Tiến hành:
Bột curcuminoid có thành phần curcumin I (khoảng 70%), curcumin II (DMC) và curcumin III (BDMC) được kết tinh lại 3 lần trong ethanol tuyệt đối, các bước thực hiện như sau:
-Hòa tan 10,00 g curcuminoid trong 1000 mL ethanol tuyệt đối ở 50°C, lọc loại bỏ tạp vô cơ không tan. Để kết tinh dịch lọc ở 10°C trong 24h.
-Tinh thể kết tinh được lọc hút chân không, rửa, kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết bằng SKLM. Kiểm tra sơ bộ dịch lọc bằng SKLM, cất quay chân không đến kiệt thu sản phẩm thô.
-Tinh thể thu được tiếp tục đem kết tinh lại lần 2, 3 tương tự như lần 1.
Kiểm tra độ tinh khiết
Kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp SKLM và đo nhiệt độ nóng chảy. -SKLM được thực hiện trên bản mỏng silicagel GF254. Sản phẩm được hòa tan trong EtOH để chấm sắc ký. Pha động để chạy sắc ký là hệ dung môi dicloromethan : methanol = 20: 1. Sau khi chạy sắc ký, soi bản mỏng dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm, chất thử cho một vết gọn, rõ, không có vết phụ và trùng với chất chuẩn curcumin I. Kết quả Rf = 0,80 (CH2Cl2:MeOH = 20:1).
-Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy cho thấy các mẫu thử đều có điểm chảy rõ ràng trong khoảng 182,0- 184,0°C.
Kết quả
- Cảm quan: tinh thể màu vàng cam. - T°nc = 182,0-184,0°C.
- KLSP = 1,56 gam.
3.2. TỔNG HỢP HÓA HỌC
Trong khóa luận này, chúng tôi thực hiện phản ứng alkyl hóa curcumin với ba tác nhân là 2-cloroethanol (ethylen clorohydrin), methyl cloroacetat và ethyl cloroacetat. Phản ứng được thực hiện theo qui trình kinh điển của phản ứng tổng hợp ether Williamson trong môi trường khan nước.
3.1.1. Tổng hợp dẫn chất 4,4-dimethoxycarbonylmethyl-O,O’- dimethoxycarbonylmethyl-curcumin.
3.1.1.1. Tổng hợp methyl cloroacetat
Phản ứng tổng hợp methyl cloroacetat được thực hiện theo tài liệu [27].
Sơ đồ phản ứng
Tiến hành phản ứng
Cho acid cloroacetic (20,0 g, 0,21 mol) và methanol (16 mL, 0,63 mol) cùng H2SO4 đặc (0,2 mL) vào bình cầu một cổ 100 mL, đun hồi lưu trong 4h.
Xử lý phản ứng
Rửa hỗn hợp phản ứng bằng dung dịch natri carbonat 10% 2 lần (pha nước pH=8). Rửa lại pha dầu với nước cất cho đến pH trung tính. Làm khan qua đêm bằng natri sulfat khan. Lọc qua giấy lọc để loại chất làm khan.
Kết quả
- Thể tích thu được: V = 9,7 mL (0,11 mol). Sản phẩm là dung dịch dầu trong suốt, không màu.
- Hiệu suất phản ứng đạt 52,7%.
3.1.1.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-dimethoxycarbonylmethyl-O,O’-
dimethoxycarbonylmethyl-curcumin (QH-1)
Tiến hành phản ứng
Đun hồi lưu hỗn hợp của curcumin (1,0 g, 2,71 mmol), kali iodid (0,22 g, 1,3 mmol) và kali carbonat khan (0,9 g, 6,5 mmol) trong 80 mL dung môi (đã làm khan với kali carbonat khan) trong một bình cầu hai cổ 250 mL. Thêm dần tác nhân methyl cloroacetat trong quá trình hồi lưu. Theo dõi hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi dicloromethan : methanol = 30:1 để xác định thời gian và tỉ lệ tác nhân phản ứng thích hợp.
