BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO
KHẢO SÁT MỘT SỐ PHẢN ỨNG
TỔNG HỢP CHẤT TRUNG GIAN ĐỂ
ĐIỀU CHẾ BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
HÀ NỘI - 2020
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO
Mã sinh viên: 1501467
KHẢO SÁT MỘT SỐ PHẢN ỨNG
TỔNG HỢP CHẤT TRUNG GIAN
ĐỂ ĐIỀU CHẾ BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. TS. Nguyễn Văn Giang
2. NCS. Nguyễn Minh Ngọc
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược
Trường Đại học Dược Hà Nội
HÀ NỘI - 2020
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn TS. Nguyễn Văn Giang, NCS. Nguyễn Minh
Ngọc những người thầy trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong quá trình làm khóa luận
này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến TS. Nguyễn Văn Hải - người truyền
cảm hứng, thầy đã cho tôi những lời khuyên, kinh nghiệm quý báu giúp tôi không chỉ
mở mang về kiến thức mà còn trau dồi thêm nhiều kỹ năng cần thiết cho nghề nghiệp
và cuộc sống. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Đình Luyện, TS. Đào
Nguyệt Sương Huyền và các thầy cô trong bộ môn Công nghiệp Dược đã luôn giúp đỡ
nhiệt tình, cũng như tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực nghiệm.
Và để có ngày hôm nay không thể nhắc đến sự giáo dục, dạy dỗ của tất cả các thầy cô
trong Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm năm học tập, các thầy cô luôn là tấm
gương sáng để tôi học tập không những trong thời gian học tập mà còn trong công việc
tương lai.
Để hoàn thành xong khóa luận này không thể không nhắc đến sự động viên của
gia đình và bạn bè, đặc biệt là các bạn cùng làm khóa luận trên bộ môn, cảm ơn các
bạn đã luôn giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn. Cảm ơn mọi người rất nhiều.
Mặc dù đã cố gắng hết sức cũng như được tạo mọi điều kiện song do thời gian
nghiên cứu có hạn, kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên chắc chắn khóa luận này
còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp của các thầy cô và các bạn.
Những lời góp ý quý báu đó là động lực giúp khóa luận này được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2020
Sinh viên
Trần Thị Phương Thảo
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 2
1.1. Khái quát chung về homopiperonylamin hydroclorid. ................................. 2
1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin.......................................... 2
1.3. Vị trí của homopiperonylamin trong tổng hợp berberin ............................... 3
1.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu............................................................... 6
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 8
2.1. Nguyên liệu và thiết bị .................................................................................. 8
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................. 8
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ......................................................................................... 8
2.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 9
2.2.1. Cải tiến giai đoạn phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1)
từ piperonal (9) quy mô 50 g/mẻ.......................................................................... 9
2.2.2. Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm. ............ 10
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 10
2.3.1. Tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm, khảo sát các thông số tối ưu .... 10
2.3.2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết .......................................................... 10
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học ................................................... 11
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................ 12
3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ................ 12
3.2. Tổng hợp homopipernylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) ...................................................................................................... 13
3.2.1. Lựa chọn tác nhân khử nitro ..................................................................... 13
3.2.2. Lựa chọn quy trình thực hiện phản ứng .................................................... 17
3.2.3. Khảo sát các thông số................................................................................ 18
3.2.4. Xây dựng quy trình tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid từ chất 2 với
quy mô 50 g/mẻ ................................................................................................... 21
3.3. Kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm thu được .................................................. 23
3.4. Xác định cấu trúc hóa học ........................................................................... 24
3.4.1. Xác định cấu trúc hợp chất 5-(2-nitroethyl)benzo[d][1,3]dioxol (2c) ...... 24
3.4.2. Xác định cấu trúc homopiperonylamin hydroclorid (1) ........................... 24
3.5. Bàn luận....................................................................................................... 25
