BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM  KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ TỔNG HỢP DẪN XUẤT 3,4-DIHYDROPIRIMIDIN2(1H)-ON DÙNG XÚC TÁC FeCl3.6H 2O TẨM TRÊN CHẤT MANG RẮN MONTMORILLONITE KSF TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG DUNG MÔI GVHD: ThS PHẠM ĐỨC DŨNG SVTH : TẠ THỊ THANH NGUYÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng - 2013 Lời cám ơn Trong suốt q trình học tập hồn thành luận văn tốt nghiệp, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô, anh chị, bạn bè em Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất người tạo điều kiện giúp đỡ thời gian qua Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến ThS Phạm Đức Dũng, người thầy hướng dẫn tận tình đóng góp nhiều ý kiến q báu cho tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, phịng ban quản lý phịng thí nghiệm Hóa học Trường Đại Học Sư Phạm Tp.HCM Tơi xin tỏ lịng biết ơn đến GS.TS Lê Ngọc Thạch Khoa Hóa, mơn Hóa Hữu cơ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, thầy tạo điều kiện cho thực nghiệm phịng thí nghiệm hóa hữu trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM Ngoài xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô nhà trường, người trang bị kiến thức, dạy dỗ tạo điều kiện tốt cho suốt bốn năm học đại học Cuối lời cảm ơn đến ba mẹ, em, bạn bè bên cạnh, động viên, giúp đỡ lúc khó khăn học tập trình hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin gửi tới tất người lời chúc sức khỏe MỤC LỤC Lời cám ơn Lời mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Phản ứng Biginelli 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần[2] 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli[7] 1.1.2 Cơ chế phản ứng:[20] 1.2 Ứng dụng số dẫn xuất DHPMs[13,14] 1.3 Xúc tác phản ứng 1.3.1 Khoáng sét:[22] 1.3.1.1 Phân biệt khoáng sét đất sét 1.3.1.2 Cơ cấu khoáng sét[8,23] 1.3.1.2.1 Tấm tứ diện 1.3.1.2.2 Tấm bát diện 1.3.1.3 Phân loại[23] 1.3.1.3.1 Lớp 1:1 1.3.1.3.2 Lớp 2:1 1.3.1.4 Montmorillonite 10 1.3.1.4.1 Lịch sử – Khái niệm[24] 10 1.3.1.4.2 Cơ cấu – Phân loại[19] 10 1.3.1.4.3 Tính chất 10 1.3.1.4.3.1 Tính chất vật lý[11] 10 1.3.1.4.3.2 Tính chất hóa học 11 1.3.1.4.3.2.1 Tính trao đổi ion[23,11] 11 1.3.1.4.3.2.2 Khả hấp phụ[4] 11 1.3.1.4.3.2.3 Tính trương nở[6] 12 1.3.1.4.3.2.4 Khả xúc tác MMT[18] 12 1.3.1.4.4 Đặc tính KSF[22] 12 1.3.2 Ion sắt (III)[18] 13 Chương Thực nghiệm 14 2.1 Hóa chất thiết bị 15 2.1.1 Hóa chất 15 2.1.2 Thiết bị 15 2.2 Điều chế xúc tác 15 2.3 Điều chế pirimidin 15 2.4 Quá trình tối ưu hóa 16 2.5 Tổng hợp dẫn suất 16 2.6 Xác định sản phẩm 16 Chương Kết thảo luận 17 3.1 Mục đích phạm vi nghiên cứu 18 3.2 Quy trình tổng hợp: 18 3.3 Tối ưu tỉ lệ xúc tác FeCl 6H O KSF 18 3.4 Tối ưu sản phẩm 18 3.4.1 Tối ưu thời gian 18 3.4.2 Tối ưu xúc tác 19 3.4.3 Tối ưu tỉ lệ chất 20 3.4.4 Tối ưu nhiệt độ 20 3.4.5 So sánh xúc tác khác 22 3.5 Tổng hợp dẫn xuất 22 3.6 Định danh sản phẩm 23 3.7 Giải phổ dẫn xuất: 26 Chương Kết luận - Đề xuất 36 Tài liệu tham khảo 38 Danh mục bảng Bảng 1.1 So sánh khác đất sét khoáng sét Bảng 1.2 Thành phần hóa học KSF K10 13 Bảng 1.3 Hàm lượng khoáng sét: 13 Bảng 3.1 : Kết tối ưu xúc tác 18 Bảng 3.2 Kết tối ưu hóa theo thời gian 18 Bảng 3.3 Kết tối ưu hóa theo khối lượng xúc tác 19 Bảng 3.4 Kết tối ưu hóa theo tỉ lệ tác chất 20 Bảng 3.5 Kết tối ưu hóa theo nhiệt độ 21 Bảng 3.6: So sánh khả xúc tác 22 Bảng 3.7: Kết tổng hợp dẫn xuất 22 Bảng 3.8: Quy kết mũi proton chất A phổ H1-NMR 25 Bảng 3.9: Quy kết mũi phổ 13C-NMR A 26 Bảng 3.10: Quy kết mũi proton chất B phổ 1H-NMR 27 Bảng 3.11: Quy kết mũi proton chất C phổ 1H-NMR 29 Bảng 3.12: Quy kết mũi proton chất D phổ 1H-NMR 30 Bảng 3.13: Quy kết mũi proton chất E phổ 1H-NMR 31 Bảng 3.14: Quy kết mũi proton chất F phổ 1H-NMR 32 Bảng 3.15: Quy kết mũi proton chất G phổ 1H-NMR 34 Bảng 3.16: Quy kết mũi proton chất H phổ 1H-NMR 35 Bảng 3.17: Độ dịch chuyển hóa học phổ 1H-NMR số dẫn xuất 5Etoxycarbonyl-4-(phenyl)-6-metyl-3,4-dihydropirimidin-2(1H)-on 35 Danh mục hình Hình 1.1: Các dạng trung gian Hình 1.2: Sơ đồ chế phản ứng theo Folkers Hình 1.3: Sơ đồ chế phản ứng theo Sweet Fissekis Hình 1.4: Sơ đồ phản ứng theo Atwal O'Reilly Hình 1.5: Sơ đồ chế phản ứng theo Kappe Hình 1.6: Sự hình thành 3,4-dihydropirimidinon qua 3-ureido-crotonate Hình 1.7: Sơ đồ hình thành 3,4-dihydropirimidinone qua chế iminium Hình 1.8: Tấm tứ diện lớp khoáng sét Hình 1.9: Tấm bát diện lớp khoáng sét Hình 1.10: Cơ cấu lớp 1:1 Hình 1.11: Cơ cấu lớp 2:1 Hình 1.12: Mơ hình cấu khơng gian MMT 10 Hình 3.1: Phổ 1H-NMR chất A 24 Hình 3.2: Phổ 13C-NMR chất A 25 Hình 3.3: Phổ 1H-NMR chất B 27 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR chất C 28 Hình 3.5: Phổ 1H-NMR chất D 29 Hình 3.6: Phổ 1H-NMR chất E 31 Hình 3.7: Phổ 1H-NMR chất F 32 Hình 3.8: Phổ 1H-NMR chất G 33 Hình 3.9: Phổ 1H-NMR chất H 34 Danh mục đồ thị Đồ thị 3.1 : Đồ thị tối kết ưu theo thời gian 19 Đồ thị 3.2 : Đồ thị kết tối ưu theo khối lượng xúc tác 20 Đồ thị 3.3: Đồ thị kết tối ưu theo nhiệt độ 21 Lời mở đầu Một giới khơng hóa chất khơng cơng nghiệp hóa học có lẽ bị nhiễm hơn, có nghĩa giới không thuốc men, không ô -tô, xe đạp (do thiếu xăng bánh xe…), không giấy không mực, không vật liệu tổng hợp, tức khơng điện thoại, khơng máy tính, chẳng phim ảnh (vì khơng có nhựa…) Danh sách cịn tiếp tục kéo dài Vì vậy, từ lâu rồi, người ta ni tham vọng gìn giữ phát triển yếu tố tích cực ngành hóa học tìm cách giảm dần loại bỏ yếu tố “tiêu cực” Theo phương hướng đó, vào cuối năm chín mươi, nhà hóa học Mỹ Paul Anastas đề xuất 12 nguyên tắc cơng nghiệp hóa học “xanh” green chemistry mà ngày giới biết đến Ngày nay, hóa xúc tác lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn, có tác dụng đẩy nhanh tốc độ phản ứng hóa học, kết giảm việc sinh sản phẩm phụ không cần thiết giảm lượng chất thải độc hại, nhờ tiết kiệm nguyên liệu lượng Chẳng hạn phân tách chất thải thực dễ dàng cách dùng carbon dioxit siêu tới hạn, dung môi hữu độc hại dễ bay thay dung môi chất lỏng ion khó bay với việc đưa vào sử dụng tác nhân xúc tác dị thể để tránh việc sử dụng q trình hịa tan vốn độc hại, gây khó khăn cho việc tách tinh chế Thập niên 90 kỷ trước thời điểm nghiên cứu việc phát triển quy trình thân thiện với mơi trường thay cho việc sử dụng hóa chất độc hại từ làm xuất khái niệm hóa học xanh… Những nỗ lực để thực mục tiêu sản xuất hóa chất thân thiện mơi trường thực giai đoạn khác chuỗi phản ứng tổng hợp phịng thí nghiệm sản xuất công nghiệp như: Thực phản ứng điều kiện dễ dàng hơn, tránh sử dụng acid baz mạnh mơi trường ăn mịn khác, giảm nhiệt độ áp suất phản ứng Giảm bớt bước chuỗi phản ứng Xây dựng trình lập làm hiệu Thay chất độc hại đắt tiền chất an toàn kinh tế Phát triển quy trình phản ứng khơng dung mơi giảm thiểu việc sử dụng dung môi hay sử dụng dung mơi thu hồi với chi