3.2.1.1. Phản ứng khử hóa với tác nhân khử là khí hydro có xúc tác Pd/C 5%
Sơ đồ phản ứng: đƣợc thể hiện ở hình 3.3.
Hình 3.3. Sơ đồ phản ứng khử hóa curcumin với tác nhân H2/Pd/C
Tiến hành phản ứng:
Hoạt hóa xúc tác: Cho xúc tác Pd/C 5% vào bình cầu ba cổ đáy tròn dung tích 250 ml, thêm 20 ml dung môi, khuấy từ ở nhiệt độ khoảng 0-5oC trong 5 phút, đồng thời sục khí nitơ để đuổi hết không khí trong bình phản ứng. Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) trong 100 ml dung môi, cho dung dịch thu đƣợc vào bình phản ứng trên. Tiếp tục khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng, đồng thời sục khí hydro liên tục trong quá
27
trình phản ứng ở áp suất khí quyển. Theo dõi hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi dicloromethan: methanol = 20:1 để xác định thời gian phản ứng thích hợp.
Xử lý hỗn hợp phản ứng:
Hỗn hợp phản ứng đem lọc hút chân không để loại bỏ xúc tác. Dịch lọc đem cất loại dung môi bằng máy cất quay chân không ở nhiệt độ khoảng 50oC. Tinh chế sản phẩm bằng phƣơng pháp sắc ký cột silica gel với hệ dung môi dicloromethan: methanol = 20:1. Các bƣớc tiến hành sắc ký cột tƣơng tự nhƣ phần 3.1.
Khảo sát phản ứng:
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng, bao gồm dung môi phản ứng và tỷ lệ khối lƣợng xúc tác so với curcumin.
a.Khảo sát dung môi phản ứng
Tiến hành khảo sát với 3 dung môi là MeOH, EtOH tuyệt đối và EtOH 96%. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng bán tổng hơp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là H2/Pd/C
TT Dung môi phản ứng Tỷ lệ KL xt/curcumin (%) KL sp (g) Hpƣ (%) T o nc (oC) 1 MeOH 10 0,65 64,33 95.0 – 98,0
2 EtOH tuyệt đối 10 0,62 61,36 95,0 – 98,0
3 EtOH 96% 10 0,59 58,39 95,0 – 98,5
Nhận xét:
- Với cả ba dung môi sử dụng, nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm thu đƣợc đều phù hợp với nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm dự kiến (Tonc,THC = 95,0 – 97,0oC [18]).
- Dung môi là EtOH 96% cho hiệu suất phản ứng thấp nhất (58,39%). Khi sử dụng dung môi là EtOH tuyệt đối cho hiệu suất phản ứng cao hơn (61,36%).
- Dung môi là MeOH cho hiệu suất phản ứng cao nhất (64,33%). Tuy nhiên, MeOH lại độc hơn nhiều so với EtOH.
28
Từ các dữ liệu trên cho thấy dung môi EtOH có nhiều ƣu điểm hơn, do đó EtOH tuyệt đối đƣợc chọn làm dung môi cho các phản ứng khảo sát tiếp theo.
b. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác đến thời gian và hiệu suất phản ứng
Sau khi chọn đƣợc dung môi thích hợp cho phản ứng là EtOH tuyệt đối, tiếp tục khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ xúc tác đến thời gian và hiệu suất phản ứng. Tiến hành khảo sát với các tỷ lệ khối lƣợng xúc tác là 2%, 5%, 8% và 10% so với curcumin .
Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác đến thời gian và hiệu suất phản ứng bán tổng hợp THC từ curcumin với tác nhân khử là H2/Pd/C
TT KL curcumin (g) KL xt (g) Tỷ lệ KL xt/curcumin (%) tpƣ (h) KL sp(g) Hpƣ (%) T o nc (oC) 1 1,00 0,02 2 24 0,57 56,41 95,0–98,0 2 1,00 0,05 5 18 0,66 65,32 95,0–98,0 3 1,00 0,08 8 15 0,63 62,35 96,0–98,5 4 1,00 0,10 10 12 0,62 61,36 96,0–98,0 Nhận xét:
- Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm thu đƣợc từ các thí nghiệm khảo sát các tỷ lệ xúc tác khác nhau không có sự chênh lệch đáng kể.
- Khi tăng tỷ lệ xúc tác thì thời gian phản ứng giảm, hiệu suất phản ứng cũng thay đổi. Với tỷ lệ xúc tác là 2%, thời gian phản ứng là 24h, hiệu suất phản ứng là thấp nhất (56,41%). Hiệu suất phản ứng đạt đƣợc cao nhất là 65,32% khi tỷ lệ xúc tác là 5%, thời gian phản ứng là 18h. Tiếp tục tăng tỷ lệ xúc tác thì hiệu suất phản ứng giảm.