3.5.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) .............. 25
3.5.2. Tổng hợp homopipernylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) ...................................................................................................... 26
3.5.3. So sánh với quy trình của tác giả Phạm Trung Kiên ................................ 30
3.5.4. Độ tinh khiết của sản phẩm ....................................................................... 30
3.5.5. Cấu trúc hóa học của các hợp chất ............................................................ 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Ac
Acetyl
Bu
n - Butyl
DCM
Dicloromethan
DMSO
Dimethyl sulfoxid
đvC
đơn vị Cacbon
Et
Ethyl
g
Gam
h
Giờ
m/z
Tỉ số khối lượng và điện tích
Me
Methyl
MS
Khối phổ (Mass Spectrometry)
NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)
Rf
Hệ số lưu giữ (Retention factor)
SKLM
Sắc ký lớp mỏng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong khóa luận................................................. 8
Bảng 2.2. Các thiết bị dụng cụ sử dụng trong khóa luận ..................................... 9
Bảng 3.1. Kết quả tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal 13
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tác nhân khử nhóm nitro ........................................ 16
Bảng 3.3. Kết quả so sánh hai quy trình I và II.................................................. 18
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng .................................................. 18
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol chất 2 : sắt ............................................... 19
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng ................................................. 19
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát dung môi ................................................................ 20
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát tỷ lệ alcol : nước..................................................... 20
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá độ lặp quy trình tổng hợp amin 1 bằng Fe/NH4Cl 23
Bảng 3.10. Phân tích cấu trúc hợp chất 2c ......................................................... 24
Bảng 3.11. Phân tích cấu trúc homopiperonylamin hydroclorid (1) ................. 24
Bảng 3.12. So sánh quy trình trong khóa luận với tác giả Phạm Trung Kiên ... 30
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử homopiperonylamin hydroclorid ............................... 2
Hình 1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin.................................. 2
Hình 1.3. Sơ đồ tóm tắt các phương pháp tổng hợp berberin qua (1).................. 4
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal ................................................... 6
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid từ piperonal ............ 9
Hình 3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ........ 12
Hình 3.2. Sơ đồ các bước tổng hợp 2 từ piperonal (9)........................................ 12
Hình 3.3. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ chất 2 ................... 13
Hình 3.4. Sơ đồ các bước tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ hợp
chất 2 ............................................................................................................. 22
Hình 3.5. Cơ chế phản ứng giữa piperonal (9) và nitromethan .......................... 26
Hình 3.6. Cơ chế khử nối đôi bằng NaBH4 ......................................................... 26
Hình 3.7. Cơ chế phản ứng khử nhóm nitro........................................................ 28
Hình 3.8. Phổ khối lượng của sản phẩm trung gian sau khi khử nối đôi ............ 31
Hình 3.9. Phổ khối lượng của sản phẩm thu được. ............................................. 31
Hình 3.10. Phổ 1H-NMR của sản phẩm thu được ............................................... 32
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của sản phẩm thu được .............................................. 33
Hình 3.12. Phổ IR của sản phẩm thu được.......................................................... 33
ĐẶT VẤN ĐỀ
Berberin là hoạt chất được sử dụng từ lâu đời điều trị các bệnh nhiễm khuẩn
đường tiêu hóa, có bản chất là một alkaloid tìm thấy trong thân rễ một số loài thực
vật như hoàng liên gai, vàng đắng, hoàng liên chân gà…[1]. Những năm gần đây
nhiều nghiên cứu cho thấy berberin có nhiều tác dụng dược lý khác như chống
ung thư, hạ lipid máu, hạ đường huyết…[20]. Chính vì thế berberin là một hoạt
chất tiềm năng có thể ứng dụng điều trị nhiều bệnh trong tương lai. Nguồn nguyên
liệu berberin cung cấp cho ngành dược chủ yếu là chiết xuất dược liệu. Tuy nhiên
nguồn dược liệu có hạn không thể đảm bảo khai thác lâu dài. Chính vì thế để đảm
bảo cung cấp nguyên liệu berberin cho ngành dược phải có một phương pháp khác
thay thế. Hóa học ngày càng phát triển, việc tổng hợp toàn phần một hợp chất trở
nên phổ biến hơn, đặc biệt trong lĩnh vực hóa dược. Việc tổng hợp hóa học giúp
giảm phụ thuộc vào thiên nhiên, đồng thời giảm gánh nặng khai thác dược liệu,
giúp chủ động nguồn nguyên liệu hóa dược.
