Khoá luận tốt nghiệp hóa học Nghiên cứu chuyển hóa β-naphtol

  • Số trang: 45 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 15 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27372 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC .................... HOÀNG THỊ HÀ NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA p-NAPHTOL THÀNH MỘT SÓ DẪN XUẤT BENZOCUMARIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Người hưóng dẫn khoa học: ThS. Chu Anh Vân HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn chân thành, em xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Chu Anh Vân đã định hướng và hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình nghiên cún để em hoàn thành được khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa học đã hết lòng giúp đỡ em trong suốt thời gian 4 năm học. Xin cảm ơn các bạn đã cùng trao đổi và động viên khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Em xin được bày tỏ lời cám ơn tới gia đình, người thân đã tạo mọi điều kiện vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Trong quá trình nghiên cứu đề tài, mặc dù đã cố gắng nhung khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và bản khóa luận của em thêm hoàn thiện. £m xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 08 tháng 5 năm 2015 Sinh viên Hoàng Thị Hà DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ CÁI VIÉT TẮT 'H-NM R Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton Proton Magnetic Resonance Spectroscopy d Doublet DMSO Dimetyl sulfoxide IR Phổ hong ngoại Infraed Spectroscopy J Hang so tương tác spin-spin (trong phổ 'H-NMR) MS Phổ khối lượng Mass Spectroscopy t°nc Nhiệt độ nóng chảy t Triplet s Singlet 1) Dao động hóa trị DANH MỤC HÌNH VÀ CÁC BẢNG Hình 3.1. Phổ IR của 3-axetyl-4-metylbenzocumarin................................. 24 Hình 3.2. Phổ 'H-NM R của 3-axetyl-4-metylbenzocumarin..................... 25 Hình 3.3. Phổ MS của 3-axetyl-4-metylbenzocumarin............................... 25 Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của A ị...................................................................28 Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của A 2 ...................................................................28 Hình 3.6. Một đoạn phổ 'H-NM R của A 2 .......................................................30 Hình 3.7. Phổ khối lượng của A 2 .....................................................................32 Hình 3.8. Phổ hồng ngoại của A 3 ..................................................................35 Hình 3.9. Một đoạn phổ 'H-NM R của A 3 .......................................................35 Hình 3.10. Phổ khối lượng của A 3 ...................................................................36 Bảng 3.1. Ket quả tổng hợp và các dữ kiện vật lý của các xeton a,ßkhông no thuần túy............................................................................................. 26 Bảng 3.2. Dữ kiện phổ hồng ngoại (KBr, cm '1) và phổ khối lượng của các xeton a,/?-không no thuần tú y ...................................................................29 Bảng 3.3. Dữ kiện về phổ 'H-NM R (ô, ppm. d 6_DMSO,J, Hz) của các xeton a,yổ-không no thuần túy.......................................................................... 31 Bảng 3.4. Ket quả hoạt tính sinh học của một so a,ß-không n o ................. 36 MỤC LỤC MỞ Đ Ầ U ......................