Sau phản ứng, pravadoline thô đƣợc tách khỏi chất lỏng ion theo quy trình đã giới thiệu ở phần thực nghiệm. Độ tinh khiết của tất cả các mẫu thí nghiệm chƣa qua tinh chế đƣợc kiểm tra sơ bộ bằng sắc ký bản mỏng với pha động là ethylacetate đều cho kết quả giống nhau với vết sản phẩm có hệ số Rf ~ 0.4 rõ nét dƣới tia UV 254 nm. Trong khi đó, SPTG (Rf ~ 0.5) cũng nhƣ acyl chloride và acid (Rf > 0.6) xuất hiện khá mờ và gần nhƣ không đáng kể. Hơn nữa, với kết quả phân tích 1H-NMR và 13C-NMR xác nhận cấu trúc pravadoline và clo-pravadoline, độ tinh khiết của các sản phẩm thô đƣợc dự đoán có thể đạt trên 90%.
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát độ tinh khiết của pravadoline thô ở các bước sóng UV khác nhau trong phân tích HPLC/UV.
Bƣớc sóng UV (nm) 254 280 365
Speak (sản phẩm) 4601 6664 1563
Speak 4805 6960 1631
Độ tinh khiết (%) 95.75 95.75 95.84
Độ tinh khiết của pravadoline và clo-pravadoline đƣợc xác định bằng phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC/UV tại trung tâm phân tích Hoàn Vũ và phòng TN của trƣờng ĐH Bách Khoa Tp. HCM. Chúng tôi đã khảo sát sự phụ thuộc của độ tinh khiết sản phẩm vào bƣớc sóng UV áp dụng trong quá trình phân tích. Kết quả cho thấy, với ba bƣớc sóng phổ biến trong phƣơng pháp HPLC/UV bao gồm 254, 280 và 365 nm, độ tinh khiết của mẫu thay đổi không đáng kể (Bảng 3.14). Dễ dàng nhận thấy rằng sản phẩm và một số tạp chất chính có phổ hấp thu UV tƣơng tự nhau là nguyên nhân dẫn đến sự không khác biệt này (Hình 3.26). Bƣớc sóng 280 nm đƣợc chọn để thực hiện các phân tích HPLC/UV cho các mẫu pravadoline tiếp theo. Nhìn chung, sản phẩm đƣợc tổng hợp ở điều kiện gia nhiệt và vi sóng đều đạt độ tinh khiết khoảng 95% (Bảng 3.15).
Hình 3.26 Phổ hấp thu UV của pravadoline (a) và môt tạp chất (b).
Để nâng cao giá trị của sản phẩm pravadoline thu đƣợc từ nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm lên khoảng 98%. Tuy nhiên, chúng tôi không tiến hành tinh chế bằng phƣơng pháp sử dụng sắc ký cột truyền thống do phƣơng pháp này đòi hỏi phải sử dụng một lƣợng dung môi lớn cũng nhƣ quá trình tinh chế sẽ phức tạp tốn kém. Dĩ nhiên sản phẩm này vẫn có thể đƣợc tinh chế bằng phƣơng pháp sắc ký cột. Thực tế, sắc ký cột chỉ nên là biện pháp tinh chế đƣợc lựa chọn sau cùng nếu bằng những phƣơng pháp khác không đạt đƣợc hiệu quả tinh chế sản phẩm đặt ra ban đầu. Trong nghiên cứu này, phƣơng pháp kết tinh lại để tinh chế sản phẩm pravadoline đã đƣợc nghiên cứu sử dụng.
Sau khi khảo sát sơ bộ độ tan của pravadoline trong các dung môi khác nhau, cyclohexane là dung môi đáp ứng đƣợc những yêu cầu cho quá trình kết tinh lại. Thật vậy, khả năng hòa tan sản phẩm thay đổi rõ rệt khi tăng nhiệt độ từ 30 oC lên 77 oC (nhiệt độ sôi của cyclohexane) và các tạp chất không mong muốn từ phản ứng phụ polymer hóa indole không tan trong dung môi này. Do đó, cyclohexane đƣợc sử dụng để thực hiện quá trình kết tinh lại nhằm tăng độ tinh khiết của pravadoline.
