Flavonol mang nhóm fluoro -F trên vòng B được tổng hợp qua 02 giai đoạn: Dẫn xuất 3,4-difluorobenzaldehyde và 4′-fluoro-2′-hydroxyacetophenone được sử dụng như các tác chất ban đầu, xúc
TỔNG QUAN
Khái quát
Flavonoid là nhóm hợp chất polyphenol có mặt trong thực vật, trái cây, rau và các loại hạt, với màu sắc chủ yếu là vàng, xanh, đỏ, tím, và một số không màu Chúng có cấu trúc khung C6-C3-C6, tức là bao gồm hai vòng benzene A và B liên kết qua một chuỗi ba carbon Cấu trúc và cách đánh số của flavonoid được thể hiện rõ trong Hình 1.1.
Hình 1.1 Khung sườn cơ bản của flavonoid
Flavonoid được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên vị trí gắn của vòng B trên vòng C và độ bất bão hòa của các carbon tại vị trí 2, 3 trên vòng C Các nhóm nhỏ trong flavonoid bao gồm flavones, flavonols, flavanones, chalcones, và nhiều loại khác.
Chalcone là flavonoid mạch hở với cấu trúc đặc trưng không có vòng C, liên kết với nhau thông qua cầu nối ba carbon - α, β và carbonyl không bão hòa (Hình 1.2) [1]
Hình 1.2 Khung sườn cơ bản của chalcone
Chalcone tồn tại dưới hai dạng đồng phân là cis và trans, nhưng đồng phân cis không bền do ảnh hưởng không gian của vòng A và nhóm carbonyl Đây là tiền chất quan trọng trong tổng hợp các dẫn xuất flavonoid với nhiều nhóm thế khác nhau Ngoài ra, chalcone còn thu hút sự chú ý nhờ vào các hoạt tính sinh học tiềm năng.
4 như kháng ung thư, kháng viêm, kháng nhiễm trùng, kháng bệnh lao, kháng virus sốt rét… [2]
Hình 1.3 Khung sườn cơ bản của flavonol
Flavonol là một flavonoid chứa nhóm ketone ở vị trí số 4, tại vị trí carbon số 3 của vòng
C còn có 1 nhóm hydroxyl (Hình 1.3) Hành tây, trái cây và rau quả là những nguồn cung cấp flavonol phong phú
Flavanone, hay còn gọi là dihydroflavone, có đặc điểm là tại vị trí C số 4 của vòng C có nhóm ketone Khác với flavonol, flavanone không có liên kết đôi và nhóm hydroxyl tại vị trí C số 2 và C số 3 Trong nhiều năm qua, nghiên cứu về các flavonoid mới đã trở thành một hướng đi đầy hứa hẹn nhờ vào các hoạt tính sinh học có lợi, bao gồm khả năng kháng oxy hóa, kháng virus và kháng khuẩn.
Hình 1.4 Khung sườn cơ bản của flavanone
Phương pháp điều chế chalcone
Hiện nay, chalcone được tổng hợp thông qua các phản ứng ngưng tụ với nhiều chất xúc tác khác nhau, tập trung vào "hóa học xanh" để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Một trong những phương pháp cổ điển là phương pháp nghiền, trong đó chalcone được tổng hợp bằng cách nghiền các methyl ketone với aldehyde có mặt sodium hydroxide Quá trình nghiền diễn ra cho đến khi tạo ra hỗn hợp rắn màu vàng, sau đó sản phẩm thô sẽ được loại bỏ sodium hydroxide và kết tinh trong dung môi phù hợp.
Phương pháp chiếu xạ âm đang thu hút sự chú ý nhờ vào hiệu suất cao, thời gian ngắn và nhiệt độ vừa phải Phương pháp này sử dụng các chất xúc tác khác nhau như acid montmorillonite và KF-Al2O4, hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ 20-46 °C trong thời gian từ 4 đến 240 phút.
Phản ứng coupling như Heck coupling, Sonogashira coupling,… [9]
Các phương pháp tổng hợp như phản ứng Wittig và acyl hóa Friedel-Crafts đang ngày càng được cải tiến Việc sử dụng đa dạng chất xúc tác và thuốc thử giúp nâng cao hiệu suất tổng hợp, rút ngắn thời gian phản ứng và giảm thiểu sản phẩm phụ.
Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt là phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp chalcone nhờ vào tính đơn giản và chi phí thấp so với các phương pháp khác.
1.2.1 Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt
1.2.1.1 Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt với xúc tác acid/base trong điều kiện có dung môi
Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt là phương pháp hiệu quả để tổng hợp chalcone, thông qua phản ứng giữa aldehyde hoặc ketone có α-hydro với hợp chất carbonyl thơm thiếu α-hydro Quá trình này thường sử dụng acetophenone và các dẫn xuất aldehyde, thực hiện qua ghép cặp C – C với sự hỗ trợ của xúc tác acid hoặc base Nghiên cứu chỉ ra rằng phản ứng diễn ra hiệu quả trong môi trường dung môi phân cực ở nhiệt độ từ 50 – 100 C trong nhiều giờ Các xúc tác base phổ biến cho phản ứng này bao gồm NaOH, KOH và Ba(OH)2.