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................2 1.1. v ề các hợp chất chứa vòng cum arin................................................................... 2 1.1.1. Giới thiệu sơ lược về cấu tạo của hợp chất cum arin..................................... 2 1.1.2. Tính chất phổ của cum arin................................................................................ 2 1.1.3. Tính chất hóa học của cum arin.........................................................................4 1.1.4. Các phương pháp tổng họp vòng cum arin....................................................7 1.1.5. Hoạt tính sinh học của nhóm chất cumarin có trong thảo d ư ợ c ............... 10 1.2. Vi sóng trong tổng hợp hữu c ơ ....................................................................... 11 1.2.1. Giới thiệu về vi sóng........................................................................................ 11 1.2.2. Tương tác của vi sóng với vật c h ấ t.............................................................. 11 1.2.3. Phân loại lò vi sóng...........................................................................................12 1.2.4. Ưu, nhược điểm của vi só n g ........................................................................... 12 1 .2.5. ứ n g dụng của vi sóng trong tổng hợp hữu cơ.............................................. 13 1.3. Mối quan hệ tham số lượng tử và hoạt tín h ...................................................14 1.3.1. Hoạt tính............................................................................................................. 14 1.3.2. Các tham số cấu trú c ........................................................................................ 15 1.3.3 Mô hình Hansch trong khảo sát QSAR.......................................................... 17 CHƯƠNG 2. THỤC N G H IỆ M ............................................................................. 18 2.1. Xác định các hằng số vật lý.................................................................................18 2.2. Thăm dò hoạt tính sinh học.................................................................................18 2.3. Tổng hợp chất chìa khoá 3-axetyl-4-metylbenzocumarin............................ 19 2.3.1. Tống hợp yổ-naphtylaxetat................................................................................19 2.3.2. Tổng hợp 1-axetyl-2-hiđroxinaphtalen......................................................... 19 2.3.3.Tổng hợp3-axetyl-4-metylbenzocumarin.......................................................20 2.4. Tổng họp các xeton a,/?-không no đi từ họp chất 3-axetyl-4-metylbenzocumarin................................................................................. 21 2.4.1.Tổng hợp các họp chất (4-metylbenzocumarin-3-yl) arylvinyl xeton bằng lò vi só n g .......................................................................................................................... 2 1 2.4.2. Tổng hợp hợp chất (4-arylvinylbenzocumarin-3-yl) arylvinyl xeton.21 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO L U Ậ N ......................................................... 22 3.1. v ề tổng hợp chất đầu 3-axetyl-4-metylbenzocumarin..................................... 22 3.1.1. Tổng hợp yổ-naphtylaxetat................................................................................. 22 3.1.2. Phản úng chuyển vị Fries của yổ-naphtylaxetat..............................................22 3.1.3. Tổng họp 3-axetyl-4-metylbenzocumarin.......................................................23 3.2. Tổng hợp các xeton a,ß- không no đi tù’ 3-axetyl-4- metylbenzocumarin ....26 3.2.1. Ket quả tổng họp xeton a,ß-không no............................................................. 26 3.2.2. Giải thích về cấu tạo các sản phẩm tạo th àn h ................................................ 