Tổng hợp berberin bằng phương pháp hóa học đã và đang được nghiên cứu
trong nhiều năm. Mỗi tác giả đề xuất các quy trình tổng hợp đi từ các nguyên liệu
khác nhau. Trong đó hướng tổng hợp qua hợp chất homopiperonylamin được
nhiều tác giả lựa chọn, chính vì thế đây là một mắt xích quan trọng trong tổng hợp
berberin. Năm 2019, tại Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà
Nội, tác giả Phạm Trung Kiên đã tiến hành nghiên cứu quy trình tổng hợp berberin
clorid từ nguyên liệu piperonal với quy mô 50 g/mẻ với hiệu suất toàn phần là
45,44% [2]. Trong đó có thực hiện tổng hợp chất homopipernylamin hydroclorid
(1), mặc dù hiệu suất cao nhưng giai đoạn này có sử dụng tác nhân phản ứng đắt
tiền với lượng lớn. Chính vì vậy, đề tài: “Khảo sát một số phản ứng tổng hợp
chất trung gian để điều chế berberin clorid” được thực hiện với mục tiêu cải
tiến được phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ piperonal (9)
ở quy mô 50 g/mẻ.
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái quát chung về homopiperonylamin hydroclorid.
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử homopiperonylamin hydroclorid
Danh pháp: 2-(1,3-benzodioxol-5-yl)ethanamin hydroclorid.
Công thức phân tử: C9H12ClNO2.
Khối lượng phân tử: 201,69 đvC.
Nhiệt độ nóng chảy: 213 – 214 oC [23].
Cảm quan: muối hydroclorid của homopiperonylamin là chất rắn màu trắng [2].
1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin
Hình 1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin
Homopipernylamin (1) có thể được tổng hợp bằng cách khử hóa các hợp chất
khác nhau:
- Từ 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) tiến hành khử hóa sử dụng tác nhân
NaBH4 với xúc tác CuCl2 [9] hoặc NiCl2 [15] đều thu được amin 1.
2
- Từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)ethan-1-imin (3) tiến hành khử hóa với H2, xúc
tác niken thu được amin 1 [11].
- Từ tert-butyl (2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)ethyl)carbamat (4) tác giả Chen
Cheng đem cho phản ứng với axit trifluoroacetic, CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng
trong 17h thu được 1 đạt hiệu suất 94% [5].
- Từ 3-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)propanamid (5) Loại bỏ nhóm carbonyl của
amid này bằng NaClO, C2H5OH, NaOH giữ ở 0 - 80oC trong 24h thu được
homopiperonylamin với hiệu suất 93,2% [4].
- Từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acetonitril (6): W. Liu và cộng sự đã khử hóa
6 với tác nhân amoniac, H2/Ni trong dung môi methanol thu được amin 1, hiệu
suất phản ứng đạt 90% [5].
1.3. Vị trí của homopiperonylamin trong tổng hợp berberin
Trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu sản xuất berberin bằng phương
pháp tổng hợp hóa học. Dựa vào cấu trúc của phân tử và các nghiên cứu tổng hợp
berberin đã công bố trước đó có thể nhận thấy rằng các phần lớn các tác giả đều
tiến hành ngưng tụ các hợp chất mang khung cấu trúc 1,3-benzodioxol và 1,2dimethoxybenzen sau đó đóng vòng để tạo ra nhân isoquinolin (nguồn nitơ gắn
trực tiếp vào một trong hai khung cấu trúc trên) và tiếp tục các phản ứng khác để
tạo ra cấu trúc phân tử của berberin. Một trong những hợp chất mang khung 1,3benzodioxol được nhiều tác giả lựa chọn cho chuỗi tổng hợp là
homopiperonylamin (1) (nhóm chức amin cung cấp dị tố nitơ cho nhân
isoquinolin).
