Cho vào bình cầu 1 cổ, dung tích 100ml: 3,0g (10,75 mmol) nguyên liệu
10 và 36,0ml nitrobenzen. Khuấy cho tan hết. Sau đó, thêm vào bình cầu 3,6g (26,96 mmol) AlCl3 khan, hỗn hợp đƣợc đun trong khoảng 4h ở nhiệt độ 100- 130oC.
Sau khi phản ứng kết thúc: Khảo sát phƣơng pháp tinh chế sản phẩm 11
theo hai phƣơng pháp của các tác giả L. Bernardi và cộng sự (1970) [12], H. Bretscheneider và cộng sự (1973) [49] và cải tiến các phƣơng pháp trên. Sau khi tìm đƣợc phƣơng pháp tinh chế sản phẩm, tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất phản ứng chuyển vị: xúc tác, nhiệt độ và t lệ mol diacyl 10 so với xúc tác.
3.1.3.1. Khảo át phương pháp tinh chế sản phẩm
Phương pháp 1: phương pháp của tác giả L. Bernardi và cộng sự:
Tiến hành: Sau khi phản ứng kết thúc, làm lạnh bình cầu về dƣới 10oC và thêm 34,0ml nƣớc vào. Thêm dần dần 5,5g natri carbonat vào hỗn dịch trên, khuấy. Sau đó tách nitrobenzen bằng cất kéo hơi nƣớc. Nhôm hydroxyd dạng gel đƣợc lọc nóng và dạng đóng bánh đƣợc hấp thụ vào nƣớc vài lần, lọc thu dịch. Rửa tủa với dd HCl. Dịch lọc kết hợp với nƣớc rửa HCl đƣợc chiết với ethyl acetat (3 lần, mỗi lần 10,0ml). Làm khan pha dung môi với Na2SO4
khan. Cất thu hồi ethyl acetat thu đƣợc 5,3g siro. Không kết tinh đƣợc sản phẩm 11.
30
Nhận xét:
Khi thực hiện theo phƣơng pháp này, rất khó cất kéo hơi nƣớc để thu hồi nitrobenzen trong hỗn dịch chứa tủa keo nhôm hydroxyd đó. Cách này mất rất nhiều thời gian và sản phẩm vẫn lẫn nitrobenzen.
Khó lọc tủa nhôm hydroxyd dạng keo.
Không kết tinh đƣợc sản phẩm 11.
Phương pháp 2: Cải tiến phương pháp của tác giả tác giả B. Luigi và cộng
sự:
Tiến hành: Dựa theo phƣơng pháp 1, lọc loại bỏ tủa keo nhôm hydroxyd trƣớc khi cất kéo hơi nƣớc loại nitrobenzen.
Nhận xét:
Rất khó lọc tủa nhôm hydroxyd dạng keo, sản phẩm lẫn theo tủa mất đi nhiều, thời gian lọc rất lâu.
Cất kéo hơi nƣớc để thu hồi nitrobenzen đã dễ hơn nhƣng sản phẩm vẫn bị lẫn nitrobenzen.
Khó kết tinh đƣợc sản phẩm 11.
Phương pháp 3: Phương pháp của tác giả H. Bretscheneider và cộng sự:
Tiến hành: Hỗn hợp phản ứng đƣợc làm lạnh đến nhiệt độ phòng, thêm 5,7 ml HCl đặc và 57,0g nƣớc đá. Lớp nitrobenzen đƣợc tách ra. Pha nƣớc đƣợc chiết với 200,0ml ethyl acetat. Thu lấy pha hữu cơ. Chiết pha hữu cơ với dd NaOH 2N (lần 1 với 11,5ml, lần 2 với 3ml). Sau đó điều chỉnh pH về 1 bằng HCl đặc.
Nhận xét :
Nitrobenzen và nhôm clorid đã đƣợc loại dễ dàng hơn, không tốn năng lƣợng trong việc lọc và cất kéo hơi nƣớc.