27 3.3. Tổng hợp và xác định cấu tạo các sản phẩm mà ở đó xảy ra sự ngưng tụ ở cả hai nhóm m etyl............................................................................................................... 32 3.3.1. Sự giải thích định tính và kết quả tính hóa lượng tử đểgiảithích định lượng khả năng ngưng tụ ở cả hai nhóm m etyl......................................................... 33 3.3.2. Dữ kiện phổ xác định cấu tạo............................................................................34 3.3.3. Ket quả thử hoạt tính sinh học của các a,yổ-không no đãtổng họp được.......... 36 KẾT L U Ậ N ....................................................................................................................38 TÀI LIỆU THAM K H Ả O ......................................................................................... 39 MỞ ĐẦU Hiện nay một trong nhũng hướng phát triển mũi nhọn trong hóa học hữu cơ là tổng hợp các họp chất có hoạt tính sinh học cao, có khả năng chống lại các căn bệnh nguy hiểm với con người. Bên cạnh những phương pháp tổng hợp hiện đại, thì các phương pháp tổng hợp cơ bản nhằm tạo ra các hợp chất đơn giản nhưng vẫn có hoạt tính sinh học cao vẫn đang được các nhà tổng hợp hữu cơ nghiên cún. Cumarin và các dẫn xuất của nó đã được phát hiện và tổng họp từ rất sớm với nhiều úng dụng rộng rãi. Chúng là các họp chất khá hoạt động tồn tại trong tự nhiên ở dạng tự do hay liên kết với các họp chất khác. Cumarin có nhiều trong các loại thuộc họ Đậu (Fabaceae), họ Hoa tán (Apiaceae), họ Cam (Rutacace)... Sự có mặt của cumarin có tác dụng chống sâu bệnh cho cây. Cumarin glycozit (sản phẩm kết hợp của cumarin với đường glucozơ) có tác dụng chống nấm, chống khối u, chống đông máu, chống virut HIV, chống cao huyết áp, chống loạn nhịp tim ... Chúng được sử dụng nhiều làm thuốc giãn mạch vành, chống co thắt, chống lao. Các xeton a,p~không no là những họp chất có hoạt tính sinh học đáng chú ý như kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thư, diệt cỏ dại và trù’ sâu ... và nhiều khả năng tiềm ẩn khác. Với mục đích tìm ra hợp chất mới có hoạt tính sinh học cao đi tù’ dẫn xuất cumarin, chúng tôi lựa chọn đề tài: “N ghiên cứu chuyến hóa p-naphtol thành một số dẫn xuất beniocum arin”. Nhiệm vụ của đề tài: - Tổng họp chất chìa khóa: 3-axetyl-4-metylbenzocumarin, từ đó tổng họp một dãy các xeton a,p~không no. - Xác định cấu tạo của các chất tổng hợp được nhờ các phương pháp phổ hiện đại: phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng tù’ proton và phổ khối lượng. - Khảo sát hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được. 1 Chương 1: TÓNG QUAN 1.1. về hợp chất chứa vòng cumarỉn 1.1.1. Giới thiệu sơ lược cumarin 5 7^ 4 8 f 4o/ I ^ o Tên gọi: IUPAC: 2H-cromen-2-on; tên khác 2-Benzopyron, 2H-1 Benzopyran-2-on, a-Benzopyron, cumarin... Tính chất vật lý: cumarin là nhũng chất kết tinh không màu, một số lớn dễ thăng hoa có mùi thơm, t°nc= 68-71 °c, t°s= 298-302°C, tan tốt trong etanol, đietyl ete, clorofom ... 1.1.2. Tính chất phổ cùa cumarỉn 1.1.2.1. Phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại cumarin có đặc điểm sau [1]: - Đỉnh phổ có cường độ mạnh nhất ở 1715 cm ' 1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm cacbonyl. - Dao động hóa trị liên kết c=c, C-H không no, thơm thể hiện ở đỉnh 1590 cm ' 1 và 3010 cm '1. - Dao động hóa trị liên kết C-O-C thế hiện bởi định phổ có cường độ tương đối mạnh ở 1160 cm '1. 