Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được dựa trên kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng phân tử (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H - NMR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C- NMR). Các phổ được tiến hành đo ở 2 địa điểm là Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy và Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội số 19 Lê Thánh Tông, Hoàn Kiếm.
Được ghi tại Phòng Phân tích cấu trúc phân tử - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, trên máy Perkin Elmer với kỹ thuật viên nén KBr trong vùng 4000-400 cm-1. Mẫu rắn được phân tán trong KBr đã sấy khô với tỷ lệ khoảng 1:200 rồi ép dưới dạng viên nén dưới áp lực cao có hút chân không để loại bỏ hơi ẩm [2].
Phổ khối lượng phân tử (MS):
Được ghi theo phương pháp ESI trên máy LC/MS/MS-Xevo TQMS tại Phòng Phân tích phổ - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, và trên máy LTQ Orbitrap XL™ tại Khoa Hóa học trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội [3].
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton và carbon-13 (1H – NMR và 13C- NMR): Được ghi trên máy Brucker AV-500 MHz tại Phòng Phân tích phổ - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; và trên máy Ascend™ 500 tại Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội [1].
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 3.1. Kết quả thực nghiệm
3.1.1. Tổng hợp mafenid base qua trung gian phthalimid
3.1.1.1. Tổng hợp phthalimid (8)
Sơ đồ phản ứng:
Cách tiến hành: tiến hành theo phương pháp đã được mô tả trong tài liệu [5]:
Trộn kĩ hỗn hợp gồm 16,0 g (0,27 mol) ure và 79,0 g (0,5 mol) anhydrid phthalic, cho hỗn hợp vào bình cầu thủy tinh 1 cổ dung tích 1 lít. Đun nóng bình cầu (cách thủy bằng dầu parafin) ở nhiệt độ khoảng 130-135oC. Khi thành phần bên trong tan chảy, có hiện tượng bọt sủi lên dần dần và mạnh mẽ sau 10-20 phút. Đến khi hỗn hợp tăng thể tích lên gấp khoảng 3 lần thể tích ban đầu, ngừng đun và để nguội tới nhiệt độ phòng.
Xử lý phản ứng:
Thêm khoảng 70 ml nước cất vào hỗn hợp trong bình. Lọc lấy chất rắn bằng lọc hút chân không, rửa sạch bằng nước cất. Sản phẩm được kết tinh lại trong ethanol tuyệt đối, bằng cách hòa vào 1 lít cồn đun nóng, vừa đun vừa khuấy đến khi hòa tan hết, để lạnh cho sản phẩm kết tinh, lọc sản phẩm và sấy khô, thu được sản phẩm là hợp chất phthalimid (8).
Lưu ý là khi thực hiện phản ứng, do có sinh khí NH3 và CO2 nên cần dẫn khí sang cốc có đựng dung dịch H2SO4 loãng, khi để nguội bình phản ứng phải tháo ống dẫn khí, tránh hiện tượng áp suất trong bình giảm làm dung dịch trong cốc acid trào ngược lại bình phản ứng.
Kết quả:
Đo nhiệt độ nóng chảy: 234-235oC, R. Agusto và W. Boehme là 233- 234oC [4].
SKLM cho 1 vết có Rf= 0,67 (hệ dung môi cloroform : methanol = 9:1).
3.1.1.2. Phản ứng tạo 2-benzylisoindolin-1,3-dion (N-benzylphthalimid) (10)
Sơ đồ phản ứng:
Cách tiến hành: Phản ứng được tiến hành bằng phương pháp đã được mô tả
trong tài liệu [5]:
Cân 14,3 g (0,1 mol) K2CO3 và 30,0 g (0,2 mol) hợp chất (8), trộn đều và cho vào bình cầu 2 cổ dung tích 250 ml. Lắp dụng cụ vào tủ hốt, sau đó thêm 32,76 g (0,24 mol) benzyl clorid cho vào bình phản ứng. Đun hồi lưu hỗn hợp bằng bếp điện trong 5 giờ, cách thủy bằng dầu parafin. Nhiệt độ khoảng 180-190oC. Kiểm tra phản ứng bằng SKLM.