31
Phương pháp 4 : Cải tiến phương pháp của tác giả H. Bretscheneider và
cộng sự :
Tiến hành : Hỗn hợp phản ứng đƣợc làm lạnh, thêm 60,0ml nƣớc đá. Khuấy trong 15 phút tạo hỗn dịch. Thêm tiếp 6,0ml HCl đặc. Khuấy trong 30 phút. Chiết hỗn hợp 2 lần bằng ethyl acetat (lần 1 với 100,0ml, lần 2 với 70,0ml). Thu lấy dịch chiết pha hữu cơ. Chiết pha hữu cơ bằng NaOH 2N hai lần (lần 1 11,0ml, lần 2 3,0ml). Thu lấy dịch chiết pha nƣớc. Loại nitrobenzen còn lẫn trong pha nƣớc bằng 30,0 ethyl acetat. Sau đó pha nƣớc đƣợc làm lạnh về 5oC và đƣợc điều chỉnh về pH 1 bằng HCl đặc. Để lạnh 2h, 11 bắt đầu kết tinh. Lọc, rửa với nƣớc lạnh thu đƣợc tủa 11. Sấy khô tủa thu đƣợc hợp chất 11. Nhiệt độ nóng chảy 146-148oC.
Nhận xét :
Đã loại đƣợc hoàn toàn nitrobenzen và nhôm clorid, không tốn năng lƣợng trong việc lọc và cất kéo hơi nƣớc.
Đã kết tinh đƣợc sản phẩm 11 tinh khiết.
Do vậy, phƣơng pháp 4 đƣợc lựa chọn để tinh chế thu sản phẩm. - Kiểm tra độ tinh khiết 11 bằng sắc ký lớp mỏng :
32
Nhận xét: Kết quả cho thấy sản phẩm tạo thành cho một vết tròn có Rf là 0,88 so với Rf của nguyên liệu là 0,61. Nhƣ vậy sản phẩm thu đƣợc đã loại bỏ hoàn toàn nguyên liệu và không có tạp.
3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng
Để khảo sát ảnh hƣởng của chất xúc tác tới phản ứng chuyển vị, thực hiện phản ứng theo quy trình trên, sử dụng các điều kiện xúc tác khác nhau: nhôm clorid khan/nitrobenzen, nhôm clorid khan trực tiếp [51]. Lƣợng nguyên liệu 10 sử dụng là 1,5g. Nhiệt độ phản ứng là 130-135oC. Thời gian phản ứng là 4h.
Với phản ứng có dung môi:
Tiến hành phản ứng nhƣ trên với lƣợng xúc tác: 1,8g nhôm clorid khan; 18,0ml nitrobenzen.
Tinh chế: Theo phƣơng pháp 4 đƣợc chọn ở trên.
Kết quả:
Thu đƣợc 0,5g sản phẩm 11
Nhiệt độ nóng chảy: 146-148oC
Hiệu suất: 35%
Với phản ứng không có dung môi:
Tiến hành phản ứng: Đun bình cầu 1 cổ chứa 1,5g nguyên liệu 10 và 1,8g
nhôm clorid khan.
Tinh chế: Sau khi kết thúc phản ứng, thêm 28,0g nƣớc đá, khuấy đều. Thêm tiếp 2,9ml HCl đặc, khuấy trong 15 phút. Chiết dung dịch thu đƣợc 3 lần với ethyl acetat (mỗi lần 20,0ml), thu lấy pha hữu cơ. Chiết pha hữu cơ 2 lần với dd NaOH 2N (lần 1 6,0ml, lần 2 với 2,0ml). Thu pha nƣớc. Pha nƣớc đƣợc làm lạnh về 5o
C và đƣợc điều chỉnh về pH 1 bằng HCl đặc thu đƣợc tủa. Sấy khô tủa thu đƣợc hợp chất 11.