Trong phản ứng xúc tác base, chalcone được hình thành từ phản ứng aldol thông qua cơ chế enolate, trong đó dẫn xuất acetophenone loại proton Hα để tạo carbanion Carbanion này sau đó tấn công nhóm carbonyl của dẫn xuất benzenaldehyde, tạo ra hợp chất trung gian hydroxy ketone Cuối cùng, hydroxy ketone trải qua quá trình tách nước để hình thành chalcone.
Hình 1.5 Cơ chế của phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt với xúc tác base
Trong phản ứng này, các dẫn xuất acetophenone hoạt động như tác nhân nucleophile, trong khi các dẫn xuất benzaldehyde đóng vai trò là tác nhân electrophile Hiệu suất phản ứng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các nhóm thế trên vòng thơm của các tác chất, với các nhóm rút hoặc đẩy điện tử làm thay đổi mật độ điện tích trên C-carbonyl Cụ thể, các nhóm rút điện tử làm giảm mật độ điện tích trên C-carbonyl, giúp enolate dễ dàng tấn công hơn, trong khi các nhóm đẩy điện tử ở vị trí ortho và para lại có tác động ngược lại.
7 cộng hưởng sẽ làm giảm tính ái điện tử của nhóm carbonyl, từ đó hiệu suất tổng hợp bị giảm [15]
Chalcone trong tự nhiên có hoạt tính sinh học phong phú, chủ yếu phụ thuộc vào vị trí và số lượng các nhóm hydroxyl, methoxy trên các vòng A và B Sự hiện diện của nhóm -OH trên các dẫn xuất acetophenone có thể chuyển thành dạng phenolate, tạo ra một nucleophile thứ hai cạnh tranh với carbonion ở C α Để cải thiện tình trạng này, việc thay đổi xúc tác phản ứng thành acid như HCl, BF3, AlCl3, SOCl2/EtOH có thể bảo vệ nhóm -OH khỏi tác động của xúc tác base Tuy nhiên, việc tổng hợp bằng xúc tác acid cũng gặp nhiều thách thức, bao gồm hiệu suất thấp, điều kiện phản ứng khắc nghiệt và tác động tiêu cực đến môi trường.
Phương pháp tổng hợp flavonol
Flavonol là một hợp chất được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều nhờ vào đặc tính kháng oxy hóa, kháng viêm và kháng ung thư, nhưng lại hiếm gặp trong tự nhiên Do đó, các phương pháp tổng hợp flavonol đang thu hút sự chú ý lớn Một số phương pháp tổng hợp đáng chú ý bao gồm phương pháp Karl von Auwers và phản ứng Algar-Flynn-Oyamada (AFO).
Phương pháp Karl von Auwers sử dụng aurone làm chất nền để thực hiện phản ứng aurone hóa, dẫn đến việc tạo ra sản phẩm cộng 1,2-dibromo Trong môi trường kiềm, ion hydroxyl tấn công, loại bỏ hydro halogen và hình thành các α,β-ketone, cuối cùng tạo ra flavonol.
Phản ứng Algar-Flynn-Oyamada (AFO) là phương pháp linh hoạt và đơn giản nhất để tổng hợp flavonol từ chalcone, sử dụng hydrogen peroxide ở nhiệt độ phòng Hai giả thuyết đã được đề xuất để giải thích cơ chế của phản ứng này.
Giả thuyết đầu tiên về cơ chế phản ứng cho thấy 2-hydroxychalcone phản ứng với hydrogen peroxide để tạo ra chalcone epoxide trung gian Trong môi trường kiềm, ion phenolate có thể tấn công vào hai vị trí α và β trên vòng epoxide, dẫn đến sự hình thành aurone và 3-hydroxyflavone Tiếp theo, 3-hydroxyflavone sẽ bị oxi hóa bởi hydrogen peroxide, cuối cùng tạo ra flavonol.
Hình 1.6 Cơ chế phản ứng AFO thông qua hợp chất trung gian chalcone epoxide
Dean và các tác giả đã chỉ ra rằng epoxide không phải là hợp chất trung gian trong quá trình tổng hợp flavonol, do môi trường kiềm mạnh chuyển đổi chalcone phenolic thành anion phenolate, gây ra lực tĩnh điện giữa các anion phenolate, ngăn cản sự hình thành epoxide Tuy nhiên, họ cũng không hoàn toàn loại trừ khả năng tạo ra epoxide nếu chalcone có nhóm thế ở vị trí 6' trên vòng A, vì sự cản trở lập thể từ các nhóm thế này có thể dẫn đến sự tấn công của hydrogen peroxide, hình thành vòng epoxide không đồng phẳng với vòng phenolate Ion phenolate sẽ tấn công vào vị trí α của vòng epoxide, tạo thành aurone.