1.1.2.2. Phổ khối lượng Phố khối lượng của các hợp chất chứa vòng cumarin ghi theo phương pháp EI-MS thường cho pic ion phân tử có cường độ lớn. Sự phân mảnh của các họp chất loại này đã có nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cún [2]. Đặc trung cho sự phân mảnh của các hợp chất chứa vòng cumarin đó là sự mất đi ICO hoặc 2CO: 2 • í m он m/z 90 m/z 118 m/z 146 + 1 ° °. •+ -со -со P J r" so ohk гу° -со t 0 J m/z 162 m/z 134 m/z 106 m/z78 Với một so dẫn xuất chứa vòng cumarin, tùy thuộc vào bản chất nhóm thế, sự phân mảnh có thể hơi khác nhưng vẫn quan sát thấy sự phân tách đi một hay hai nhóm -CO. Ví dụ dẫn xuất 3-axetyl-6-hiđroxi-4-metylcumarin cho sự phân mảnh như sau: CH, ,•+ •+ CH3 HO COCH3 о 'O О о • CH3 HO r r y ^ c A o 203(90%) 218 176(100%) СНз 1.1.2.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân [1] Phổ 'H-NM R của dị vòng cumarin có các đặc trưng về độ dịch chuyển hóa học sau: 5 4 C3.H: 6,45 ppm J=9,6 Hz; C4.H: 7,75 ppm J=9,6 Hz; C 5 6 7 8.H: 7,2-7,5 ppm (4H). Phổ l3C-NMR (ỗ, ppm, CDCI3) của dị vòng cumarin có các đặc trung về độ chuyển dịch hóa học sau: c2: 160,6 ppm; c3: 116,5 ppm; c4: 143,3 ppm; c5: 127,8 ppm; c6: 124,3 ppm; c7: 131,7 ppm; c 8: 116,8 ppm; c8a: 153,9 ppm; c4a: 118,7 ppm. 1.1.3.Tính chất hóa học của cumarin [3] 1.1.3.1. Phản ứng với các tác nhân eletrophỉn * Phản ứng cộng hợp vào nguyên tử oxi cacbonyl Trong môi trường nước của các axit mạnh các cumarin không bị proton hóa và do đó giá trị pKa của chúng không được biết. Tuy nhiên, cumarin có thể tương tác với thuốc thử Mec-Vay để tạo muối pirili: * Phản ứng thê trên nguyên tử cacbon của vòng Khi nitro hóa và suníòn hóa chủ yếu nhận được các dẫn xuất 6 -mono thế. Trong các điều kiện khắc nghiệt hơn có thể xảy ra sự thế tiếp tục ở vị trí 3. Phản ứng axyl hóa theo Friedel-Craft cũng xảy ra ở vị trí số 6 của vòng cumarin. Nhưng phản ứng clometyl hóa lại xảy ra ở vị trí số 3: Brom hóa cumarin có thể xảy ra theo hướng thế electrophin ở các vị trí 3 và 6 nhưng trong điều kiện nhẹ nhàng cũng có thể xảy ra sự cộng hợp vào liên kết đôi 3-4: Br 4 1.1.3.2. Phản ứng với các tác nhân nucleophỉn * Với ỉon hidroxyỉ và ankoxyl Cumarin bị thủy phân bởi kiềm chuyển sang muối của axit cumarinic. Nhưng các axit này không thể tách ra được ở dạng tự do, bởi vì khi bảo vệ cấu hình cis của các liên kết đôi thì trong điều kiện đó chúng lại bị đóng vòng một cách tự diễn biến: CH CH3 OH- cocr o OH Neu thực hiện phản ứng cumarin với kiềm trong thời gian dài hơn sẽ xảy ra sự đồng phân hóa thành đồng phân trans- nghĩa là thành axit cumarinic, có thể tách ra ở dạng tự do. * Phản ứng với amoniac và amin Cumarin không phản ứng với amoniac hay các amin để chuyển thành dẫn xuất 2 -quinolin ngay cả trong các điều kiện khắc nghiệt. * Phản ứng thế trên nguyên tử cacbon Sự tương tác của cumarin với các tác nhân Grignard xảy ra khá phức tạp. Lúc đầu có thể diễn ra sự cộng hợp vào nguyên tử cacbon cacbonyl. Chỉ trong trường hợp các cumarin chứa nhóm thế ở vị trí 3 thì phản úng mới mang đặc tính một giai đoạn: CH3 ,CH3 C6H5MgBr o C6H5 Cumarin không chứa nhóm thế sẽ phản ứng với phân tủ' thứ hai của tác nhân ở vị trí 2 hoặc 4 và có thê kèm theo sự mở vòng: 5 Các tác nhân nucleophin yếu hơn như xianua hay anion malononitrin có thể phản ứng với cumarin ở vị trí số 4: H NaCN/C2H5OH c „CN I KOH t°c 'OH 1.1.3.3. Phản ửng với các chất oxi hóa Cumarin được xem như họp chất không chứa nhóm chức phenol nên tương đối bền với tác dụng của các chất oxi hóa. Trong trường họp khi mà sự oxi hóa xảy ra thì chúng sẽ bị phản úng hoàn toàn. 1.1.3.4. Phản ứng với các chất khử Hiđro hóa xúc tác cumarin và khử bằng L 1AIH 4 đều cho ta các sản phẩm khử hóa bình thường: 2OH /w C H p O H L 1 A IH 4 + 'cr^o 1.1.3.5. Một số phản ửng khác Cũng như a-pyron, cumarin có thể phản ứng như một đienophin trong phản ứng cộng họp Diels-Alder: H3C CH3^ C H 2 xilen.260°c Khi được chiếu sáng, các cumarin được chuyển thành sản phẩm đime hóa: 0 0 6 1.1.4. Các phương pháp tổng họp vòng cumarỉn 