Với quy trình đƣợc giới thiệu ở phần thực nghiệm, hiệu suất kết tinh lại đạt 75% và độ tinh khiết đƣợc xác định bằng phƣơng pháp HPLC/UV đạt 98% (tại bƣớc sóng 280 nm). Nhƣ vậy, hiệu suất toàn bộ quá trình phản ứng acyl hóa tổng hợp và tinh chế pravadoline từ 0.5 mmol SPTG trong dung môi [Bmim]PF6 đạt khoảng 70%.
Bảng 3.15 Độ tinh khiết của các mẫu sản phẩm pravadoline và clo-pravadoline thô theo kết quả phân tích HPLV/UV.
Pravadoline tổng hợp trong điều kiện gia nhiệt thông thƣờng
Mẫu 1 2 3
Speak (sản phẩm) 6664 18917 24331
Speak 6960 19904 25357
Độ tinh khiết (%) 95.75 95.04 95.95
Pravadoline tổng hợp trong điều kiện vi sóng
Mẫu 1 2 3
Speak (sản phẩm) 17165 22724 23471
Speak 16122 23923 24652
Độ tinh khiết (%) 93.92 94.99 95.21
Cl-pravadoline tổng hợp trong điều kiện vi sóng
Mẫu 1 2 3
Speak (sản phẩm) 43800 19850 15496
Speak 45871 20508 16494
Bảng 3.16 Kết quả khảo sát độ tan của pravadoline trong những dung môi khác nhau.
Dung môi (a) Nhiệt độ sôi (oC) 30 oC Nhiệt độ sôi của dung môi
n-Hexane 69 - + Cyclohexane 80 + +++ Diethyl ether 34 + x Carbon tetrachloride 61 ++ +++ Ethyl acetate 78 +++ x Acetone 58 +++ x Nƣớc 100 - -
Trong đó, - : không tan; +: ít tan; ++: tan vừa phải; +++: tan hoàn toàn; x: không khảo sát.
(a)
Thí nghiệm đƣợc thực hiện với 0.1 g pravadoline và tối đa 10 ml dung môi.
Bảng 3.17 Hiệu suất quá trình kết tinh lại (bằng dung môi cyclohexane) và độ tinh khiết của pravadoline sau khi tinh chế.
Mẫu 1 2 3
Khối lƣợng (g) 0.1011 0.1005 0.0982
Độ tinh khiết ban đầu (%) 94.99 95.04 93.92
Khối lƣợng sau kết tinh lại (g) 0.0748 0.0773 0.0727 Hiệu suất kết tinh lại (%) 73.99 76.92 74.03
Speak (sản phẩm) 27382 34153 23393
Speak 27862 34666 23971
PHẦN 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu đã hoàn thành mục tiêu ban đầu của đề tài luận văn thạc sĩ về quy trình tổng hợp các chất lỏng ion họ imidozolium và tổng hợp pravadoline trong điều kiện gia nhiệt thƣờng và có sự hỗ trợ của vi sóng. Cụ thể, việc thực hiện đề tài đã đạt đƣợc các kết quả sau đây:
Điều chế chất lỏng ion
Điều chế đƣợc 3 loại chất lỏng ion 1-alkyl-3-imidazolium bromide (3 nhóm alkyl khác nhau bao gồm n-butyl, n-hexyl và n-octyl) từ 1- methylimidazole và alkyl bromide với hiệu suất trên 90% có sự hỗ trợ của vi sóng giúp rút ngắn thời gian phản ứng so với phƣơng pháp truyền thống. Nghiên cứu còn cho thấy chiều dài nhóm alkyl càng tăng thì tốc độ phản ứng N-alkyl hóa hình thành chất lỏng ion càng chậm.
Điều chế đƣợc 3 loại chất lỏng ion 1-alkyl-3-imidazolium hexafluorophos-phate (3 nhóm alkyl khác nhau bao gồm n-butyl, n-hexyl và n- octyl) bằng phản ứng trao đổi anion của chất lỏng ion gốc bromide và HPF6 trong pha nƣớc. Khi tăng chiều dài của nhóm alkyl, hiệu suất tổng hợp chất lỏng ion càng tăng.