Từ các dữ liệu trên, chúng tôi lựa chọn tỷ lệ xúc tác là 5%, với thời gian phản ứng là 18h. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ các kết quả khảo sát trên đã thấy rằng, điều kiện thích hợp nhất cho phản ứng khử hóa curcumin với tác nhân là khí hydro có xúc tác Pd/C 5% là:
- Dung môi: Ethanol tuyệt đối - Tỷ lệ khối lƣợng xt/curcumin: 5%
29
- Thời gian phản ứng: 18h.
3.2.1.2. Phản ứng khử hóa với tác nhân kẽm trong môi trường acid
Sơ đổ phản ứng: đƣợc thể hiện ở hình 3.4.
Hình 3.4. Sơ đồ phản ứng khử hóa curcumin với tác nhân Zn/H+
Tiến hành phản ứng:
Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) vào 100 ml EtOH tuyệt đối trong bình cầu ba cổ đáy tròn dung tích 250 ml. Sục nitơ để đuổi hết không khí trong bình phản ứng, thêm acid vào bình phản ứng.
Cân bột kẽm, thêm từ từ vào hỗn hợp phản ứng thành nhiều đợt trong thời gian khoảng 30 phút. Khuấy hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng, duy trì pH acid trong suốt quá trình phản ứng. Theo dõi phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat: n- hexan = 7:3 để xác định thời gian phản ứng thích hợp, so sánh với THC tinh khiết thu đƣợc ở phản ứng khử hóa với tác nhân H2/Pd/C.
Xử lý hỗn hợp phản ứng - Lọc loại chất rắn, thu dịch lọc.
- Trung hòa dịch lọc bằng dung dịch Na2CO3 bão hòa đến pH trung tính, lọc loại tủa.
- Dịch lọc đem cất loại bớt một phần dung môi, sau đó đem chiết với dicloromethan: Lần 1 chiết với 30ml dicloromethan, thêm 20ml nƣớc cất. Lần 2 và 3, mỗi lần 30ml dicloromethan.
- Lớp dung môi hữu cơ đƣợc gộp lại, thêm 5,00g Na2SO4 khan, lắc đều, để yên khoảng 1h để loại nƣớc. Sau đó lọc, dịch lọc đem cất loại dung môi bằng máy cất quay chân không ở nhiệt độ khoảng 40oC.
30
- Tinh chế sản phẩm bằng phƣơng pháp sắc ký cột silica gel với hệ dung môi n- hexan: ethyl acetat thay đổi từ 50:0 đến 1:1. Cách tiến hành sắc ký cột tƣơng tự nhƣ đã trình bày ở mục 3.1.
Khảo sát phản ứng
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng, bao gồm acid phản ứng, nồng độ acid và tỷ lệ mol Zn/curcumin.
a. Khảo sát acid
Tiến hành khảo sát với 3 acid là: acid acetic băng, acid hydrocloric 20% và acid sulfuric 10%.
Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của acid đến hiệu suất phản ứng bán tổng hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là Zn/acid
TT Acid V acid (ml) KL kẽm (g) tpƣ (h) KL sp (g) Hpƣ (%) Tonc (oC) Ghi chú
1 Acid acetic băng 15 5 4 0 0
Không xuất hiện vết THC 2 Acid hydrocloric 20% 5 5 4 0,58 57,40 95,0-98,0 3 Acid sulfuric 10% 5 5 4 0,50 49,49 95,0-98,5 Nhận xét:
- Khi thực hiện phản ứng với acid acetic, kiểm tra hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat: n-hexan = 7:3 và so sánh với THC thu đƣợc ở phản ứng khử hóa với xúc tác H2/Pd/C thì trong hỗn hợp phản ứng không thấy xuất hiện vết THC.
- Thực hiện phản ứng với acid hydrocloric (H=57,40%) cho hiệu suất phản ứng cao hơn khi sử dụng acid sulfuric (H=49,49%).
Từ kết quả khảo sát trên, chúng tôi chọn acid hydrocloric để thực hiện các phản ứng khảo sát tiếp theo.
31
b. Khảo sát nồng độ acid HCl (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi chọn đƣợc acid thích hợp cho phản ứng là acid hydrocloric, tiếp tục khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ acid đến hiệu suất phản ứng. Tiến hành khảo sát với dung dịch acid hydrocloric ở 4 nồng độ: 5%, 10%, 20% và acid đặc (khoảng 37%).
Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến hiệu suất phản ứng bán tổng hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là Zn/HCl
TT Nồng độ acid (% m/V) V acid (ml) KL kẽm (g) tpƣ (h) KL sp (g) Hpƣ (%) T o nc (oC) 1 5 20 5 7 0,38 37,61 95,0–98,0 2 10 10 5 6 0,45 44,54 95,5–97,0 3 20 5 5 4 0,58 57,40 95,0–98,0 4 Acid đặc 3 5 3,5 0,55 54,43 95,0–98,0 Nhận xét
- Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm thu đƣợc từ các thí nghiệm khác nhau không có sự chênh lệch đáng kể.
- Với dung dịch HCl 5%, hiệu suất phản ứng thu đƣợc thấp nhất (37,61%)
- Khi tăng dần nồng độ acid thì hiệu suất phản ứng tăng lên, đến nồng độ 20% thì hiệu suất phản ứng cao nhất (57,40%). Tiếp tục tăng đến acid HCl đặc (nồng độ khoảng 37%) thì hiệu suất phản ứng lại giảm (54,43%).