Xử lý phản ứng:
Sau khi phản ứng xong, tiến hành cất kéo loại benzyl clorid dư khi hỗn hợp vẫn còn nóng. N-benzylphthalimid (10) sẽ kết tinh lại khi quá trình cất kết thúc. Để nguội sẽ thu được chất rắn, dùng ethanol nóng để hòa tan hỗn hợp rắn này, sau đó lọc hút chân không để loại bỏ muối vô cơ và chất rắn không tan. Dịch lọc thu được để kết tinh lạnh và sau đó tiếp tục lọc hút chân không, thu được chất rắn kết tinh ánh vàng. Sấy khô sản phẩm.
Lưu ý: khi thực hiện cần làm trong tủ hốt vì benzyl clorid có mùi rất khó chịu. phản ứng đun ở nhiệt độ cao nên phải theo dõi thường xuyên và chặt chẽ. Chất rắn được hòa tan bằng ethanol nóng, vừa đun vừa khuấy mạnh.
Thu được chất rắn kết tinh màu ánh vàng với khối lượng 31,1 g, hiệu suất 64%.
Đo nhiệt độ nóng chảy: 104-106oC, theo tài liệu nhiệt độ nóng chảy khi kết tinh trong cồn là 100-110oC.
SKLM có 1 vết, Rf= 0,91 (hệ dung môi chạy là cloroform : methanol = 9:1 )
Để tìm điều kiện thích hợp cho phản ứng, chúng tôi tiến hành khảo sát theo 2 yếu tố là thời gian và tỷ lệ mol, cụ thể như sau:
Điều kiện phản ứng: nhiệt độ: 180-190oC, xúc tác: K2CO3
Tỷ lệ mol khảo sát benzyl clorid (9): phthalimid (8): 1,0; 1,1; 1,2; 1,3. Thời gian phản ứng: 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ.
Kết quả khảo sát cụ thể trong các bảng sau:
Bảng 3.1. Khảo sát tỷ lệ số mol phản ứng tạo N-benzylphthalimid
STT Benzyl clorid (g) Phthalimid (g) Tỷ lệ mol Sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 1 6,83 7,35 1 7,0 59,0 2 7,51 7,35 1,1 7,4 62,3 3 8,19 7,35 1,2 7,6 64,0 4 8,87 7,35 1,3 7,6 64,0
Nhận xét: khi thay đổi tỷ lệ số mol giữa benzyl clorid và phthalimid, theo thứ tự tăng dần chúng tôi nhận thấy hiệu suất phản ứng tăng khi tăng tỷ lệ từ 1,0 lên 1,2 nhưng không đổi khi tăng từ tỷ lệ 1,2 lên 1,3. Do vậy chúng tôi lựa chọn tỷ lệ phản ứng là 1,2 bởi vì nếu tăng tỷ lệ lên cao thì lượng benzyl clorid sẽ dư và việc cất loại bỏ sẽ phúc tạp hơn.
Tiếp tục khảo sát thời gian phản ứng, các điều kiện được giữ nguyên như trên và chọn tỷ lệ mol benzyl clorid : phthalimid = 1,2:1.
Bảng 3.2. Khảo sát thời gian phản ứng tạo N-benzylphthalimid
Nhận xét: khảo sát yếu tố thời gian cho thấy rằng hiệu suất của phản ứng tăng lên khi đun đến 5 h nhưng khi tiếp tục đun đến 6 h thì hiệu suất không tăng thêm nữa, vì vậy chúng tôi lựa chọn thời gian thực hiện phản ứng là 5 h và theo dõi bằng SKLM, hệ dung môi khai triển là cloroform : methanol = 9:1.
3.1.1.3. Phản ứng sulfocloro hóa N-benzylphthalimid tạo 4-((1,3-dioxoisoindolin- 2-yl)methyl)benzensulfonyl clorid (10’)
Phản ứng được thực hiện theo quy trình của Van Loevezijn và cộng sự (2009), sơ đồ phản ứng như sau [23]:
Cách tiến hành:
Chuẩn bị bình cầu 3 cổ dung tích 100 ml, thêm vào 5,6 ml (0,08 mol) acid clorosulfonic, sục khí N2 để đuổi hơi ẩm, đồng thời làm lạnh tới nhiệt độ khoảng 10oC. 5 g (0,02 mol) hợp chất (10) được cho từ từ vào bình phản ứng trong khoảng 20 phút, kết hợp khuấy bằng khuấy từ. Sau khi thêm hết N-benzylphthalimid, tiếp tục phản ứng bằng cách đun nóng bình cầu lên nhiệt độ 60oC trong vòng 30 phút. Chấm sắc ký theo dõi phản ứng, vết sản phẩm chạy gần như trùng với vết của nguyên liệu.