Tổng hợp sản phẩm trung gian 1–(2–(N–morpholino)ethyl)–2–methylindole
Từ kết quả của nghiên cứu đã thực hiện trƣớc đây, sản phẩm trung gian đƣơc tổng hợp đạt hiệu suất khoảng 92% và độ tinh khiết là 93% với tỷ lệ mol 2-methylindole : 1-(N-morpholino)-2-chloroethane hydrochloride = 1.0 : 3:0, tỷ lệ mol 2-methylindole : KOH = 1.0 : 8.0 và tỷ lệ dung môi [Bmim]PF6 : 2-methylindole = 40.0 : 1.0 trong thời gian 8 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau quá trình kết tinh lại, độ tinh khiết của sản phẩm có thể đạt trên 95% để phục vụ cho phản ứng hình thành pravadoline ở giai đoạn thứ hai.
Khảo sát phản ứng tổng hợp pravadoline ở điều kiện gia nhiệt thông thường
Sau quá trình khảo sát điều kiện phản ứng và dung môi trích ly sản phẩm ra khỏi hỗn hợp phản ứng, phản ứng đạt hiệu suất cô lập sản phẩm thô là 94.07 % đƣợc thực hiện dƣới khí quyển argon ở 150 oC trong 20 phút với tỷ lệ mol 4-CH3OC6H4COCl : SPTG = 2.0 : 1.0, dung môi : SPTG = 40 : 1 và sử dụng toluene để trích ly sản phẩm.
Chất lỏng ion đƣợc thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà hiệu quả không giảm đáng kể. Sau lần sử dụng thứ 6, hiệu suất tổng hợp pravadoline vẫn đạt khoảng 86%.
Quy mô phản ứng đƣợc tăng lên 6 lần để tổng hợp khoảng 1 gam pravadoline dựa vào quy trình đã giới thiệu ở phần thực nghiệm kèm theo các kết quả phân tích xác định cấu trúc sản phẩm nhƣ NMR, MS.
Khảo sát phản ứng tổng hợp pravadoline ở điều kiện gia nhiệt có sự hỗ trợ của vi sóng
Phản ứng điều chế pravadoline tiếp tục đƣợc chúng tôi thực hiện trong điều kiện chiếu xạ vi sóng ở công suất 400 W trong thời gian 1 phút với dung môi [Bmim]PF6 sử dụng tỷ lệ mol 4-CH3OC6H4COCl : SPTG = 2.5 : 1.0, tỷ lệ mol chất lỏng ion: SPTG = 40 : 1. Sau khi phản ứng kết thúc, sản phẩm đƣợc tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng theo quy trình đã trình bày trong phần thực nghiệm. Ở điều kiện tiến hành phản ứng vừa nêu, hiệu suất tổng hợp sản phẩm là 94% tƣơng tự điều kiện gia nhiệt thông thƣờng nhƣng thời gian phản ứng đƣợc rút ngắn đáng kể.
Khả năng thu hồi và tái sử dụng chất lỏng ion cũng đƣợc khảo sát thành công với 5 lần sử dụng chất lỏng ion [Bmim]PF6 cho phản ứng và hiệu suất đạt 90% ở lần thứ 5.
Tổng hợp thêm dẫn xuất khác của pravadoline, (4-chlorophenyl)(2- methyl-1-(2-(4-morpholinyl)ethyl)-1H-indol-3-yl)methanone với hiệu suất 94% ở điều kiện phản ứng nhƣ trên kèm theo theo các kết quả phân tích xác định cấu trúc sản phẩm mới nhƣ NMR, MS.
Sản phẩm pravadoline thô có độ tinh khiết khoảng 95% (theo phƣơng pháp HPLC/UV). Độ tinh khiết của sản phẩm đƣợc nâng lên 98% sau quá trình kết tinh lại bằng dung môi cyclohexane.
