 4:10 3 76,5667 0,0133333 0,11547 0,2 1,22474 5:10 3 80,0333 0,0633333 0,251661 0,5 0,41407 Tổng 15 76,1 16,8843 4,10905 11,0 -0,587282
Kết quả phân tích ANOVA summary Statistics
Kiểm tra sự sai biệt
Source Sum of Squares Df
Mean
Square F-Ratio P-Value F- Crit
Between groups 235,833 4 58,9583 1078,51 3,9.10- 13
3,478 Within groups 0,546667 10 0,0546667
Total (Corr.) 236,38 14
Anova kiểm tra sự sai biệt của hiệu suất phản ứng theo tỷ lệ hệ dung môi
Tiến hành phân tích multiple range test với độ tin cây 95%, ta được kết quả
Tỷ lệ Count Mean Homogeneous Groups
1:10 3 70,0 D 2:10 3 73,4667 C 3:10 3 76,5667 B 4:10 3 80,0333 A 5:10 3 80,4333 A
Contrast Difference +/- Limits
Col_1 - Col_2 *-3,4 0,479037
Col_1 - Col_3 *-6,53333 0,479037 Col_1 - Col_4 *-10,0 0,479037 Col_1 - Col_5 *-10,3333 0,479037 Col_2 - Col_3 *-3,13333 0,479037
Col_2 - Col_4 *-6,6 0,479037 Col_2 - Col_5 *-6,93333 *-6,93333 Col_3 - Col_4 *-3,46667 0,479037 Col_3 - Col_5 *-3,8 0,479037 Col_4 - Col_5 -0,333333 0,479037 *Chỉ có ý nghĩa về mặt thống kê
Multiple range phân tích quy trình khi dùng dung môi theo các tỷ lệ 1-5:10
Bảng này cho chúng ta giá trị chuẩn Fratio = 1078,51 >> P= 3,96.10-13, Fratio>> Fcrit biểu thị cho sự khác biệt hay cải thiện đáng kể về mặt hiệu suất khi thay đổi tỷ lệ hệ dung môi Ace:P.E từ 1:10 lên 5:10 về thể tích. Bảng này cũng cho kết quả hiệu suất của 2 phản ứng sử dụng hệ dung môi 4:10 và 5:10 là cao nhất. Bảng multiple range này cho thấy quy trình trên 2 tỷ lệ 4:10 và 5:10 cho hiệu suất gần tương đương và có sự khác biệt với các quy trình còn lại. Từ kết quả trên tỷ lệ hệ dung môi được khuyên dùng là Ace:P.E = 2:5 vừa đảm bảo cho hiệu suất phản ứng cao vừa tiết kiệm chi phí.
Tiến hành khảo sát hiệu suất phản ứng khi dùng hệ dung môi Ace:P.E = 2:5 so sánh với hiệu suất phản ứng khi dùng dung môi benzene.
Bảng 5 So sánh hiệu suất khi sử dụng hệ dung môi acetone:petroleum ether = 2:5 và benzene
TT Nguyên liệu Khối lượng/hiệu suất * Khối lượng/hiệu suất **
1 2,5g 2,815/80,0% 2,64/75,0%
2 2,5g 2,808/79,8% 2,67/75,8%
3 2,5g 2,808/79,8% 2,68/76,2%
4 2,5g 2,825/80,3% 2,67/75,8%
5 2,5g 2,836/80,6% 2,69/76,5%
Khối lượng nguyên liệu 2,5g/mẫu.* acetone/petroleum ether = 2:5; ** Benzene.
Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value F- Crit
Between groups 44,944 1 44,944 205,22 5,5.10-7 5,31765
Within groups 1,752 8 0,219
Total (Corr.) 46,696 9
The Stat Advisor
Multiple Range Tests Method: 95,0 percent LSD
Count Mean Homogeneous Groups
Hieu suat/benzen 5 75,86 B Hieu suat/Ace:P.E 5 80,1 A
Contrast Difference +/- Limits
Col_1 - Col_2 *4,24 0,682517
* Chỉ có ý nghĩa về mặt thống kê
Bảng phân tích Anova cho thấy Fratio= 205,22>> P = 5,5.10-7, điều đó chứng tỏ rằng dung môi có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng và có sự khác biệt về hiệu suất trong việc sử dụng hệ dung môi Ace:P.E và benzene là có ý nghĩa về mặt thống kê. Như vậy kết quả khả quan hơn về hiệu suất khi dùng hệ dung môi Ace:P.E.
Qua bảng phân tích multiple range trên cho thấy hiệu suất phản ứng cải thiện đáng kể khi dùng dung môi Ace:P.E so sánh với benzene.
Với những kết quả đạt được từ thực nghiệm và qua xử lý thống kê thì việc thay thế dung môi độc hại benzene theo mục tiêu ban đầu đặt ra là khả thi, đặc biệt chi phí cho dung môi thay thế này có phần lại rẻ hơn do P.E công nghiệp và acetone đều có giá thành rất rẻ so với benzene.
HO OH H+ HO OH2 Br