Trong số các nghiên cứu được công bố, có 7 nghiên cứu thông qua hợp chất
số 1. Như đã trình bày ở trên thì các nghiên cứu này lựa chọn hợp chất số 1 là
mảnh mang cấu trúc 1,3-benzodioxol, điểm khác nhau cơ bản giữa các phương
pháp là hướng nghiên cứu. Có hai hướng nghiên cứu trong nhóm phương pháp
này: hướng thứ nhất là các tác giả sẽ tập trung để tổng hợp được hợp chất số 1,
hướng thứ hai là lựa chọn các hợp chất khác nhau mang khung cấu trúc 1,2dimethoxybenzen để ngưng tụ với hợp chất số 1. Sơ đồ dưới đây tóm tắt các
nghiên cứu trong nhóm này (Hình 1.3).
3
3 bước
8
7
2 bước
10
4 bước
4 bước
12
11
5
13
6
3
4
1
15
14
21
16
20
17
19
18
7 bước
3 bước
22
Hình 1.3. Sơ đồ tóm tắt các phương pháp tổng hợp berberin qua (1)
Hướng tổng hợp amin số 1 được nhiều nhà nghiên cứu Trung Quốc quan
tâm. Năm 1980, nhà máy dược phẩm Đông Bắc, Trung Quốc đã đi từ nguyên liệu
ban đầu là phenol (7), trải qua 12 bước phản ứng (đi qua các bước phản ứng tạo
4
các hợp chất 8, 11, 10, 9) để tạo thành imin 3, sau đó khử hóa thu được amin 1,
tuy nhiên quy trình tổng hợp dài, trải qua nhiều giai đoạn, chi phí sản xuất lớn, sử
dụng nhiều tác nhân gây ô nhiễm môi trường như benzen, dimethyl sulfoxid nên
năm 1994, phương pháp này đã bị ngừng lại [11].
Tiếp đó hai nhóm nghiên cứu S. Chen, W. Lin (1981) và C.Chen, Z. Luo,
H. Yang (2016) cùng xuất phát từ catechol (8) sau đó phản ứng với dicloromethan
trong môi trường kiềm thu được chất 1,3-benzodioxol (11), tiếp theo 11 được
alkyl hóa với 1,3,5-trioxan, HCl, PCl3 ở nhiệt độ 70 – 90 oC thu được 10. Nhưng
từ 10 S. Chen, W. Lin (1981) đã tổng hợp hợp chất nitrile 6, amin 1 được tạo ra
bằng cách khử hóa hợp chất 6 với NH3, H2/Ni (4 bước phản ứng thu được 1 từ
catechol (8)) [11], trong khi đó C.Chen, Z. Luo, H. Yang (2016) tiếp tục trải qua
4 phản ứng tạo hợp chất 5, sau đó khử hóa thu được amin 1 (7 bước tạo amin 1 từ
8) [4].
Năm 2017, C. Chen, M. Xu, Q. Zhao từ 1,3 benzodioxol (11) phản ứng với
acetonitril, LiBr, CH3CN ở 32 oC, trong 8 giờ, thu được dẫn chất brom 12 hiệu
suất đạt 77%, chất 12 phản ứng với 13 tạo 15, chất 4 phản ứng với axit
trifluoroacetic, CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng trong 17 giờ thu được 1 với hiệu suất đạt
94% [5].
Sau khi tổng hợp thành công amin 1 các tác giả đều tiến hành ngưng tụ với
2,3-dimethoxybenzaldehyd (15), sau đó khử hóa imin thu được 20, hợp chất 20
phản ứng với glyoxal thu được berberin. Hai tác giả Xiaolin Bian (2006) và Peng
Yang (2008) lại sử dụng luôn amin 1 làm nguyên liệu đầu vào và tạo berberin
tương tự như các tác giả trên [3], [21].