Kết quả nghiên cứu đƣợc công bố trên hai tạp chí, bao gồm:
Phan Thanh Sơn Nam, Lê Vũ Hà, Châu Ngọc Đỗ Quyên, „Microwave- assisted synthesis of pravadoline in ionic liquids as green solvents‟, Tạp Chí Hóa Học, 2011, 49, 500-506.
Phan Thanh Sơn Nam, Lê Vũ Hà, „Pravadoline synthesis using an imidazolium-based ionic liquid as a green solvent‟, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ Đại học Quốc gia Tp. HCM, đã đƣợc chấp nhận.
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate là một dung môi hữu hiệu và đầy tiềm năng ứng dụng ở quy mô lớn hơn cho quy trình tổng hợp pravadoline. Ngoài ra, ƣu điểm nổi bật của dung môi này còn thể hiện ở khả năng thu hồi và tái sử dụng nhiều lần cho phản ứng mà vẫn duy trì đƣợc hiệu suất tổng hợp cao. Nhóm nghiên cứu kiến nghị tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu sử dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh để tổng hợp các hợp chất khác thuộc họ dƣợc phẩm aminolalkylidole có giá trị cao trong y học.
4 TÀI LIỆU THAM KHẢO
(1) P. H. Reggio, Ed. The Cannabinoid Receptors, Hummana Press, 2009, 400. (2) V. Kumar, M. D. Alexandera, M. R. Bella, M. A. Eissenstata, F. M. Casianob, S. M. Chipparib, D. A. Haycockb, D. A. Luttingerb, J. E. Kusterb, M. S. Millerb, J. I. Stevensonb and S. J. Wardb, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (1995), 5, 381.
(3) T. E. D'Ambra, United States Patent Databases (1998), Patent number: 5,817,651,
(4) M. R. Bell, United States Patent Databases (1990), Patent number: 4,978,664,
(5) R. A. Sheldon, I. Arends and U. Hanefeld, Green Chemistry and Catalysis, WILEY-VCH, (2007); 447.
(6) T. Welton, Coordination Chemistry Reviews (2004), 248, 2459.
(7) P. Wasserscheid and A. Stark, Eds., Green Solvent - Volume 6: Ionic Liquids, 2010.
(8) H. Weingärtner, Angewandte Chemie International Edition (2008), 47, 654. (9) K. S. Yeung, M. E. Farkas, Z. Qiu and Z. Yang, Tetrahedron Letters (2002),
43, 5793.
(10) Y. Hosohata, R. M. Quock, K. Hosohata, A. Makriyannis and P. Consroe,
European Journal of Pharmacology (1997), 321, R1.
(11) B. Das, R. Pal, J. Banerjee, G. Mahender, H. Holla and K. Venkateswarlu,
Indian Journal of Chemistry (2005), 44, 198.
(12) V. F. D. Álvaro, A. F. Brigas, E. G. Derouane, J. P. Lourenço and B. S. Santos, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2009), 305, 100.
(13) M. N. Ibrahim, E-Journal of Chemistry (2007), 4, 415.
(14) M. A. Eissenstat and J. D. Weaver, Tetrahedron Letters (1995), 36, 2029. (15) A. Arcadi, S. Cacchi, V. Carniceili and F. Marinell, Tetrahedron (1994), 50, 437.
(16) G. A. Sheldon, Green Chemistry (2005), 7, 267.
(17) M. J. Earle and Kenneth R. Seddon, Pure and Applied Chemistry (2000), 72, 1391.
(18) P. T. Anastas, I. J. Levy and K. E. Parent, Eds., Green Chemistry Education - Changing the Course of Chemistry, ACS Symposium series, American Chemical Society, Washington, DC, 2009, Vol. 1011, 224.
(19) F. M. Kerton, Ed. Alternative Solvents for Green Chemistry, RSC Green Chemistry Book Series, RSC Publishing, 2009, 238.
(20) R. Sheldon, Chemical Communication (2001), 2399.
(21) P. Wasserscheid and T. Welton, Eds., Ionic Liquids in Synthesis, WILEY- VCH, 2002, 381.
(22) N. Jain, A. Kumar, S. Chauhan and S. M. S. Chauhan, Tetrahedron (2005),
61, 1015.