Từ kết quả khảo sát trên, dung dịch HCl 20% đƣợc lựa chọn để thực hiện các phản ứng khảo sát tiếp theo.
c. Khảo sát tỷ lệ mol kẽm và curcumin
Sau khi lựa chọn đƣợc điều kiện thích cho phản ứng là acid hydrocloric 20%, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa số mol kẽm và số mol curcumin đến hiệu suất phản ứng. Tiến hành khảo sát với các tỷ lệ mol Zn/curcumin lần lƣợt là 6/1, 12/1, 18/1, 24/1 và 28/1.
Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol kẽm/curcumin đến hiệu suất phản ứng bán tổng hợp THC từ curcumin với tác nhân khử là Zn/HCl
32 TT KL curcumin (g) KL kẽm (g) Tỷ lệ mol kẽm/ curcumin tpƣ (h) KL sản phẩm (g) Hpƣ (%) T o nc (oC) 1 1,00 1,06 6/1 6,5 0,42 41,57 95,5–98,5 2 1,00 2,11 12/1 5,5 0,51 50,47 95,0–98,0 3 1,00 3,17 18/1 4 0,61 60,37 95,0–98,0 4 1,00 4,23 24/1 4 0,59 58,39 95,5–97,5 5 1,00 5,00 28/1 4 0,58 57,40 95,0–98,0 Nhận xét:
- Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm thu đƣợc từ các thí nghiệm khảo sát các tỷ lệ mol khác nhau không có sự chênh lệch đáng kể.
- Với tỷ lệ số mol Zn/curcumin là 6/1 thì hiệu suất phản ứng thu đƣợc là thấp nhất (41,57%). Khi tăng dần tỷ lệ số mol Zn/curcumin thì hiệu suất phản ứng tăng lên. Khi tỷ lệ mol tăng đến 18/1 thì hiệu suất phản ứng tăng lên khoảng 1,5 lần so với tỷ lệ mol là 6/1, đạt 60,37%. Tiếp tục tăng tỷ lệ mol Zn/curcumin lên lần lƣợt là 24/1, 28/1 thì hiệu suất phản ứng giảm.
- Từ các dữ liệu trên, chúng tôi lựa chọn tỷ lệ mol Zn/curcumin thích hợp cho phản ứng là 18/1.
Từ các kết quả khảo sát trên đã thấy rằng, điều kiện thích hợp nhất cho phản ứng khử hóa curcumin bằng Zn/acid là:
- Acid: HCl 20%
- Tỷ lệ mol Zn/curcumin:18/1 - Thời gian phản ứng: 4h
3.2.1.3. Kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm THC
- Sau khi bán tổng hợp các chất, tiến hành kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm bằng SKLM trên bản mỏng silicagel GF254: Sản phẩm đƣợc hòa tan trong ethanol nóng để chấm sắc ký. Pha động để chạy sắc ký là hệ dung môi dicloromethan: methanol = 20: 1 và hệ ethyl acetat: n-hexan = 7: 3.
- Sau khi chạy sắc ký, soi bản mỏng dƣới đèn tử ngoại ở bƣớc sóng 254 nm, các chất thử đều cho một vết gọn, rõ, không có vết phụ (Hình 3.5 và 3.6). Với hệ dung môi
33
dicloromethan: methanol = 20: 1 cho Rf THC = 0,55 và hệ ethyl acetat: n-hexan = 7: 3 cho Rf THC = 0,69.
- Sản phẩm thu đƣợc từ hai phản ứng khử với hai tác nhân khử khác nhau là H2/Pd/C 5% và Zn/HCl đƣợc chấm chồng trên cùng một bản mỏng và chạy sắc ký với hệ dung môi dicloromethan: methanol = 20: 1. Kết quả cho thấy các sản phẩm cho các vết đồng nhất trên bản mỏng ở hệ dung môi sử dụng.
- Đồng thời, tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm bán tổng hợp đƣợc. Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy cho thấy các chất đều có điểm chảy rõ ràng trong khoảng 95 – 98oC.
3.2.1.4. Tóm tắt kết quả:
Tính chất sản phẩm:
- Cảm quan: Bột kết tinh màu trắng. - Nhiệt độ nóng chảy: 95 – 98oC. - Rf (CH2Cl2: MeOH=20:1) = 0,55. - Rf (AcOEt: n-hexan=7:3) = 0,69.
Hình 3.5. SKLM của THC trên hệ dung môi CH2Cl2: MeOH = 20:1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.6. SKLM của THC trên hệ dung môi AcOEt: n-hexan = 7:3
34
- Hiệu suất phản ứng: Phản ứng với H2/Pd/C 5% trong điều kiện thích hợp cho hiệu suất tốt nhất đạt 65,32%. Phản ứng với Zn/HCltrong điều kiện thích hợp cho hiệu suất tốt nhất đạt 60,37%.