Xử lý phản ứng: STT Thời gian (h) Sản phẩm (g) Hiệu suất (%) 1 4 6,8 58,8 2 5 7,6 64,0 3 6 7,6 64,0
Để nguội bình phản ứng về nhiệt độ phòng, sau đó rót cẩn thận vào cốc nước đá. Khối phản ứng tủa keo xuống đáy, gạn bỏ phần nước acid và rửa đi rửa lại nhiều lần bằng nước cất cho đến khi pH của dịch rửa về trung tính. Sấy khô sản phẩm.
Kết quả:
Thu được sản phẩm là hợp chất 4-((1,3-dioxoisoindolin-2- yl)methyl)benzensulfonyl clorid (10’) màu trắng đục có khối lượng: 2,8 g, hiệu suất đạt 40%.
Chấm SKLM, hệ dung môi ethyl acetat : n-hexan = 7:3 cho 1 vết có Rf = 0,88
Nhiệt độ nóng chảy đo được 115-117oC. Tài liệu của là 115-117oC [27]. Chú ý khi thực hiện phản ứng: thời điểm đầu khi cho (10) vào phản ứng diễn ra giai đoạn 1 rất mãnh liệt và tỏa nhiều nhiệt, do đó cần làm lạnh bình cầu, sau đó chuyển qua giai đoạn 2 thì cần thúc đẩy phản ứng bằng cách đun nóng lên nhiệt độ khoảng 60oC. Lưu ý nữa khi dùng acid clorosulfonic là rất dễ bị thủy phân, do đó cần cho nhanh vào bình cầu và phải sục N2 để đuổi hết không khí ẩm, hạn chế tối đa acid bị thủy phân.
3.1.1.4. Amid hóa 4-((1,3-dioxoisoindolin-2-yl)methyl)benzensulfonyl clorid tạo 4-((1,3-dioxoisoindolin-2-yl)methyl)benzensulfonamid (11)
Sơ đồ phản ứng:
Cách tiến hành: 2,0 g (6 mmol) sản phẩm (10’) được hòa tan hoàn toàn vào
aceton được dung dịch A. Đồng thời chuẩn bị thêm 30,0 ml dung dịch NH3 đậm đặc (28%) (lượng dư 30 lần) và làm lạnh bằng nước đá về nhiệt độ khoảng 10oC (dung dịch B). Đổ từ từ dung dịch A vào dung dịch B kết hợp khuấy từ. Phản ứng amid hóa
diễn ra và được theo dõi bằng sắc ký, hệ dung môi theo dõi là 9:2:2,5 (BuOH : AcOH : H2O).
Xử lý phản ứng:
Hỗn hợp sau phản ứng được lọc nóng loại chất rắn không tan, sau đó tiến hành cô quay loại hết dung môi trong dịch lọc, kết tinh lại trong cồn tuyệt đối, lọc lấy tủa và sấy khô sản phẩm.
Kết quả:
Sản phẩm thu được là hợp chất 4-((1,3-dioxoisoindolin-2- yl)methyl)benzensulfonamid (11) màu trắng có khối lượng: 1,0 g, hiệu suất đạt 54,4%.
Đo nhiệt độ nóng chảy cho kết quả 221,5-223oC. Nhiệt độ nóng chảy theo tài liệu 222-223oC [27].
Chấm SKLM thấy có 1 vết, Rf= 0,9, hệ dung môi là 9:2:2,5 (BuOH : AcOH : H2O).
3.1.1.5. Thủy phân 4-((1,3-dioxoisoindolin-2-yl)methyl)benzensulfonamid 2 bước tạo 4-(aminomethyl)benzensulfonamid (I)
Sơ đồ phản ứng:
Cách tiến hành:
- Thủy phân bằng kiềm:
Cho vào bình cầu 1 cổ 100 ml 1,0 g (3,2 mmol) hợp chất (5), thêm vào 60,0 ml Na2CO3 20%. Đun hồi lưu hỗn hợp trong 1 giờ.
Sau khi phản ứng xong, lọc nóng hỗn hợp thu lấy dịch, dịch lọc được acid hóa bằng dung dịch HCl 20% về đến pH bằng 2. Lọc lấy tủa, sấy khô thu được 1,1 g sản phẩm và sau đó tiến hành phản ứng thủy phân bước 2.