Theo hướng tổng hợp các hợp chất khung 1,2-dimethoxybenzen để thực
hiện phản ứng ngưng tụ với 1 cũng có một vài nghiên cứu. Năm 1911, Amé Pictet
và Alfons Gams đã tổng hợp chất 14 từ acid 2-(3,4-dimethoxyphenyl)acetic bằng
phospho pentaclorua [23]. T. Kametani, I. Noguchi, K.Saito, S. Kaneda (1969) lại
lựa chọn hợp chất 16 ngưng tụ với 1 [10], Z. X. Chen (2007) tổng hợp 17 từ 2,3dimethoxylphenylmethanol qua 4 bước, hiệu suất tổng hợp berberin lên đến 67%
[11].
5
Như vậy có thể thấy rằng homopiperonylamin là một mắt xích quan trọng
trong tổng hợp berberin.
1.4.
Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Phần lớn nguyên liệu berberin được sản xuất bằng phương pháp chiết xuất
dược liệu. Phương pháp này có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện. Tuy nhiên nguồn
dược liệu có hạn, không đảm bảo được sản xuất berberin lâu dài. Giải pháp thay
thế hiệu quả là sử dụng berberin tổng hợp hóa học. Như bên trên đã trình bày, có
nhiều tác giả đưa ra nhiều quy trình tổng hợp berberin từ các nguyên liệu ban đầu
khác nhau. Mỗi quy trình đều có ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên để đưa được
vào sản xuất quy mô lớn cần nhiều yếu tố, không chỉ về vấn đề hiệu suất mà còn
là bài toán về chi phí sản xuất, vấn đề môi trường, sức khỏe và an toàn lao động.
Một quy trình lý tưởng đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp cần: Quy trình đơn
giản, chi phí sản xuất thấp, hiệu suất cao, không gây ô nhiễm môi trường, không
gây hại sức khỏe con người, ít tiềm ẩn rủi ro lao động.
Năm 2019, tại Bộ môn Công nghiệp Dược, tác giả Phạm Trung Kiên đã
tiến hành tổng hợp thành công berberin clorid với quy mô 50 g/mẻ từ nguyên liệu
ban đầu là piperonal (9) theo sơ đồ sau [2]:
1
2
20
22
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal
6
Trong khóa luận này nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu cải tiến dựa trên
quy trình trên. Như đã trình bày mắt xích 1 đóng vai trò quan trọng trong quy trình
tổng hợp berberin clorid. Trong quy trình trên amin 1 được tạo ra bằng cách khử
hóa hợp chất 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) với tác nhân khử là NaBH4. Ưu
điểm của tác nhân này là hiệu suất cao có thể khử cả nối đôi và nhóm nitro của
hợp chất 2. Tuy nhiên tác nhân này có nhược điểm là đắt tiền, dễ hút ẩm nên khó
bảo quản, thao tác, hơn nữa trong quy trình trên sử dụng lượng lớn NaBH4 (tỷ lệ
mol gấp 8,5 lần so với chất 2) nên khi nâng cấp quy mô lớn khó kiểm soát do sinh
hydro mạnh. Chính vì thế trong khóa luận này nhóm nghiên sẽ tập trung cải tiến
phản ứng này cùng với đó là tiến hành tổng hợp hợp chất 2 từ piperonal.
Phản ứng khử tạo hợp chất amin 1 gồm hai bước khử: khử nối đôi và khử
nhóm nitro. Trong khóa luận này nhóm nghiên cứu sẽ vẫn dùng NaBH4 cho giai
đoạn khử nối đôi, giai đoạn khử nitro sẽ lựa chọn tác nhân khác thay thế nhằm
giảm lượng NaBH4 sử dụng. Sản phẩm amin sau khi khử sẽ được chuyển sang
dạng muối hydroclorid. Nhóm tác nhân khử được lựa chọn là kim loại/acid. Lý
do lựa chọn nhóm tác nhân này:
- Giá thành rẻ
- Một số nghiên cứu cho thấy một số kim loại (Fe, Zn, Al…) có thể khử nitro
với hiệu suất tốt. Dựa vào các nghiên cứu công bố trước đó và điều kiện phòng
thí nghiệm nhóm nghiên cứu đã lựa chọn các tác nhân khử sau: Al/NH4Cl [14],
Fe/CH3COOH [12], Fe/NH4Cl [17], Zn/CH3COOH, Zn/NH4Cl [18].