Xử lý phản ứng
Cất loại dung môi ra khỏi khối phản ứng bằng máy cất quay chân không. Thêm methanol và cất nhiều lần để loại tác nhân dư khỏi khối phản ứng.
Sau khi loại dung môi và tác nhân dư, hòa tan hỗn hợp vào 200 mL ethylacetat, chuyển vào bình chiết 500 mL. Rửa pha ethylacetat với nước (pha nước pH=3-4). Rửa lại pha ethylacetat bằng nước cất cho đến khi được pH trung tính. Làm khan bằng natri sulfat khan. Lọc qua giấy lọc để loại chất làm khan.
Cất loại toàn bộ ethylacetat. Thu cắn, hòa tan hoàn toàn cắn trong 150 mL hỗn hợp dung môi ethylacetat : ethanol (1:1) nóng (70°C) trong bình nón. Làm lạnh dung dịch bằng nước đá, chờ cho kết tinh và lọc thu lấy phần chất rắn.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát dung môi phản ứng và tỉ lệ tác nhân alkyl hóa. Với mỗi dung môi và mỗi tỉ lệ tác nhân thực hiện phản ứng 3 lần, lấy kết quả trung bình.
Tiến hành khảo sát với 3 dung môi là: aceton, acetonitril và DMF. Kết quả khảo sát dung môi được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3. 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng
STT Dung môi Tỷ lệ tác nhân : curcumin Thời gian (h) KLSP (g) Hpư (%) T°nc (°C) 1 Aceton 60:1 14 1,12 62,94 164,5-166,7 2 Acetonitril 60:1 14 1,06 59,57 164,5-166,8 3 DMF 60:1 14 0,56 31,47 163,0-166,3 Nhận xét:
- Sản phẩm của phản ứng có nhiệt độ nóng chảy gần như nhau với cả 3 dung môi.
- Trong 3 dung môi sử dụng, aceton cho hiệu suất cao nhất (62,94%). Sử dụng acetonitril cho hiệu suất kém hơn (59,57%). Với DMF, phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm phụ, thể hiện trên SKLM và hiệu suất thu được thấp nhất (31,47%).
Từ đó chúng tôi lựa chọn aceton làm dung môi cho các phản ứng tiếp theo.
b. Khảo sát tỉ lệ tác nhân phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát lượng tác nhân so với nguyên liệu curcumin ở các tỉ lệ 20:1, 40:1, 45:1, 50:1 và 60:1. Kết quả khảo sát tỉ lệ tác nhân phản ứng được trình bày trong Bảng 3.2
Bảng 3. 2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân đến hiệu suất phản ứng
STT Tỉ lệ tác nhân:curcumin Thời gian (h) KLSP (g) Hpư (%) T°nc (°C) 1 20:1 14 0,86 48,32 165,5-167,2 2 40:1 14 1,09 61,25 165,7-167,0 3 45:1 14 1,23 69,12 165,5-167,0 4 50:1 14 1,24 69,68 164,5-167,0 5 60:1 14 1,12 62,94 164,5-166,7 Nhận xét:
Khi sử dụng các tỉ lệ các tác nhân alkyl hóa khác nhau thì sản phẩm thu được có nhiệt độ nóng chảy khá tương đồng, dao động từ 164,4-167,2°C.
Khi tăng tỉ lệ tác nhân, hiệu suất của phản ứng tăng lên rõ rệt. Sau khi tăng đến tỉ lệ tác nhân : curcumin = 45:1, dù có tăng thêm lượng tác nhân thì hiệu suất cũng hầu như không tăng, thậm chí bị giảm khi tăng tới tỉ lệ 60:1. Nguyên nhân là do tác nhân còn dư nhiều ảnh hưởng tới quá trình tinh chế sản phẩm.
Từ các nhận xét trên, chúng tôi lựa chọn tỉ lệ methyl cloroacetat : curcumin là 45:1 để thực hiện phản ứng.