Giả thuyết còn lại được giải thích rằng: Trong môi trường base mạnh, 2- hydroxychalcone sẽ tách proton tạo nên ion phenolate và tấn công vào vị trí carbon β
Chalcone tạo ra hợp chất trung gian, trong đó dạng enolate sẽ loại bỏ nhóm -OH từ hydroxy peroxide, dẫn đến sự hình thành dihydroflavonol Sau đó, quá trình oxi hóa diễn ra, tạo ra sản phẩm cuối cùng là flavonol Cơ chế này được mô tả chi tiết trong Hình 1.7.
Hình 1.7 Cơ chế tổng hợp flavonol thông qua phản ứng AFO
Phương pháp tổng hợp flavanone
Flavanone là các hợp chất có hoạt tính dược lý quan trọng, thường được điều chế qua phản ứng đóng vòng nội phân tử trong môi trường acid, base, điện phân hoặc nhiệt phân Tuy nhiên, phương pháp này không chỉ tạo ra flavanone mà còn sản sinh cả flavanol, gây khó khăn trong việc tách biệt hai chất này.
Các nhà khoa học hiện nay đang chuyển hướng sang "hóa học xanh" nhằm giảm thiểu việc sử dụng dung môi hữu cơ như benzene Phản ứng đóng vòng có thể được thực hiện trong môi trường NaOH/H2O2, giúp loại bỏ nhu cầu về dung môi hữu cơ, giảm chất thải và dễ dàng xử lý sản phẩm Bên cạnh đó, tổng hợp flavanone cũng có thể thực hiện bằng phương pháp chiếu xạ vi sóng với xúc tác KOH trong MeOH.
Trong bài luận văn này, flavanone được tổng hợp thông qua phản ứng đồng phân hóa sử dụng iron (III) chloride làm acid Lewis Phản ứng diễn ra bằng cách đun hồi lưu hỗn hợp trong ethanol trong thời gian dài Cơ chế của phản ứng được trình bày ở Hình 1.8.
Hình 1.8 Cơ chế tổng hợp flavanone
Phương pháp cô lập và tinh sạch sản phẩm
Sắc ký là phương pháp vật lý phân tách hợp chất trong hỗn hợp dựa vào sự phân bố giữa pha động và pha tĩnh Hỗn hợp được nạp vào pha tĩnh, sau đó pha động di chuyển qua pha tĩnh, dẫn đến sự phân tách do các ái lực khác nhau của các thành phần với pha tĩnh Các chất tương tác với pha động và pha tĩnh, di chuyển với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào lực liên kết liên phân tử, từ đó tạo ra sự tách biệt Tiến bộ không ngừng trong công nghệ sắc ký đã cải thiện hiệu suất của phương pháp này.
Sắc ký là một kỹ thuật quan trọng cho phép tách biệt các phân tử tương tự nhau Hiện nay, có nhiều phương pháp sắc ký khác nhau, bao gồm sắc ký khí, sắc ký cột và sắc ký lỏng Bài luận này sẽ tập trung vào hai phương pháp sắc ký chính: sắc ký lỏng và sắc ký cột.
1.5.1.1 Sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography)
Sắc ký lớp mỏng (TLC) là một kỹ thuật kiểm nghiệm độ tinh khiết với chi phí thấp, đơn giản và dễ sử dụng, thường được áp dụng để định tính các hỗn hợp trong phòng thí nghiệm Pha tĩnh sử dụng chất hấp thụ như silicagel, trong khi pha động là dung môi vận chuyển các thành phần của hỗn hợp qua lớp chất hấp phụ Quy trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị tấm TLC với vạch bắt đầu và kết thúc, sau đó hòa tan mẫu trong dung môi và đưa lên bề mặt tấm TLC Tấm TLC được đặt trong buồng kín chứa dung môi để triển khai sắc ký Khi dung môi di chuyển đến vạch kết thúc, tấm TLC được lấy ra và để khô, sau đó được quan sát bằng các phương pháp phù hợp như ánh sáng cực tím hoặc nhuộm iode.
Hình 1.9 Kỹ thuật sắc ký lớp mỏng
Trong quá trình phân tách, các thành phần của hỗn hợp xuất hiện dưới dạng các điểm riêng biệt, từ đó cho phép tính toán hệ số lưu giữ Rf Tỷ lệ giữa khoảng cách di chuyển của các thành phần và khoảng cách di chuyển của dung môi sẽ được sử dụng để xác định Rf.
Giá trị Rf của hợp chất được xác định bằng tỉ lệ giữa khoảng cách di chuyển của vết hợp chất và khoảng cách di chuyển của dung môi Giá trị này đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích hoạt động của phân tử trong quá trình phân tách.