1.1.4.1. Tổng họp cumarỉn theo phương pháp ngưng tụ Perkin [4,5,6,7] * Tổng hợp Perkin bằng phản ứng của andehit salixyllic và anhidrit axetic với xúc tác là natriaxetat. Đây là phương pháp đơn giản nhất để tổng hợp cumarin. ^ /C H O + (CH 3 C 0 )20 CH 3 COOH 'OH Phản ứng của andehit salixylic với este malonat cũng tạo thành dẫn xuất cumarin. ,COOC2H5 CHO CH . / piperidinaxetat :c— o c 2H5 -c 2h 5o h , o»c OH ]í o ca Phản ứng với sự có mặt của natriaxetat hoặc piperidin axetat làm xúc tác, và cũng là phương pháp đơn giản và thuận tiện để tổng hợp cumarin. * Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel dưới tác dụng của sóng điện từ các dẫn xuất andehit salixylic và etylcacboxylat với xúc tác là piperidin. CHO + COOEt COOEt o CHO "O 1.1.4.2. Tổng họp cumarin theo phương pháp Pesman [3,5,8,9,10,11] Đây là phương pháp tổng họp cumarin đi từ phenol và axit cacboxylic hoặc este chứa nhóm yổ-cacbonyl. Họp chất thông thường hay được sử dụng là etyl axetoaxetat dưới tác dụng của axit suníuric đặc. Phản ứng loại này xảy ra trong điều kiện rất khác nhau tùy thuộc vào cấu tạo của phenol và loại xúc tác. Nhưng tốt hơn cả là thực hiện phản ứng với 7 phénol có khả năng phản ứng lớn nhất là resoxinol. Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện khá êm dịu. Một cách đáng tin cậy, phản ứng xảy ra theo cơ chế sau: - Giai đoạn 1 : Là sự tấn công electrophin của nhóm cacbonyl xeton được proton hóa vào vòng thơm. Chính khả năng phản ứng cao hơn của nhóm cacbonyl xeton so với nhóm cacbonyl este là điều kiện cho sự hình thành cuối cùng của vòng cumarin chứ không phải vòng cromon. - Giai đoạn 2: Phản úng giữa nhóm -OH của resoxinol và nhóm este của etylaxetoaxetat tách đi một phân tử etanol để hình thành vòng cumarin. Các phản ứng tổng hợp cumarin trong các dung môi khác nhau như nitrobenzen, PPA (axit poliphotphoric); với các xúc tác như POCI3, CH3COONa ... cũng cho kết quả tương tự. CH3 -OH c 6h5no2 + ~ CH3 COCH2 COOC2 H5 AICU OH + C H ,— COOEt POC1, C -C -C H -C H ^ C O O E t 0 COOEt o o CH + CH3 COCH2 COOC2 H5 OH c6h3no2 + C2 H5OH AICI3 khan OH 130-140°c o 8 + H2 ° COCH, Ngoài những xúc tác thông dụng hay được sử dụng cho phản ứng ngưng tụ Pesman, ngày nay người ta đã nghiên CÚ 0 1 sử dụng các xúc tác như H 3PM ol2O 40 , H 3PW i 2O 40 ... với hiệu suất cao. 1.1.4.3. Tổng họp cumarỉn theo phương pháp Heck với hệ xúc tác paladỉ [12] OH H2 0 , Et3 N, PdCl2 'COOEt hay Pd(OAc)2, 44-90% 1.1.4.4. Tổng họp cumarỉn từ dẫn xuất o- vinylphenol và dietyl malonat [13] 9 1.1.4.5. Tổng họp cumarỉn từ các dẫn xuất quỉnon [14] 1.1.5. Hoạt tính sinh học của nhóm chất cumarin có trong thảo dược Cumarin là một hợp chất thiên nhiên quan trọng, có tác dụng dược lý cao. Cumarin được dùng để làm thuốc chống đông máu. Ngoài ra một số cumarin có tác dụng làm giãn động mạch vành và mạch ngoại vi, chống co thắt một số chất, ức chế sinh trưởng thực v ậ t... Cumarin được tìm thấy với hàm lượng tương đối trong cây đậu Tonka (Dipteryx odoratà). (Trong thực tế tên này bắt nguồn từ "cumaru", một tên tiếng địa phương Amazon cho cây đậu Tonka). Cumarin cũng xuất hiện tự nhiên trong "cỏ vani" (Anthoxanthum odoratum), cỏ ba lá (Meliotus L.), quế (Cỉnnamomum aromatỉcum), cây cải hương, cỏ ngọt (Stevia rebaudiana), cam thảo, quả dâu tây (Fragaria), quả mơ {Prunus mume), quả anh đào, và củ nghệ vàng (Curcuma longa)... dưới dạng dẫn xuất như: umbelliferone (7-hidroxicumarin), aesculetin (6,7-đihidroxi-4-metylcumarin), herniarin (7-metoxicumarin)... Sự có mặt của cumarin có tác dụng chống sâu bệnh cho cây. Cumarin glycozit (sản phẩm kết 10 hợp của cumarin với đường glucozơ) có tác dụng chống nấm, chống khối u, chống đông máu, chống virut HIV, chống