33
Thu đƣợc 0,3 gam sản phẩm 11
Nhiệt độ nóng chảy: 146-148oC
Hiệu suất: 21,06%
Các kết quả khảo sát trên cho thấy, dung môi có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu suất phản ứng. Dung môi nitrobenzen đóng vai trò hòa tan xúc tác và nguyên liệu phản ứng, làm tăng hiệu suất phản ứng. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn phản ứng có dung môi cho khảo sát tiếp theo.
3.1.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Để đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất phản ứng, các thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ trên với các thông số sau:
- Xúc tác: nhôm clorid khan. - Dung môi: nitrobenzen.
- T lệ mol 10: nhôm clorid = 1/2,5. Khối lƣợng diacyl 10 sử dụng là 1,5g. - Thời gian: 4h.
- Khoảng nhiệt độ phản ứng khảo sát là: 100, 115, 130, 145, 155oC (±3oC). Kết quả đƣợc trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất
phản ứng chuyển vị
Nhận xét: Kết quả thu đƣợc cho thấy, khi tăng nhiệt độ phản ứng, hiệu suất tăng nhanh. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ phản ứng lên trên 145oC hiệu
STT t o phản ứng (o C) KL sản phẩm (g) Hiệu suất (%) t o nc (oC) 1 100 0,30 21,12 146-148 2 115 0,44 30,99 144-146 3 130 0,62 43,66 145-146 5 145 0,45 31,69 146-147 6 155 0,26 18,31 146-148
34
suất phản ứng giảm mạnh. Do vậy, nhiệt độ khoảng 130oC là thích hợp cho phản ứng chuyển vị và cho hiệu suất lớn nhất là 43,66%.
3.1.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác đến hiệu suất phản ứng
Để khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng nguyên liệu 10 so với lƣợng xúc tác cần dung tới phản ứng chuyển vị, thực hiện phản ứng theo quy trình trên. Lƣợng nguyên liệu 10 sử dụng là 1,5g. Nhiệt độ phản ứng là khoảng 130oC. Thời gian phản ứng là 4h. Với các các t lệ mol 10: AlCl3 khan=1/1,5; 1/1,75; 1/2; 1/2,25; 1/2,5; 1/2,75; 1/3.
Kết quả nhƣ bảng sau:
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của t lệ lượng nguyên liệu 10 so với
lượng chất xúc tác cần dùng đến hiệu suất phản ứng chuyển vị
Nhận xét: Khi tăng dần t lệ mol giữa nhôm clorid với 10, hiệu suất phản ứng tăng nhanh. T lệ AlCl3 : 10 =2,75/1 hiệu suất đạt cao nhất. Khi tăng t lệ này lên hiệu suất cũng không thay đổi đáng kể. Mặt khác, càng tăng lƣợng nhôm clorid khan thì quá trình tinh chế càng phức tạp. Do vậy, t lệ mol hợp chất 10/ nhôm clorid khan=1/2,75 cho hiệu suất phản ứng tốt nhất.
STT T lệ mol hợp chất 10 : AlCl3 KL sản phẩm (g) Hiệu suất phản ứng (%) Nhiệt độ n ng chả o C) 1 1/1,50 0,31 21,83 145-147 2 1/1,75 0,36 25,35 146-147 3 1/2,00 0,40 28,17 144-147 4 1/2,25 0,46 32,39 143-146 5 1/2,50 0,62 43,66 145-146 6 1/2,75 0,72 50,70 146-147 7 1/3,00 0,71 50,00 146-148
35
Qua khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng tổng hợp 11 từ diacyl
10, thu đƣợc các thông số của phản ứng cho hiệu suất phản ứng cao nhất (50,70%):
- Xúc tác cho phản ứng: nhôm clorid khan/nitrobenzen. - Nhiệt độ phản ứng: khoảng 130oC
- Thời gian phản ứng: 4h
- T lệ mol hợp chất 10 và nhôm cloridkhan= 1/2,75.