1.5.1.2 Sắc ký cột (column chromatography)
Sắc ký cột là một kỹ thuật phân tách dựa trên sự khác biệt về tính phân cực của các chất trong hỗn hợp, diễn ra giữa hai pha: pha tĩnh và pha động Pha tĩnh thường là silica gel lớn, được nhồi vào cột, trong khi mẫu phân tích được nạp vào một đầu cột, với lớp bông trên bề mặt để bảo vệ Dung môi giải ly, đóng vai trò pha động, di chuyển theo hướng xác định và được thu thập trong các lọ nhỏ ở phía dưới cột, trong khi sắc ký lớp mỏng được sử dụng để theo dõi quá trình Sự khác biệt về tính phân cực khiến các thành phần di chuyển qua cột với tốc độ khác nhau, xác định thứ tự các hợp chất ra khỏi cột, với các hợp chất không hoặc ít phân cực được giải ly trước, và hợp chất phân cực được giải ly sau.
Hình 1.10 Kỹ thuật sắc ký cột
Quá trình phân tách đạt hiệu quả phụ thuộc vào các yếu tố:
Bản chất và kích thước hạt của pha tĩnh, như tính phân cực, ảnh hưởng đến độ tương tác với các thành phần trong hỗn hợp Kích thước hạt của pha tĩnh cũng quyết định hiệu suất của quá trình phân tách.
- Chiều dài cột: Chiều dài cột càng dài thì độ phân tách càng tốt
Hệ dung môi chạy cột hiệu quả là hệ dung môi giúp các chất phân lập trên TLC đạt giá trị Rf khoảng 0,25 – 0,35 Giá trị này cho phép mẫu có đủ thời gian cân bằng trong cột, từ đó nâng cao hiệu suất phân tách và ngăn ngừa việc kéo theo các tạp chất khi mẫu ra khỏi cột.
1.5.2 Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ mà chất chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ tinh khiết của chất Chất rắn tinh khiết thường có nhiệt độ nóng chảy trong một phạm vi hẹp, khoảng 1 °C, trong khi chất không tinh khiết có khoảng nhiệt độ rộng hơn từ lúc bắt đầu tan chảy đến khi hoàn toàn lỏng Vì vậy, việc đo nhiệt độ nóng chảy là một phương pháp quan trọng để đánh giá độ tinh khiết của hợp chất hữu cơ.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) bao gồm phổ proton (1H-NMR) và phổ carbon (13C-NMR) được thực hiện trên máy đo Bruker Avance III với tần số 600 MHz cho phổ 1H-NMR và 150 MHz cho phổ 13C-NMR Nghiên cứu này được tiến hành tại Viện Hóa học, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội.
Khối phổ (MS): Khối phổ được đo trên máy LC-MSD-Trap-SL tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội
Sau khi thực hiện phép đo, kết quả phổ được xử lý bằng phần mềm MestRenova Cấu trúc hóa học của các hợp chất được thiết kế bằng Chemdraw.
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Các hóa chất được sử dụng trong luận văn này được trình bày ở Bảng 2.1
Bảng 2.1 Danh mục hóa chất được dùng trong luận văn
STT Tên hóa chất Nguồn gốc Hàm lượng
7 Potassium hydroxide (KOH) Xilong Scientific 95,0 %
8 Sodium hydroxide (NaOH) Xilong Scientific 30,0 %
10 Sodium sulfate anhydrous(Na2SO4) Xilong Scientific 99,0 %
Sinh viên Nguyễn Văn Thức tổng hợp
12 Hợp chất KP02 Sinh viên
Võ Nguyễn Kim Phụng tổng hợp
2.1.2.1 Dụng cụ, thiết bị dùng trong quá trình điều chế
- Cân phân tích 4 số, cân kỹ thuật
- Bộ dụng cụ thủy tinh: bình cầu đáy tròn (100 mL, 250 mL, 500 mL), beaker, erlen, pipet, ống đong, phễu chiết, nhiệt kế, đĩa petri
- Máy khuấy từ gia nhiệt
- Hệ thống cô quay chân không
2.1.2.2 Dụng cụ, thiết bị dùng trong tinh sạch và kiểm nghiệm
- Bình giải ly, ống vi quản
- Bản mỏng Silica gel 60 F254, bột Silica gel 60 (0,063-0,200 mm)
- Máy soi đèn UV 254 và 365 nm
- Ống thiele đo nhiệt độ nóng chảy
Tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam ở Hà Nội, có sử dụng máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR của Bruker và máy đo phổ khối lượng MS của Agilent Technologies.
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Điều chế dẫn xuất chalcone
2.2.1.1 Điều chế chất (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2- en-1-one
Hình 2.1 Phản ứng điều chế TT01
Tỷ lệ các thành phần trong quá trình tổng hợp (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one (TT01) được thể hiện trong Bảng 2.2, trong khi phương trình điều chế của phản ứng ngưng tụ được minh họa trong Hình 2.1.