(23) C. Chiappe and D. Pieraccini, Journal Of Physical Organic Chemistry
(2005), 18, 275.
(24) S. Sowmiah, V. Srinivasadesikan, M.-C. Tseng and Y.-H. Chu, Molecules
(2009), 14, 3780.
(25) R. Hagiwara and Y. Ito, Journal of Fluorine Chemistry (2000), 105, 221. (26) P. Wasserscheid and W. Keim, Angewandte Chemie International Edition
(2000), 39, 3772
(27) R. S. Varma and V. V. Namboodiri, Chemical Communication (2001), 643. (28) D. Zhao, M. Wu, Y. Kou and E. Min, Catalysis Today (2002), 74, 157. (29) Z. Yang and W. Pan, Enzyme and Microbial Technology (2005), 37, 19. (30) U. Kragl, M. Eckstein and N. Kaftzik, Chemical biotechnology (2002), 13, 565.
(31) M. Koel, Ed. Ionic Liquids in Chemical Analysis, Analytical Chemistry Series, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2009, 456.
(32) P. Kubisa, Progress in Polymer Science (2009), 34, 1333.
(34) V. I. Parvulescu and C. Hardacre, Chemical Reviews (2007), 107, 2615. (35) Z. C. Zhang, Advances in Catalysis (2006), 49, 153.
(36) M. H. G. Prechtl, J. D. Scholten and J. Dupont, ISBN: 978-953-307-248-7, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/articles/show/title/palladium- nanoscale-catalysts-in-ionic-liquids-coupling-and-hydrogenation-reactions (2011), (37) J. Tsuji, Palladium Reagents and Catalysts—New Perspectives for the 21st Century, John Wiley & Sons, (2004).
(38) I. P. Beletskaya and A. V. Cheprakov, Chemical Reviews (2000), 100, 3009. (39) S. Bouquillon, B. Ganchegui, B. Estrine, F. Hénin and J. Muzart, Journal of Organometallic Chemistry (2001), 634, 153.
(40) J. Durand, E. Teuma, F. Malbosc, Y. Kihn and M. Gomez, Catalysis Communications (2008), 9, 273.
(41) J. S. Yadav, B. V. S. Reddy and D. Gnaneshwar, New Journal of Chemistry
(2003), 27, 202.
(42) B. Ganchegui, S. Bouquillon, F. Hénin and J. Muzart, Tetrahedron Letters
(2002), 43, 6641.
(43) H. Vallette, S. Pican, C. Boudou, J. Levillain and A. C. Gaumont,
Tetrahedron Letters (2006), 47, 5191.
(44) A. Wolfson, S. Wuyts, D. E. D. Vos, I. F. J. Vankelecom and P. A. Jacobs,
Tetrahedron Letters (2002), 433, 8107.
(45) C. Hou, R. Qu, C. Sun, C. Ji, C. Wang, L. Ying, Nan Jiang, F. Xiu and L. Chen, Polymer (2008), 49, 3424.
(46) H. O. Bourbigou, L. Magna and D. Morvan, Applied Catalysis A: General
(2010), 373, 1.
(47) H. Chen, Y. Liang, M. Wang, P. Lv and Y. Xuan, Chemical Engineering Journal (2009), 147, 297.
(48) R. Marcilla, M. d. Geus, D. Mecerreyes, C. J. Duxbury, C. E. Koning and A. Heise, European Polymer Journal (2006), 42, 1215.
(49) S. H. Ha, M. N. Lan, S. H. Lee, S. M. Hwang and Y.-M. Koo, Enzyme and Microbial Technology (2007), 41, 480.
(50) S. Araia, K. Nakashimab, T. Taninoc, C. Oginoa, A. Kondoa and H. Fukuda,
Enzyme and Microbial Technology (2010), 46, 51.
(51) J. F. Brennecke, R. D. Rogers and K. R. Seddon, Eds., Ionic Liquids IV - Not Just Solvents Anymore, ASC Symposium Series, American Chemical Society, Washington, DC, 2007, Vol. 975, 429.