7
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu và thiết bị
2.1.1. Nguyên liệu
Một số dung môi, hóa chất sử dụng để thực hiện khóa luận được trình bày
trong bảng dưới đây (bảng 2.1):
Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong khóa luận
STT
Hóa chất
Tiêu chuẩn
Xuất xứ
1
Aceton
AR
Trung Quốc
2
Acid acetic
AR
Trung Quốc
3
Acid hydrocloric đặc (~ 36,5%)
DĐVN V
Trung Quốc
4
Amoni clorid
AR
Trung Quốc
5
Bột kẽm
AR
Trung Quốc
6
Bột nhôm
AR
Trung Quốc
7
Bột sắt
AR
Việt Nam
8
Dicloromethan
AR
Trung Quốc
9
Ethanol tuyệt đối
AR
Việt Nam
10
Ethylacetat
AR
Trung Quốc
11
Isopropanol
AR
Trung Quốc
12
Khí nitơ
AR
Việt Nam
13
Methanol
AR
Trung Quốc
14
n- BuOH
AR
Trung Quốc
15
Natri borohydrid
AR
Trung Quốc
16
Natri clorid
AR
Việt Nam
17
Natri hydroxyd
AR
Trung Quốc
18
Natri sulfat khan
AR
Trung Quốc
19
Ninhydrin
AR
Trung Quốc
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ
Các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong khóa luận được trình bày ở bảng 2.2
8
Bảng 2.2. Các thiết bị dụng cụ sử dụng trong khóa luận
STT
2.2.
Thiết bị, dụng cụ
Xuất xứ
1
Bản mỏng silica gel 60 F254
Đức
2
Bình sắc ký
Trung Quốc
3
Bộ lọc hút chân không
Trung Quốc
4
Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S, độ chính xác 0,01 g
Thụy Sỹ
5
Đèn cồn
Trung Quốc
6
Đèn soi UV sắc ký CN6
Đức
7
Dụng cụ thủy tinh thông thường
Đức
8
Giấy lọc
Việt Nam
9
Máy cất quay chân không Buchi R210
Thụy Sỹ
10
Máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt
Mỹ
11
Máy đo phổ Bruker AV 500
Thụy Sỹ
12
Máy đo phổ LC-MS/MS-Xevo
Mỹ
13
Máy khuấy cơ IKA Werke
Đức
14
Máy khuấy từ gia nhiệt IKA
Đức
15
Nhiệt kế thủy ngân
Trung Quốc
16
Phễu lọc
Đức
17
Tủ hút Unilab Model TH 1300
Trung quốc
18
Tủ lạnh
Hàn Quốc
19
Tủ sấy Memmert
Đức
Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Cải tiến giai đoạn phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid
(1) từ piperonal (9) quy mô 50 g/mẻ.
2
1
Hình
hydroclorid
(1) từ từ
piperonal
(9)
Hình2.1.
2.1.Tổng
Sơ đồhợp
tổnghomopiperonylamin
hợp homopiperonylamin
hydroclorid
piperonal
9
- Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ở quy mô 50
g/mẻ
- Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) với các nội dung sau:
+ Lựa chọn được tác nhân khử nitro phù hợp: Tiến hành khảo sát và lựa chọn
các tác nhân khử nhóm nitro là các kim loại/acid bao gồm: Fe/NH4Cl,
Fe/CH3COOH, Zn/NH4Cl, Zn/CH3COOH, Al/NH4Cl.
+ Lựa chọn quy trình thực hiện thuận tiện, đơn giản: Tiến hành khảo sát hai
quy trình bao gồm: quy trình I gồm 2 phản ứng: khử nối đôi bằng NaBH4
sau đó xử lý phản ứng rồi thực hiện khử nhóm nitro và quy trình II one-pot.