Từ kết quả khảo sát trên chúng tôi đã chọn điều kiện của phản ứng là: - Dung môi phản ứng : aceton
- Tỉ lệ methyl cloroacetat : curcumin = 45:1 - Thời gian phản ứng 14h
Tóm tắt kết quả:
Tính chất sản phẩm:
- Cảm quan: bột kết tinh màu vàng nhạt. - Nhiệt độ nóng chảy: 165,5 - 167,0°C.
Hiệu suất phản ứng: phản ứng trong điều kiện thích hợp cho hiệu suất tốt nhất là 69,12%.
Độ tinh khiết:
- Tiến hành kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng SKLM trên bản mỏng silicagel GF254. Sản phẩm được hòa tan trong dicloromethan để chấm sắc ký. Pha động chạy sắc ký là hệ dung môi dicloromethan : methanol = 30: 1 và ethylacetat : n-hexan = 7: 3. Sau khi chạy sắc ký, soi bản mỏng dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm cho một vết gọn, rõ, không có vết phụ. Kết quả: Rf = 0,58 (CH2Cl2 : MeOH = 30:1); Rf = 0,64 (EtOAc : n-hexan = 7:3).
- Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm tổng hợp được. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy cho thấy sản phẩm có điểm chảy rõ ràng trong khoảng 165,5 - 167,0°C.
3.1.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-diethoxycarbonylmethyl-O,O’- diethoxycarbonylmethyl-curcumin.
3.1.2.1. Tổng hợp ethyl cloroacetat
Phản ứng tổng hợp ethyl cloroacetat được thực hiện theo tài liệu [27].
Sơ đồ phản ứng
Tiến hành phản ứng
Cho acid cloroacetic (20,0 g, 0,21 mol) và ethanol (32 mL, 0,86 mol) và H2SO4 đặc (0,2 mL) vào bình cầu một cổ 100 mL, đun hồi lưu trong 4h.
Xử lý phản ứng
Rửa hỗn hợp phản ứng bằng natri carbonat 10% 2 lần (pha nước pH=8). Rửa lại pha dầu với nước cất cho đến pH trung tính. Làm khan qua đêm bằng natri sulfat khan. Lọc qua giấy lọc để loại chất làm khan.
Kết quả
- Thể tích thu được: 8,4 mL. Sản phẩm là dung dịch dầu trong suốt, không màu. - Hiệu suất phản ứng đạt 40,4%.
3.1.2.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-diethoxycarbonylmethyl-O,O’-
diethoxycarbonylmethyl-curcumin (QH-2)
Sơ đồ phản ứng
Tiến hành phản ứng
Đun hồi lưu hỗn hợp của curcumin (1 g, 2,71 mmol), kali iodid (0,22 g, 1,3 mmol) và kali carbonat khan (0,9 g, 6,5 mmol) trong 80 mL dung môi (đã làm khan với kali carbonat khan) trong một bình cầu hai cổ. Thêm dần tác nhân ethyl
cloroacetat trong quá trình hồi lưu. Theo dõi hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi dicloromethan : methanol = 20:1 để xác định thời gian và tỉ lệ tác nhân phản ứng thích hợp.
Xử lý phản ứng
Cất loại aceton ra khỏi khối phản ứng bằng máy cất quay chân không. Thêm methanol và cất nhiều lần để loại tác nhân dư khỏi khối phản ứng.
Sau khi loại dung môi và tác nhân dư, hỗn hợp được hòa tan vào 200mL ethylacetat và chuyển vào bình chiết 500 mL. Thêm 100 mL nước cất, điều chỉnh pH = 3-4. Lắc chiết hỗn hợp, thu lấy pha hữu cơ. Rửa lại pha hữu cơ bằng nước cất cho đến khi được pH trung tính. Làm khan bằng natri sulfat khan. Lọc qua giấy lọc để loại chất làm khan.