cao huyết áp, chống loạn nhịp tim, chống loãng xương, giảm đau, ngăn ngừa bệnh suyễn và sát trùng... Chúng được sử dụng nhiều làm thuốc chữa sâu răng (wafanin), hay thuốc giãn động mạch vành, chống co thắt (umbelliferone) [15,8]. Các công trình nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các xeton a,P-không no đều khẳng định chúng hầu hết có hoạt tính sinh học đáng quý như khả năng kháng khuẩn đối với các loại Gram (-), Gram (+), nấm m en... 1.2. Vi sóng trong tồng họp hữu CO’ [16] 1.2.1. Giói thiệu về vi sóng Vi sóng (microwave) hay sóng siêu tan (hyperfrequenes) là sóng điện tử lan truyền với vận tốc ánh sáng. Năng lượng của vi sóng rất yếu, không quá 10' 6 eV, trong khi năng lượng của nối cộng hóa trị là 5eV, do đó bức xạ vi sóng không phải là bức xạ ion hóa. Vi sóng được sử dụng lần đầu tiên trong lĩnh vực truyền thông, rada và đo đạc. Người ta thỏa thuận chỉ sử dụng các tần số sau: 433,92; 896; 915; 2375; 2450; 5800; 24125 MHz. Trong các tần số trên chỉ có tần số 2450 MHz là được sử dụng trong kỹ nghệ, nhất là trong nông phẩm. 1.2.2. Tương tác của vi sóng với vật chất Vi sóng truyền trong các môi trường vật chất khác nhau. Nó có thể xuyên qua không khí, gốm, sứ, thủy tinh, nhựa dẻo và phản xạ trên kim loại. Độ xuyên thấu của vi sóng tỉ lệ nghịch với tần số, khi tần số tăng thì độ xuyên của vi sóng giảm. Vi sóng dùng trong hóa học chủ yếu là do khả năng làm nóng vật chất, đặc biệt là ảnh hưởng mạnh với các chất có momen lưỡng cực thường trực. Những phân tử có lưỡng cực định hướng theo từ trường nên điện trường xoay chiều có tần số cao sẽ gây ra sự xáo trộn rất lớn của phân tủ’ khiến chúng ma sát nhau rất mạnh, đây chính là nguyên nhân gây nóng lên của vật chất. 11 Các phân tử có độ bất đối xứng cao như là phân tủ’ nước là chất lý tưởng để đun nóng bằng vi sóng. Ngoài ra các nhóm định chất phân cực như: -OH, COOH, NH2. .. cũng là những nhóm chịu tác động mạnh mẽ của trường điện từ. Nhìn chung, vi sóng là một phương pháp mới về sự đun nóng không dùng sự truyền nhiệt thông thường (tức là nhiệt đi từ bề mặt của vật chất vào bên trong) mà vi sóng xuyên thấu vật chất làm nóng vật chất tại những điểm phân cực hay từ bên trong của nó. Sự đun nóng của vi sóng rất chọn lọc và nhanh chóng. Ngày nay, vi sóng được sử dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày cũng như trong các lĩnh vực công nghiệp và khoa học. Vi sóng là phương pháp kích hoạt ít tốn năng lượng và thân thiện với môi trường. Đây là phương pháp kích hoạt “xanh” và đang được úng dụng rất nhiều trong hóa học cũng như các ngành khoa học khác. 1.2.3. Phân loại lò vi sóng Lò vi sóng chia làm 2 loại: Lò vi sóng gia dụng (multimode): thường được dùng trong cuộc sống hằng ngày, loại này thì sóng tỏa ra khắp lò. Do chiếu xạ trong lò không đồng đều nên trước khi thực hiện phản ứng trong lò, cần phải tìm vị trí bức xạ vi sóng tập trung nhiều nhất. Một hạn chế khác của lò vi sóng gia dụng nay là công suất lớn nên rất khó kiểm soát những phản ứng cần cung cấp nhiệt vừa và ít. Lò vi sóng chuyên dùng (monomode): bức xạ vi sóng chiếu tập trung vào mẫu phản ứng từ dưới lên nhờ một ống dẫn sóng đặt hướng thẳng vào mẫu. 1.2.4. Ưu, nhược điếm của vi sóng I.2.4.I. Ưu điểm - Không có quán tính nhiệt. - Hiệu suất chiết cao hơn so với một số phương pháp chiết thông thường. - Thiết bị an toàn, dễ sử dụng và thân thiện với môi trường (năng lượng sạch, dễ chế tạo, và dễ kiểm soát). - Thời gian chiết nhanh. 