+ Khảo sát điều kiện phản ứng, lựa chọn điều kiện tối ưu: Các thông số khảo
sát bao gồm: nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ tác nhân khử nitro sử dụng, thời gian
phản ứng và dung môi phản ứng.
+ Xây dựng quy trình và tiến hành phản ứng với quy mô 50 g/mẻ.
2.2.2. Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm.
Sản phẩm tổng hợp được kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc hóa
học bằng các phương pháp thích hợp.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm, khảo sát các thông số tối ưu
Sử dụng các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ để tổng hợp. Theo dõi
phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng.
Sử dụng các phương pháp cất loại dung môi, lọc, chiết lỏng-lỏng, kết tinh lại…
để tinh chế sản phẩm.
2.3.2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết
Sản phẩm được kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng
và đo nhiệt độ nóng chảy.
Sắc ký lớp mỏng
+
Pha tĩnh: Bản mỏng silica gel 60 F254 (Merck).
+
Pha động: Hệ dung môi khai triển sử dụng
CH2Cl2 : CH3OH = 9,0 : 1,0.
10
n– BuOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5.
Quan sát sắc ký đồ dưới ánh sáng tử ngoại ở bước sóng 254 nm, 366 nm hoặc hiện
màu bằng dung dịch ninhydrin 0,1% trong ethanol hoặc dùng hơi iod.
Đo nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy đo bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy
EZ-Melt (Mỹ).
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học
Sản phẩm tổng hợp được xác định cấu trúc thông qua các dữ liệu phổ khối
lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13CNMR).
Phổ hồng ngoại (IR): Được đo tại Bộ môn Hóa học vô cơ, khoa Hóa học,
Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, trên máy Shimadzu với
kỹ thuật viên nén KBr trong vùng 4000 - 400 cm-1.
Phổ khối lượng: Đo trên máy LC-MS/MS-Xevo, tại phòng Phân tích khối
phổ, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội,
chế độ đo ESI.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Đo trên máy Bruker AV 500, tần số 500
MHz (đối với 1H-NMR), 125 MHz (đối với 13C-NMR) tại khoa Hóa học, trường
Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, dung môi DMSO- d6.
11
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1.Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9)
2
Hình 3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9)
Quy trình tổng hợp 2 từ piperonal được trình bày dưới đây:
PIPERONAL
Hòa tan
Ethanol
DUNG DỊCH
Khuấy đều
to 0-5 oC
Nitromethan
DUNG DỊCH HCl 4%
Nhỏ từ từ
Khuấy đều
HỖN HỢP PHẢN ỨNG
(tủa vàng)
Lọc
DỊCH LỌC
DUNG DỊCH
Dung dịch Nhỏ từ từ
NaOH 10M
Khuấy đều
trong 40 phút
to 0 - 5 oC
HỖN HỢP PHẢN ỨNG
(tủa trắng)
TỦA THÔ
Ethanol:
Aceton
(2:1)
Hòa tan
Kết tinh lại
Lọc
TINH THỂ
Nước cất lạnh
Pha loãng
Khuấy đều
DỊCH LỌC
DUNG DỊCH
Hình 3.2. Sơ đồ các bước tổng hợp 2 từ piperonal (9)
Mô tả quy trình:
Hòa tan hoàn toàn 50,0 g (0,33 mol) piperonal trong 330,0 ml ethanol trong
bình cầu 500,0 ml, sau đó thêm 22,5 ml (0,4 mol) nitromethan vào bình trên khuấy
đều. Làm lạnh hỗn hợp về 0 - 5 oC bằng nước đá muối và thêm từ từ cho đến hết
60,0 ml dung dịch NaOH 10M trong 40 phút. Sau khi quá trình thêm NaOH kết
thúc, khối phản ứng được khuấy thêm 30 phút nữa, pha loãng với 50,0 ml nước
12
- Xem thêm -