Bảng 2.2 Thành phần các tác chất chất tham gia trong phản ứng điều chế TT01
4'- fluoro-2'- hydroxyacetonephenone 154,14 570,0 3,7 1 0,481 Dạng lỏng 3,4-difluorobenzaldehyde 142,10 526,0 3,7 1 0,408 Dạng lỏng
Sử dụng micropipet, hút lần lượt 0,482 mL 4'-fluoro-2-hydroxyacetophenone (3,7 mmol) và 0,408 mL 3,4-difluorobenzaldehyde (3,7 mmol) Tiếp theo, thêm 3,1 mL KOH và 6 mL EtOH vào bình cầu Hỗn hợp được khuấy ở điều kiện phòng trong 24 giờ, sau đó có màu vàng như hình 2.2.
Hình 2.2 Hỗn hợp TT01 trong quá trình khuấy từ ở nhiệt độ phòng
Sử dụng TLC để theo dõi tiến trình phản ứng, so sánh vết mẫu với hai dung dịch tác chất ban đầu: 4'-fluoro-2'-hydroxyacetonephenone và 3,4-difluorobenzaldehyde, trong hệ dung môi 95:5 như thể hiện trong Hình 2.3.
Hình 2.3 Kết quả TLC của phản ứng điều chế TT01
Sau khi phản ứng hoàn tất, tiến hành dập tắt bằng HCl 6N Sử dụng pipet pasteur để nhỏ từ từ từng giọt HCl 6N vào hỗn hợp nhằm điều chỉnh pH Quá trình acid hóa được thực hiện cho đến khi pH của dung dịch đạt từ 6-7, sau đó ngừng thêm HCl.
Toàn bộ hỗn hợp phản ứng được chuyển vào phễu chiết, sau đó thêm 25 mL nước để tráng bình cầu Tiến hành chiết 3 lần với 25 mL dung môi dichloromethane (DCM), lắc đều để sản phẩm chuyển sang pha hữu cơ Tách pha hữu cơ và loại bỏ pha nước, sau đó làm khan pha hữu cơ bằng muối sodium sulfate (Na2SO4) và lọc rửa muối cho đến khi dung dịch qua giấy lọc có màu nhạt Cuối cùng, thu hồi sản phẩm thô bằng cách cô quay đuổi dung môi DCM bằng hệ thống cô quay chân không.
Kiểm tra dịch lọc sau phản ứng được thực hiện bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng Sản phẩm thô được tinh chế bằng sắc ký cột, sử dụng hệ dung môi Hex:EtOAc (98:2) cho quá trình cô lập và tinh sạch TT01 Sau khi hoàn tất sắc ký lớp mỏng, các vết được phát hiện dưới đèn UV 254 nm và 365 nm Sản phẩm chính được cô lập và cấu trúc được xác định thông qua phổ khối lượng và phổ NMR.
-3,4Bd: 3,4-difluorobenzaldehyde -4F2OHAc:4'-fluoro-2-hydroxyacetophenone -M: Mẫu sau khi kết thúc phản ứng
2.2.2 Điều chế các dẫn xuất flavonol
2.2.2.1 Điều chế hợp chất 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H-chromen-4- one
Hình 2.4 Phản ứng điều chế TT02
Tỷ lệ các chất trong quá trình điều chế 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H-chromen-4-one (TT02) được thể hiện trong Bảng 2.3, trong khi phương trình điều chế phản ứng oxi hóa chalcone trong H2O2/NaOH được mô tả trong Hình 2.4.
Bảng 2.3 Thành phần các tác chất chất tham gia trong phản ứng điều chế TT02
(g/mol) m (mg) n (mmol) V (μL) Ghi chú
(E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2- hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one (TT01) 278,06 50,0 0,1798 - Rắn
Cân 50 mg (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one
Sử dụng micropipet, hút 540 μL dung dịch sodium hydroxide 20%, 540 μL dung dịch hydrogen peroxide 30% và 108 μL EtOH, sau đó cho vào bình cầu 50 mL Tiến hành khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng và kiểm tra TLC cho đến khi hết tác chất Hỗn hợp thu được có màu vàng đậm như hình 2.5.
Phản ứng được thực hiện trong 2 giờ cho đến khi tác chất hết Kết thúc phản ứng bằng cách acid hóa bằng acid acetic cho đến khi pH dung dịch dưới 7 Sử dụng pipet pasteur để nhỏ từ từ acid acetic vào hỗn hợp nhằm điều chỉnh pH Quá trình acid hóa sẽ dừng lại khi pH của dung dịch đạt từ 6-7.
` Hình 2.5 Hỗn hợp TT02 trong quá trình khuấy từ ở nhiệt độ phòng
Hỗn hợp được chiết ba lần bằng DCM, mỗi lần 30 mL, sau khi lắc đều phễu chiết, để yên nhằm tối ưu hóa sự phân tách Pha hữu cơ thu được sẽ được làm khan bằng muối sodium sulfate và lọc để loại bỏ muối cho đến khi dịch lọc đạt màu nhạt Cuối cùng, dịch lọc được cô quay bằng hệ thống cô quay chân không để thu được sản phẩm thô.