- Thủy phân bằng acid:
Cho 1,1 g hợp chất (12) vào bình cầu 50,0 ml, thêm vào 9,0 ml dung dịch HCl 20%, đun hồi lưu 3 h, theo dõi phản ứng bằng SKLM.
Làm lạnh, lọc loại acid phthalic không tan, thu được dịch lọc, đưa về pH= 9 bằng dung dịch NH3 20%, làm lạnh qua đêm cho kết tinh, lọc sản phẩm và sấy khô ta thu được mafenid dạng base.
Kết quả:
Sản phẩm thủy phân bước 1 là chất rắn màu trắng, khối lượng thu được là 1,1 g, hiệu suất đạt 52,0%, SKLM hệ 9:2:2,5 (BuOH : AcOH : H2O) cho 1 vết có Rf = 0,76, đo nhiệt độ nóng chảy 214-218oC.
Sản phẩm thủy phân bước 2 là mafenid. Là chất rắn màu trắng hơi vàng, chấm sắc ký hệ 9:2:2,5 (BuOH : AcOH : H2O) cho một vết có Rf= 0,27. Có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 150-151oC.
3.1.2. Tổng hợp mafenid base qua trung gian phthalamid
3.1.2.1. Tổng hợp N,N’-dibenzylphthalamid từ diethylphthalat (15)
Sơ đồ phản ứng:
Cách tiến hành:
Cho vào bình cầu 2 cổ 50 ml hỗn hợp bao gồm 5,0 ml (0,05 mol) benzyl amin và 4,1 ml (0,02 mol) diethylphthalat. Đun hổi lưu hỗn hợp ở nhiệt độ khoảng 160oC
trong 6 giờ. Theo dõi phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi cloroform : methanol = 9:1.
Xử lý phản ứng: hỗn hợp sau phản ứng để nguội, sau đó hòa tan hoàn toàn
hỗn hợp trong cồn tuyệt đối. Làm lạnh dịch hòa tan trong tủ lạnh, sản phẩm N,N’- dibenzylphthalamid sẽ kết tinh, lọc thu sản phẩm bằng phễu lọc Buchner.
Kết quả:
Sản phẩm thu được là chất rắn màu trắng, có khối lượng 5,01 g, hiệu suất đạt 70,6%.
Chấm sắc ký hệ cloroform : methanol = 9:1, có 1 vết duy nhất, có Rf = 0,79.
Đo nhiệt độ nóng chảy khoảng 179-181oC. Theo tài liệu của Ismail M. Fekry khi kết tinh sản phẩm trong benzen là 172oC [13].
Chất trung gian benzyl amin được tổng hợp theo quy trình:
Thực hiện phản ứng Ritter với nguyên liệu là alcol benzylic thu được sản phẩm là benzylacetamid, sau đó thủy phân tạo ra benzyl amin, cụ thể như sau:
Chuẩn bị bình cầu 2 cổ dung tích 1000 ml, lần lượt cho vào bình 65,0 ml (1,2 mol) acid sulfuric đặc, 250,0 ml (4,8 mol) acetonitril, nhỏ rất từ từ 125,0 ml (1,2 mol) alcol benzylic vào hỗn hợp, kết hợp vừa nhỏ vừa khuấy từ và đun hồi lưu hỗn hợp ở nhiệt độ khoảng 85-90oC. Theo dõi phản ứng bằng SKLM.
Sau phản ứng để nguội về nhiệt độ phòng, tiếp theo tiến hành kiềm hóa bằng Na2CO3 bão hòa về pH 7-8. Lúc này sản phẩm, acetonitril dư sẽ chuyển hết về pha hữu cơ nên chiết loại bỏ pha nước. Pha nước có thể chiết lại bằng ethylacetat để lấy hết sản phẩm. Gộp pha hữu cơ và ethylacetat chiết lại, sau đó rửa nhiều lần bằng nước muối. Cô đến cạn dịch chiết ta thu được benzylacetamid để tiến hành phản ứng thủy phân.