12 1.2.4.2. Nhược điểm Do lò vi sóng có kích thước nhỏ và sự gia nhiệt xảy ra rất nhanh, nhũng chất có độ phân cực cao sẽ đạt tới điểm sôi rất nhanh tạo ra lượng nhiệt rất lớn, làm áp suất tăng đột ngột nên dễ gây nổ. Đe khắc phục tình trạng này cần phải: + Có dụng cụ thích hợp (bình Teflon), hoặc thực hiện phản úng trong bình hở để tránh sự gia tăng áp suất. + Giới hạn lượng chất sử dụng khoảng 1/10 thể tích bình phản ứng. + Thực hiện phản ứng trong điều kiện không dung môi, đặc biệt trên chất mang rắn là một giải pháp cần thiết để giảm những rủi ro có thể xảy ra. 1.2.5. ứ n g dụng của vi sóng trong tống hựp hữu cơ Các nhà hóa học đã tận dụng ưu thế của việc gia nhiệt dễ dàng trong lò đế tăng tốc độ của các phản ứng hóa học. Các phản ứng hóa học diễn ra trong bình thí nghiệm ngâm bồn truyền thống hoặc đặt trong vỏ gia nhiệt có thể kéo dài hàng giờ. Nhung ở điều kiện quá nhiệt và áp suất cao có thể được thực hiện với các thiết bị sóng, những phản ứng hóa học như trên có thể được hoàn thành chỉ trong vài phút. Trong thời gian ngắn đó, các phản ứng phụ cũng thường ít xảy ra, nhờ đó hiệu suất phản ứng cao hơn và sản phẩm ít nhiễm tạp chất hơn. Ngoài ra, các phản úng có thể được tiến hành như bình thường trong nước hoặc đôi khi không cần sử dụng dung môi. Hơn nữa, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của thiết bị vi sóng, đôi khi người ta chỉ cần sử dụng một lượng xúc tác rất nhỏ hoặc hoàn toàn không cần sử dụng xúc tác cho các phản ứng. Trong bình phản ứng nhỏ, sự gia nhiệt của vi sóng xảy ra do thiết bị vi sóng tạo ra trường điện tử tương tác với các phân tử phân cực hoặc các ion của nguyên liệu phản ứng. Khi các phân tử hoặc ion này tìm cách sắp xếp các lưỡng cực của chúng cho phù hợp với trường điện từ đang dao động, chúng sẽ quay, di chuyển và cọ xát vào nhau, do đó bị nóng lên. Tác động này của vi sóng khác với sự gia nhiệt gián tiếp khi sử dụng nhiệt của bếp đun. Nhóm các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Graz đã chứng minh rằng các phương pháp hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng có thể được áp dụng tốt cho 13 nhiều kiểu phản ứng hũu cơ, kể cả các phản ứng Diels-Alder, phản ứng tạo liên kết ngang với xúc tác paladi, phản úng thế các chất thơm ... [17] Tăng cường quá trình phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao là đặc điểm cơ bản của tổng hợp hóa chất sử dụng vi sóng. Đó là lý do vì sao thiết bị phản ứng vi sóng có thế trở thành công cụ mạnh mẽ của tổng hợp hữu cơ trong tương lai. 1.3. Mối quan hệ giữa tham số lượng tử và hoạt tính Mối liên hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính của các hóa chất được viết tắt là ỌSAR. ỌSAR thường được nghiên cứu trên một họ họp chất, giống nhau ở khung cơ bản nhưng khác nhau ở các nhóm thế trên khung chính và được căn cứ vào giả định rằng có mối tương quan cơ sở giữa cấu trúc phân tử và hoạt tính sinh học. Trong giả định này ỌSAR cố gắng thiết lập mối tương quan giữa những tính chất riêng của cấu trúc phân tử với hoạt tính thực nghiệm của nó. 1.3.1. Hoạt tính Hoạt tính được nghiên cún trong ỌSAR có thể là hoạt tính hóa học hay hoạt tính sinh học được quan sát từ thực nghiệm dưới các hình thức khác nhau. 1.3.1.1 Hoạt tính sinh học - MIC (Minium Inhibitory Concentration): nồng độ ức chế tối thiểu, hay nồng độ kiểm khuẩn tối thiểu (dùng trong vi sinh). - MBC (Minium Bactericidal Concentration): nồng độ diệt khuẩn tối thiểu. - IC50 (Hibitory Concentration): nồng độ ức chế 50% đối tượng thử, hay còn gọi là hằng số Michaelis-Menten. - EC50 (Efective Concentration): nồng độ 50% tác dụng tối đa. - ED50 (Efective Dose): liều tác dụng tối đa trên 50% đối tượng thử. - SD50 (Superession Dose): liều tiêu diệt 50% đối tượng thử. - LD50 (Lethal Dose): liều gây chết 50% đối tượng thử. I.3.I.2. Hoạt tính hóa học - k: hằng số tốc độ phản ứng của các hóa chất trong một loại phản ứng. - K: hằng số phân ly của các axit (tính axit). 14
- Xem thêm -