3.1.4. Tổng hợp L-dopa (LD)
Tổng hợp L-dopa từ (3-acetyl-4-hydroxyphenyl)-N-acetyl-L-alanin (11), tiến hành qua hai giai đoạn liên tiếp theo sơ đồ sau:
Sơ đồ 3.1. Tổng hợp L-dopa từ 3-acetyl-4-hydroxyphenyl)-N-acetyl-L-alanin
3.1.4.1. Oxy hóa ß-(3-acetyl-4-hydroxyphenyl)-N-acetyl-L-alanin (11) tạo N-acetyl-L-dopa (12)
Hòa tan 1,5g (5,66 mmol) nguyên liệu 11 trong 13,0ml dung dịch NaOH 1N. Thêm từ từ dung dịch H2O2 7,1% với các lƣợng khác nhau cần khảo sát, phản ứng đƣợc duy trì ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 giờ. Hỗn hợp phản ứng đƣợc acid hóa bằng 2,16ml dd HCl 1N, sau đó đƣợc cất đến kiệt. Chất rắn đƣợc hoà tan với aceton nóng, phần muối vô cơ không tan đƣợc lọc qua phễu lọc thủy tinh. Dịch lọc đƣợc cất đến kiệt một lần nữa thu đƣợc tủa thô 12.
3.1.4.2. Thủy phân N-acetyl-L-dopa tạo L-dopa
Hợp chất 12 đƣợc hòa tan trong 12,0ml hỗn hợp HCl đặc và acid acetic băng với t lệ thể tích CH3COOH băng/HCl đặc = 2/1. Hỗn hợp phản ứng đƣợc đun hồi lƣu ở 118o
36
phần nƣớc sôi. Dung dịch đƣợc thêm 0,1g Na2S2O3 và 0,3g than hoạt để tẩy màu trong vòng 30 phút. Lọc loại bỏ than hoạt, dịch lọc đƣợc làm lạnh ở 0oC và đƣa về pH 5,5 bằng dung dịch NaOH 2N thu đƣợc 1. Tủa thô đƣợc lọc và rửa sạch với nƣớc lạnh, sau đó với aceton. Sản phẩm đƣợc sấy khô trong chân không đến nhiệt độ không đổi. Nhiệt độ nóng chảy 275-276oC.
- Kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm bằng sắc ký lớp mỏng khai triển với hệ dung môi là n-butanol : acid acetic : nƣớc (9 : 2 : 2,5). Hiện màu bằng thuốc thử ninhydrin 0,1%/ aceton. Kết quả đƣợc biểu diễn dƣới hình sau (với NL là vết nguyên liệu 11)
(a) (b)
Hình 3.3. SKLM của phản ứng tổng hợp L-dopa (1)
a) khi soi dưới đèn UV
b) khi phun thuốc thử ninhydrin 0,1%/aceton
Kết quả cho thấy sản phẩm tạo thành cho một vết màu vàng sau khi phun thuốc thử hiện màu có Rf 0,4. Nhƣ vậy có thể kết luận sơ bộ sản phẩm thu đƣợc đã loại bỏ hoàn toàn nguyên liệu.
37
Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng H2O2 sử dụng tới hiệu suất tạo L-dopa thu đƣợc kết quả trong bảng sau:
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng H2O2
Thể tích dd H2O2 7,1% (ml) ƣợng H2O2 (mmol) Thời gian phản ứng (giờ) KL L- dopa (g) Hiệu suất (%) Tonc (oC) 2 15,79 36 0,72 64,5 274-276 3 23,69 30 0,79 70,8 274-276 4 31,59 24 0,93 83,3 275-276 5 39,49 18 0,97 86,9 276-277 6 47,38 17 0,87 77,9 275-277
Nhận xét: Khi tăng lƣợng H2O2 sử dụng, thời gian phản ứng giảm và hiệu suất phản ứng tăng lên. Thể tích dd H2O2 7,1% là 5ml cho hiệu suất phản ứng cao nhất với thời gian hợp lý nhất. Tăng tiếp thể tích này thời gian cũng giảm không đáng kể mà hiệu suất phản ứng giảm xuống. Vậy, thể tích dd H2O2 7,1% thích hợp đƣợc chọn là 5ml.