Cất loại toàn bộ ethylacetat, chất rắn được hòa tan hoàn toàn trong 100 mL ethanol nóng (70°C) trong bình nón. Làm lạnh dung dịch bằng nước đá, chờ cho kết tinh hết và lọc thu lấy phần chất rắn.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát dung môi phản ứng và tỉ lệ tác nhân alkyl hóa. Với mỗi dung môi và mỗi tỉ lệ tác nhân thực hiện phản ứng 3 lần, lấy kết quả trung bình.
a. Khảo sát dung môi phản ứng
Tiến hành khảo sát với 3 dung môi là aceton, acetonitril và DMF. Kết quả khảo sát dung môi được trình bày trong Bảng 3.3.
Bảng 3. 3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng
STT Dung môi Tỷ lệ tác nhân : curcumin Thời gian (h) KLSP (g) Hpư (%) T°nc (°C) 1 Aceton 60:1 14 1,16 60,06 133,0-135,2 2 Acetonitril 60:1 14 1,13 58,50 133,4-135,6 3 DMF 60:1 14 0,76 39,35 129,5-135,1 Nhận xét:
- Trong 3 dung môi sử dụng, aceton cho hiệu suất phản ứng cao nhất. Từ đó chúng tôi lựa chọn aceton làm dung môi cho các phản ứng tiếp theo.
b. Khảo sát tỉ lệ tác nhân phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát lượng tác nhân so với nguyên liệu ở các tỉ lệ 40:1, 50:1 và 60:1. Kết quả được khảo sát được trình bày trong Bảng 3.4.
Bảng 3. 4. Kết quả khảo sát tỉ lệ ethylacetat:curcumin
STT Tỉ lệ ethyl cloroacetat:curcumin Thời gian (h) KLSP (g) Hpư (%) T°nc (°C) 1 40:1 14 1,12 57,98 133,5-135,5 2 50:1 14 1,17 60,57 133,8-135,3 3 60:1 14 1,16 60,06 133,0-135,2 Nhận xét:
- Khi sử dụng các tỉ lệ tác nhân alkyl hóa khác nhau thì sản phẩm thu được có nhiệt độ nóng chảy gần như nhau.
- Khi tăng tỉ lệ tác nhân, hiệu suất phản ứng cũng tăng. Đến một mức nhất tỉ lệ 50:1, dù có thêm tác nhân thì hiệu suất phản ứng cũng không tăng lên.
Từ các nhận xét trên, chúng tôi lựa chọn tỉ lệ ethyl cloroacetat : curcumin là 50:1 để thực hiện phản ứng.
Từ kết quả khảo sát trên chúng tôi đã chọn điều kiện của phản ứng là: - Dung môi phản ứng: aceton
- Tỉ lệ ethyl cloroacetat : curcumin = 50:1 - Thời gian phản ứng 14h
Kết quả
Tính chất sản phẩm:
- Cảm quan: bột kết tinh màu vàng sáng. - Nhiệt độ nóng chảy: 133,8 – 135,3°C.
Hiệu suất phản ứng: phản ứng trong điều kiện thích hợp cho hiệu suất tốt nhất là 60,57%.
- Tiến hành kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm bằng SKLM trên bản mỏng silicagel GF254. Sản phẩm được hòa tan trong dicloromethan để chấm sắc ký. Pha động để chạy sắc ký là hệ dung môi dicloromethan : methanol = 20: 1 và hệ ethylacetat : n-hexan = 7: 3 .Sau khi chạy sắc ký, soi bản mỏng dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm cho một vết gọn, rõ, không có vết phụ. Kết quả: Rf = 0,67 (CH2Cl2 : MeOH = 20:1), Rf = 0,79 (EtOAc :
n-hexan = 7:3)
- Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm tổng hợp được. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy cho thấy sản phẩm có điểm chảy rõ ràng trong khoảng 133,8 – 135,3°C.