(52) A. R. Hajipour, L. Khazdooz and A. E. Ruoho, Catalysis Communications
(2008), 9, 89.
(53) J. G. Frick and R. J. Harper, Journal of Applied Polymer Science (1984), 29, 1433.
(54) W. G. Sumpter and F. M. Miller, Eds., Chemistry of Heterocyclic Compounds - Indole, John Wiley & Sons, Inc., 2008, 1.
(55) X. D. Qian, Y. W. Long, L. S. Ping, W. B. Tao, W. Jian and X. Z. Yuan,
European Journal of Organic Chemistry (2007), 2007, 1007.
(56) K.-i. Shimizu, M. Miyagi, T. Kan-no, T. Kodama and Y. Kitayama,
Tetrahedron Letters (2003), 44, 7421.
(57) B. C. Ranu and S. Banerjee, Organic Letters (2005), 7, 3049.
(58) D. Yin, C. Li, L. Tao, N. Yu, S. Hua and D. Yin, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2006), 245, 260.
(59) K. Bica and P. Gaertner, Organic Letters (2006), 8, 733.
(60) J.-M. Xu, W.-B. Wu, C. Qian, B.-K. Liu and X.-F. Lin, Tetrahedron Letters
(2006), 47, 1555.
(61) Y. Jiang, C. Guo, H. Xia, I. Mahmood, C. Liu and H. Liu, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic (2009), 58, 103.
(62) T. Sasaki, M. Tada, C. Zhong, T. Kume and Y. Iwasawa, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2008), 279, 200.
(63) Burrows, Chemistry - Chapter 20 Halogenoalkanes: substitution and elimination reactions, Oxford University Press, (2011).
(64) M. Deetlefs and K. R. Seddon, Green Chemistry (2003), 5, 181.
(65) B. M. Khadilkar and G. L. Rebeiro, Organic Process Research & Development (2002), 6, 826.
(66) J.-M. Leveque, J. Estager, M. Draye, G. Cravotto, L. Boffa and W. Bonrath,
Monatshefte fur Chemie (2007), 138, 1103.
(67) F. Guenadil, H. Aichaoui, D. M. Lambert, C. R. McCurdy and J. H. Poupaert, Letters in Organic Chemistry (2008), 5, 665.
(68) J. A. Melero, R. v. Grieken, G. Morales and V. Nuño, Catalysis Communications (2004), 5, 131.
(69) D. O. Jang, K. S. Moon, D. H. Choa and J.-G. Kim, Tetrahedron Letters
(2006), 47, 6063.
(70) J. E. Taylor, M. D. Jones, J. M. J. Williams and S. D. Bull, Organic Letters
(2010), 12, 5740.
(71) B. S. Lennon and V. R. Stimson, Journal of the American Chemical Society
(1969), 91, 7562.
(72) D. Billaud, E. B. Maarouf and E. Hannecart, Synthetic Metals (1995), 69, 571.
(73) S. V. Dzyuba and R. A. Bartsch, CHEMPHYSCHEM (2002), 3, 161.
(74) M. Chen, D. Li, Y. Luo, M. He, J. Xie, H. Li and X. Yuan, Journal of Industrial and Engineering Chemistry (2011), 17, 14.
(75) A. Kamal and A. A. Qureshi, Tetrahedron (1963), 19, 513.
(76) O. v. Ottoni, A. l. d. V. F. Neder, A. K. B. Dias, R. P. A. Cruz and L. g. B. Aquino, Organic Letters (2000), 3, 1005.
(77) H. L. Youmans, J. B. Rush and V. H. Brown, Journal of Heterocyclic Chemistry (1976), 13, 949.
(78) O. Soylu, S. Uzun and M. Can, Colloid & Polymer Science (2011), 289, 903.
(79) C. Wakai, A. Oleinikova, M. Ott and H. Weingartner, The Journal of Physical Chemistry B (2005), 109, 17028.
(80) R. G. d. Noronha, A. C. Fernandes and C. C. Romão, Tetrahedron Letters
(2009), 50, 1407.
(81) L. T. L. Nguyen, C. V. Nguyen, G. H. Dang, K. K. A. Le and N. T. S. Phan,