Kiểm tra dịch lọc sau phản ứng được thực hiện bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng, với sự so sánh giữa các vết và tác chất (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one Sau khi hoàn thành quá trình sắc ký lớp mỏng, các vết được phát hiện dưới ánh sáng UV.
254 nm và 365 nm (Hình 2.6) Sản phẩm chính được cô lập và xác định cấu trúc bằng phổ khối lượng và phổ NMR
Hình 2.6 Kết quả TLC của phản ứng điều chế TT02
Tinh chế sản phẩm thô bằng phương pháp sắc ký cột là quy trình quan trọng trong việc cô lập và tinh sạch Hệ dung môi sử dụng cho quá trình này là hỗn hợp Hexan và Ethyl Acetat với tỷ lệ 95:5 Để giải ly, hệ dung môi được điều chỉnh thành Hexan và Ethyl Acetat với tỷ lệ 9:1.
2.2.3 Điều chế các dẫn xuất flavanone
2.2.3.1 Điều chế hợp chất 7-fluoro-2-(2-fluorophenyl)chroman-4-one (TT03)
Hình 2.7 Phản ứng điều chế TT03
Tỷ lệ các chất trong quá trình điều chế 7-fluoro-2-(2-fluorophenyl)chroman-4-one (TT03) được thể hiện trong Bảng 2.5, trong khi phương trình điều chế phản ứng đồng phân hóa chalcone thành flavanone dưới sự xúc tác của acid Lewis được mô tả chi tiết ở Hình 2.7.
-DCM: mẫu trong dịch chiết DCM -Chal: (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one
Bảng 2.4 Thành phần các tác chất chất tham gia trong phản ứng điều chế TT03
(E)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)-3-(2- fluorophenyl)prop-2-en-1-one 260,24 50 0,192 - Rắn
Cân 50 mg (E)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)-3-(2-fluorophenyl)prop-2-en-1-one (0,192 mmol), 78,04 mg iron (III) chloride (0,48 mmol), hút 10 mL Ethanol vào bình cầu hai cổ 50 mL, lắp vào hệ thống sinh hàn Phản ứng được thực hiện ở điều kiện đun hoàn lưu như Hình 2.8
Thực hiện phản ứng trong vòng 18 giờ và kiểm tra tiến trình bằng TLC Hỗn hợp được chiết ba lần với DCM, mỗi lần 20 mL, lắc đều phễu chiết và để yên để đảm bảo phân tách tốt nhất Thu lại pha hữu cơ và loại bỏ pha nước Pha hữu cơ được làm khan với Na2SO4, sau đó lọc để loại bỏ muối cho đến khi dịch lọc nhạt màu Cuối cùng, dịch lọc được cô quay bằng hệ thống chân không để thu được sản phẩm thô.
Hình 2.8 Hỗn hợp TT03 trong điều kiện đun hoàn lưu
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả tổng hợp và biện giải cấu trúc hợp chất 4-fluoro-2-
3.1.1 Kết quả tổng hợp (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2- hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one (TT01)
Hợp chất TT01 là một chất rắn màu vàng, với kết quả sắc ký lớp mỏng cho giá trị Rf lần lượt là 0,34, 0,46 và 0,77 khi sử dụng các hệ dung môi Hex:EtOAc với tỷ lệ 98:2, 95:5 và 9:1 (v/v).
Hình 3.1 Kết quả TLC của hợp chất TT01 sau khi tinh sạch với các hệ dung môi
Hiệu suất của quá trình tổng hợp là H = 9,0%
Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất TT01 được xác định là: Mp = 171-172 °C
Trình bày giải phổ hợp chất TT01
Phổ MS của hợp chất TT01 (Phụ lục 1) có mũi ion phân tử giả [M-H] - = 276,8 phù hợp với công thức phân tử C15H9F3O2 (M = 278,1 g/mol)
Phổ 1 H-NMR (CDCl3-600 MHz) (Phụ lục 2 và Phụ lục 3)
Hợp chất TT01 là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt giữa 4-fluoro-2- hydroxyacetophenone và 3,4-difluorobenzaldehyde trong điều kiện khuấy từ ở nhiệt độ
Sản phẩm mong muốn là (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one, với 09 tín hiệu proton được xác định từ các giá trị tích phân trên phổ đồ Cấu trúc ban đầu dự đoán có vòng A với 03 proton.
B có 03 proton và 02 proton ở vị trí H, H, 01 proton của nhóm thế -OH
Phổ 1 H-NMR của hợp chất TT01 cho thấy các tín hiệu H 7,21-7,92 ppm Đây là vùng cộng hưởng đặc trưng của các proton vòng thơm Ngoài ra còn tín hiệu mũi đơn ở 13,05 (s, 1H) ppm tương ứng với proton của nhóm -OH gắn trên vòng A
Tín hiệu mũi đôi tại H 7,47 và H 7,81 với hằng số ghép lớn cho thấy sự tương tác của 2 proton ở vị trí trans Theo cấu trúc của sản phẩm tổng hợp, hai tín hiệu này tương ứng với proton Hβ và Hα của nối đôi >C=C< trong mạch 3C Tín hiệu ở vùng trường thấp được quy cho proton Hβ do ảnh hưởng của nhóm carbonyl.