3.1.3. Tổng hợp dẫn chất (2-hydroxylethyl)-curcumin (QH-3)
Sơ đồ phản ứng
Tiến hành phản ứng
Đun hồi lưu hỗn hợp của curcumin (1,0 g, 2,71 mmol) trong 80 mL aceton (đã làm khan với kali carbonat khan) và kali carbonat khan (0,8 g, 5,80 mmol) trong một bình cầu hai cổ 250 mL. Thêm dần tác nhân 2-cloroethanol trong quá trình hồi lưu. Theo dõi hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi dicloromethan : methanol = 9:1 để xác định thời gian và tỉ lệ tác nhân phản ứng thích hợp.
Xử lý phản ứng
Cất loại aceton ra khỏi khối phản ứng bằng máy cất quay chân không ở nhiệt độ 50°C.
Sau khi loại dung môi, hỗn hợp được hòa tan vào 200 mL dicloromethan và chuyển vào bình chiết 500 mL. Rửa bằng dung dịch natri hydroxyd 0,1N 3 lần (nước rửa pH=10). Rửa lại pha hữu cơ bằng nước cất cho
đến khi được pH trung tính. Làm khan bằng natri sulfat khan. Lọc qua giấy lọc để loại chất làm khan.
Cất loại toàn bộ dicloromethan, chất rắn được hòa tan hoàn toàn trong 50 mL ethanol nóng (60°C) trong bình nón. Thêm từ từ diethyl ether cho đến khi xuất hiện tủa. Làm lạnh dung dịch bằng nước đá, chờ cho tủa hoàn toàn và lọc thu lấy phần chất rắn.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát tỉ lệ 2-cloroethanol : curcumin. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.5
Bảng 3. 5. Kết quả khảo sát tỉ lệ 2-cloroethanol : curcumin
STT Tỉ lệ 2-cloroethanol : curcumin Thời gian (h) KLSP (g) Hpư (%) T°nc (°C) 1 30:1 24 0,13 10,51 176,2 – 178,7 2 60:1 24 0,19 15,36 176,0-178,4 3 70:1 24 0,21 16,98 176,0-178,0 4 80:1 24 0,21 16,98 176,0-178,2 Nhận xét:
- Ở các tỉ lệ khảo sát, nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm thu được đều gần như nhau.
- Khi tăng lượng tác nhân, hiệu suất của phản ứng có tăng nhưng tăng chậm. Khi tỉ lệ tác nhân so với curcumin tăng đến 70:1 thì hiệu suất không tăng thêm.
Từ đó chúng tôi chọn tỉ lệ 2-cloroethanol : curcumin là 70:1 để tiến hành phản ứng.
Kết quả
Tính chất sản phẩm:
- Cảm quan: bột vô định hình màu vàng nâu. - Nhiệt độ nóng chảy: 176,0 – 178,0°C.
Hiệu suất phản ứng: phản ứng trong điều kiện thích hợp cho hiệu suất tốt nhất là 16,98%.
Độ tinh khiết:
- Tiến hành kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm bằng SKLM trên bản mỏng silicagel GF254. Sản phẩm được hòa tan trong dicloromethan để chấm sắc ký. Pha động để chạy sắc ký là hệ dung môi dicloromethan : methanol = 9: 1 và hệ ethylacetat : n-hexan = 7: 3. Sau khi chạy sắc ký, soi bản mỏng dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm các chất thử đều cho một vết gọn, rõ, không có vết phụ. Kết quả Rf = 0,67 (CH2Cl2 : MeOH = 9:1), Rf = 0,18 (EtOAc : n-hexan = 7:3).
- Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm tổng hợp được. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy cho thấy sản phẩm có điểm chảy rõ ràng trong khoảng 176,0 – 178,0°C.
3.1.4. Tóm tắt kết quả tổng hợp hóa học
Kết thúc các phản ứng tổng hợp hóa học thu được 3 sản phẩm tương ứng với 3 quá trình alkyl hóa bằng các tác nhân 2-cloroethanol, methyl cloroacetat và ethyl cloroacetat. Các tính chất cơ bản của các sản phẩm được trình bày trong Bảng 3.6.
Bảng 3. 6. Tóm tắt kết quả tổng hợp hóa học
Tên
chất Cảm quan T°nc (°C) Rf Dung môi khai triển
Hpư