phí thấp Phản ứng tổng hợp đa thành phần điều kiện không dung môi, sử dụng xúc tác rắn quy trình tổng hợp hữu quan tâm nhiều thỏa mãn yêu cầu mơ hình tổng hợp đại nêu Sự thay xúc tác thông thường xúc tác rắn góp phần làm giảm nhiễm mơi trường chi phí phản ứng giá thành rẻ, dễ sử dụng thu hồi, sản phẩm có hiệu suất độ chọn lọc cao Đề tài nghiên cứu đặc điểm cấu đặc tính hóa lý montmorillonite, từ nghiên cứu khả xúc tác khoáng sét montmorillonite KSF phản ứng tổng hợp đa thành phần Biginelli tổng hợp 3,4-Dihydropirimidin-2-(1H)-on (DHPMs) môi trường không dung môi (5-Etoxycarbonyl-4-(phenyl)-6-metyl-3,4dihydropirimidin-2(1H)-on) Do đó, chúng tơi chọn đề tài: “Tổng hợp dẫn xuất 3,4-dihidropirimidin-2(1H)-on dùng xúc tác FeCl 6H O tẩm chất mang rắn montmorillonite KSF điều kiện khơng dung mơi” nhằm tổng hợp tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao Chương Tổng quan 1.1 Phản ứng Biginelli 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Phản ứng đa thành phần[2] Phản ứng đa thành phần (multi–component reaction, MCR) phản ứng hóa học có từ tác chất trở lên tham gia trình (one–pot operation) gồm nhiều giai đoạn để tạo thành sản phẩm chứa đựng hầu hết nguyên tử nguyên liệu ban đầu Phản ứng đa thành phần có khả tạo thành phân tử phức tạp với đơn giản ngắn gọn Một lợi ích điển hình phản ứng dễ dàng thu sản phẩm tinh khiết, hầu hết tác chất ban đầu kết hợp tạo thành sản phẩm cuối 1.1.1.2 Phản ứng Biginelli[7] Năm 1893, nhà hóa học người Ý Pietro Biginelli báo cáo phản ứng ngưng tụ vòng cyclo xúc tác axit aldehid, β-cetoester, ure (hoặc thioure) Hơn kỷ trước, Biginelli dự đoán khả tổng hợp phản ứng đa thành cách kết hợp chất phản ứng hai phản ứng khác có thành phần chung, kết phản ứng ba thành phần sản phẩm hình thành dẫn xuất 3,4dihydropirimidin-2 (1H)-on, (DHPM) Phản ứng Biginelli phản ứng đa thành phần tạo 3,4-dihydropirimidin-2 (1H)-on từ etyl acetoacetat, aldehid aryl (như benzaldehid), ure 1.1.2 Cơ chế phản ứng:[20] Như tị mị nhà hóa học sau phát quan sát phản ứng bình thường, có nghiên cứu để tìm đường dự kiến số khả xảy phản ứng Khi phản ứng Biginelli có liên quan đến việc ngưng tụ ba thành phần aldehid, hợp chất 1,3-carbonyl (thio) ure, chất phản ứng theo cách sau: Ngưng tụ aldehid với hợp chất 1,3-carbonyl thông qua ngưng tụ aldol, bị công nucleophin phân tử ure Ngưng tụ aldehid với hợp chất 1,3-carbonyl thông qua Knoevenagel tiếp cộng nucleophin ure Ngưng tụ aldehid với phân tử ure (thông qua N-benzyliden-ure) sau cộng nucleophin hợp chất 1,3-carbonyl Phụ lục 10: Phổ 1H-NMR E Phụ lục 11: Phổ 1H-NMR giãn rộng E Phụ lục 12: Phổ 1H-NMR F Phụ lục 13: Phổ 1H-NMR giãn rộng F Phụ lục 14: Phổ 1H-NMR G Phụ lục 15: Phổ 1H-NMR giãn rộng G Phụ lục 16: Phổ 1H-NMR H Phụ lục 17: Phổ 1H-NMR giãn rộng H ... (5-Etoxycarbonyl-4-(phenyl)-6-metyl-3, 4dihydropirimidin- 2(1H)- on) Do đó, chúng tơi chọn đề tài: ? ?Tổng hợp dẫn xuất 3,4- dihidropirimidin -2(1H)- on dùng xúc tác FeCl 6H O tẩm chất mang rắn montmorillonite KSF. .. hóa lý montmorillonite, từ nghiên cứu khả xúc tác khống sét montmorillonite KSF phản ứng tổng hợp đa thành phần Biginelli tổng hợp 3,4- Dihydropirimidin- 2-(1H) -on (DHPMs) môi trường không dung mơi... theo điều kiện tối ưu thay đổi nhiệt độ từ 70oC120oC Kiểm tra xúc tác: thực phản ứng điều kiện tối ưu với thay đổi xúc tác FeCl 6H O KSF xúc tác Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác: thực điều kiện