50,0 g benzylacetamid được cho vào bình cầu dung tích 500 ml, thêm vào 250 ml dung dịch HCl đặc, đun hồi lưu kết hợp khuấy từ hỗn hợp. Phản ứng xảy ra và được theo dõi bằng SKLM, hệ dung môi cloroform : methanol = 9:1. Hỗn hợp sau phản ứng được cô quay loại dung môi đến kiệt, thu được một khối rắn màu trắng, thêm một ít nước cất vào đủ hòa tan hoàn toàn khối rắn, chiết 3 lần, lấy pha nước, mỗi lần khoảng 50 ml ethylacetat để loại tạp hữu cơ lẫn trong dịch hòa tan. Sau khi chiết, tiến hành kiềm hóa dịch chiết bằng NaOH đặc, tới pH 12-13, mục đích của quá trình này là sản phẩm sau khi thủy phân sẽ tồn tại dưới dạng muối HCl và hòa tan vào pha nước, sau khi kiềm hóa sẽ tách HCl ra và benzyl amin sẽ tồn tại dưới dạng base, phân lớp với pha nước bao gồm các tạp và muối tạo thành khi kiềm hóa. Tách chiết lấy phần benzyl amin ở lớp dưới. Lượng benzyl amin thô thu được là 40 ml, có màu hơi vàng, và được tiến hành chưng cất, thu sản phẩm bay hơi ở nhiệt độ 185oC để thu được benzyl amin tinh khiết, trong suốt không có màu. Thể tích benzyl amin thu được sau chưng cất là 20 ml.
3.1.2.2. Sulfocloro hóa N,N’-dibenzylphthalamid tạo N,N’-bis(4- clorosulfonylbenzyl)phthalamid (16), amid hóa tạo N,N’-bis(4- sulfamidobenzyl)phthalamid (17)
Chúng tôi thực hiện phản ứng clorosulfo hóa N,N’-dibenzylphthalamid bởi tác nhân acid clorosulfonic và amid hóa sản phẩm (16) tạo thành sản phẩm (17) theo sơ đồ sau:
Cách tiến hành: Cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 100 ml 1,2 g hợp chất (10), làm lạnh bình cầu tới nhiệt độ khoảng 10oC. thêm vào bình phản ứng 10 ml acid clorosulfonic (dư 20 lần), khuấy lạnh hỗn hợp phản ứng trong 30 phút, sau đó đun nóng nhẹ đến nhiệt độ khoảng 60oC. Kiểm tra phản ứng bằng SKLM hệ dung môi 9:1 (cloroform : methanol).
Xử lý phản ứng: chuẩn bị cốc có mỏ dung tích 100 ml chứa khoảng 40 ml
nước cất đã làm lạnh về nhiệt độ khoảng 10oC, khi phản ứng xong, rót rất từ từ hỗn hợp phản ứng vào cốc có mỏ trên. Sản phẩm (16) sẽ kết tủa trắng và lắng từ từ xuống đáy. Rửa nhiều lần bằng nước cất cho sạch acid và lọc thu lấy kết tủa.
Hợp chất (16) tiếp tục thực hiện phản ứng amid hóa như sau:
Chuẩn bị một bình cầu dung tích 100 ml trong đó chứa 60 ml dung dịch NH4OH 20% được làm lạnh tới nhiệt độ khoảng 10oC. Cho hợp chất (16) trên vào dung dịch NH4OH và khuấy liên tục để phản ứng xảy ra. Theo dõi phản ứng bằng SKLM hệ dung môi khai triển là 9:2:2,5 (BuOH : AcOH : H2O).
Sau phản ứng tiến hành cô quay đến kiệt để loại hết dung môi, sản phẩm amid hóa là (17) N,N’-bis(4-sulfamidobenzyl)phthalamid sẽ kết tinh.
Kết quả:
- Sản phẩm thu được có màu trắng, khối lượng 0,53 g, hiệu suất đạt 30%. - Chấm SKLM hệ 9:2:2,5 cho một vết có Rf= 0,62.
- Đo nhiệt độ nóng chảy: 140-142,5oC.
3.1.2.3. Thủy phân (17) tạo mafenid base
Tiến hành phản ứng thủy phân 0,53 g (17) hoàn toàn tương tự như phản ứng thủy phân bước 2 bằng 5,75 ml HCl 20% như mục 3.1.1.5. theo sơ đồ sau:
Làm lạnh hỗn hợp phản ứng, lọc loại acid phthalic không tan, thu được dịch lọc, đưa về pH= 9 bằng dung dịch NH3 20%, làm lạnh qua đêm cho kết tinh, lọc sản