Vòng B có hai nhóm thế fluoro, dẫn đến sự tăng chắn, khiến các tín hiệu của vòng B dự đoán nằm ở vùng trường thấp hơn so với vòng A Do đó, tín hiệu trong khoảng 7,2-7,5 ppm được gán cho ba proton trong vòng B, với tín hiệu ở δH 7,5 (ddd, 3J).
Tín hiệu H2 ở vị trí 1H ppm được quy cho H2 do bị chẻ mũi bởi hai nhóm fluoro ở vị trí ortho và meta, với hằng số ghép lần lượt là 10,8 Hz và 7,2 Hz, tạo thành mũi đôi-đôi Tiếp theo, proton H6 ở vị trí meta tiếp tục chẻ mũi đôi, dẫn đến tín hiệu mũi đôi-đôi-đôi với δH 7,4 (ddd) và các hằng số ghép 3 J (H,H) = 9 Hz, 4 J (H,F) = 4,8 Hz, 5 J (H,F).
Tín hiệu proton tại vị trí số 6 được ghi nhận ở 2,4 Hz (1H) ppm, với sự hình thành của mũi đôi do sự chẻ mũi của H5, có hằng số ghép 3J(H,H) = 9 Hz Nhóm thế fluoro ở vị trí meta tạo ra mũi đôi với hằng số ghép 4J(H,F) = 4,8 Hz, trong khi nhóm thế fluoro ở vị trí para tạo ra mũi đôi với hằng số ghép 5J(H,F) = 2,4 Hz Tín hiệu mũi đôi-đôi-đôi còn lại được quy cho proton H5 ở δH.
7,24 (ddd, 3 J (H,F) = 9,6 Hz, 4 J (H,F) = 8,4 Hz, 3 J (H,H) = 8,4 Hz, 1H) ppm
Hình 3.2 Proton trên vòng B của TT01
Dựa vào cấu trúc dự đoán ban đầu, vị trí H6 chịu ảnh hưởng của nhóm carbonyl nên proton này sẽ nằm ở vùng trường thấp Tín hiệu ở H 7,9 (dd, 3 J (H,H) = 9 Hz, 4 J (H,F)
Proton H6 tại 6 Hz (1H) ppm bị chẻ mũi bởi H5 với hằng số ghép 3 J (H,H) = 9 Hz và bị nhóm thế fluoro ở vị trí meta chẻ mũi với hằng số ghép 4 J (H,F) = 6 Hz H3 và H5 trên vòng A chịu ảnh hưởng của nhóm thế fluoro và hydroxyl, khiến chúng nằm ở vùng trường cao hơn H6 Tín hiệu mũi đôi-đôi ở δH 6,72 (dd, 3 J (H,F) 10,2 Hz, 4 J (H,H) = 2,4 Hz, 1H) được quy cho H3, xuất hiện do sự chẻ mũi của nhóm thế fluoro ở vị trí ortho và H5 ở meta Tín hiệu của proton H5 được quy cho tín hiệu mũi đôi-đôi-đôi ở δH 6,67 (ddd, 3 J (H,F) 9 Hz, 3 J (H,H) = 7,8 Hz, 4 J (H,H) = 2,4 Hz, 1H) ppm.
Hình 3.3 Proton trên vòng A của TT01
Phổ 13 C-NMR (CDCl 3 ) và HSQC
Phổ 13 C-NMR của hợp chất TT01 có 15 tín hiệu (Phụ lục 4, Phụ lục 5 và Phụ lục 6 ) tương ứng với dự đoán về cấu trúc Tín hiệu δC 192,08ppm có tín hiệu đặc trưng cho nhóm carbonyl Các tín hiệu nằm trong vùng từ 143,2 – 105,15 ppm là vùng cộng hưởng của carbon và tín hiệu từng carbon được xác định dựa theo phổ HSQC (Phụ lục 7 và Phụ lục 8) Ngoài ra, dựa vào hằng số ghép có thể xác định tín hiệu ở δC 167,7 (d, 1 J
(C,F) = 256,25 Hz, 1C) ppm được qui cho carbon ở vị trí 4 và tín hiệu ở δC 166,3 (d, 3 J
Tín hiệu NMR của hợp chất TT01 cho thấy (C,F) = 13,75 Hz, với tín hiệu ở 1C) ppm tương ứng với carbon tại vị trí 2 Nhóm carbonyl và nối đôi >C=C< ảnh hưởng đến tín hiệu mũi đơn ở 131,7 ppm, đại diện cho C1, trong khi tín hiệu ở 116,9 ppm là của carbon tại vị trí 1 Các tín hiệu từ 153,0 – 149,7 ppm phản ánh sự hiện diện của hai carbon C3, C4 trên vòng B Dữ liệu này khẳng định cấu trúc của TT01 là (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one, với thông tin chi tiết được trình bày trong Bảng 3.1.
31 hợp chất TT01 được trình bày trong Hình 3.4 Cấu trúc TT01 là hợp chất mới lần đầu tiên được tổng hợp theo kết quả dò tìm từ Scifinder-n
Hình 3.4 Cấu trúc hóa học của (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2- fhydroxyphenyl)prop-2-en-1-one Bảng 3.1 Dữ liệu phổ NMR và HSQC của hợp chất TT01
Vị trí δ H (ppm), J (Hz) δ C (ppm), J (Hz) HSQC
Kết quả tổng hợp và biện giải cấu trúc các hợp chất flavanone và flavonol
3.2.1 Kết quả tổng hợp 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H-chromen-4- one (TT02)
Hình 3.5 Kết quả TLC của hợp chất TT02 sau khi tinh sạch với các hệ dung môi
Hợp chất TT02 là tinh thể rắn màu vàng xám, với kết quả sắc ký lớp mỏng cho Rf lần lượt là 0,37; 0,51; và 0,63, tương ứng với các hệ dung môi Hex:EtOAc là 9:1, 85:15 và 8:2 (v/v).
Hiệu suất của quá trình tổng hợp là H = 30,3%
Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất TT02 được xác định là: Mp = 169-170 °C
Trình bày giải phổ hợp chất TT02
Phổ MS của hợp chất TT02 (Phụ lục 9) có mũi ion phân tử giả [M-H] - = 290,8 phù hợp với công thức phân tử C15H7F3O3 (M = 292,0 g/mol)
Phổ 1 H-NMR (CDCl3-600 MHz) (Phụ lục 10 và Phụ lục 11)
The compound TT02 is the cyclized product of (E)-3-(3,4-difluorophenyl)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one, synthesized in the presence of H2O2/NaOH The desired product obtained from this reaction is 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H-chromen-4-one.
Phổ 1 H-NMR của hợp chất TT02 cho tín hiệu từ δH 8,28-7,06 ppm, đặc trưng cho các proton trên vòng thơm Ở vùng tín hiệu này, 07 proton tương ứng với dự đoán về cấu trúc là vòng A có 03 proton, vòng B có 03 proton và 01 proton của nhóm -OH trên vòng
C Trên phổ đồ còn xuất hiện tín hiệu mũi đơn rộng của 01 proton tại δH 7,05 ppm, đây được qui là tín hiệu cho proton của nhóm hydroxy tại vị trí số 03 của vòng C
Dựa vào cấu trúc dự đoán ban đầu, vòng B bị ảnh hưởng bởi hai nhóm thế fluoro, dẫn đến tín hiệu của vòng B nằm ở vùng trường thấp hơn so với vòng A, với các proton trong khoảng δH 7,34-8,13 ppm H2 và H6 bị ảnh hưởng bởi nhóm α,β-carbonyl bất bão hòa, khiến tín hiệu mũi đôi-đôi-đôi ở δH 8,11 ppm được gán cho proton H2 Proton này bị nhóm thế fluoro ortho chẻ mũi đôi với hằng số ghép 3 J (H,F) = 11,4 Hz, trong khi nhóm thế fluoro ở vị trí meta chẻ mũi đôi với hằng số ghép 4 J (H,F) = 7,8 Hz Proton H6 ở vị trí meta cũng chẻ mũi đôi với hằng số ghép 4 J (H,H) = 1,8 Hz Tín hiệu của proton H6 nằm ở vùng trường thấp do vị trí ortho so với nhóm thế fluoro, trong khi proton H5 ở vị trí ortho với nhóm thế fluoro được dự đoán nằm ở trường cao hơn, với tín hiệu ở δH 7,03 (m, 1H) ppm Cuối cùng, tín hiệu mũi đa tại δH 8,02 (m, 1H) ppm được qui cho proton H6.
Hình 3.6 Proton trên vòng B của TT02
Vị trí H5 trong cấu trúc được dự đoán ban đầu chịu ảnh hưởng từ nhóm carbonyl (>C=O), một nhóm có tính rút điện tử, dẫn đến proton này nằm trong vùng trường thấp Do đó, tín hiệu ở δH 8,27 (dd, 3 J (H,H) = 8,4 Hz, 4 J (H,F) = 6 Hz, 1H) ppm được xác định là của proton H5.
H8 ở vị trị ortho so với dị tố oxy (O) của vòng C nên tín hiệu mũi đôi-đôi ở δH 7,27 (dd,
Tín hiệu proton H8 xuất hiện ở 3J(H,F) = 9 Hz và 4J(H,H) = 1,8 Hz Sự xuất hiện của tín hiệu mũi đôi-đôi là do sự chẻ mũi của nhóm thế fluoro tại vị trí ortho, tiếp theo là sự chẻ mũi đôi của proton H6 tại vị trí meta Proton H6, nằm ở vị trí ortho so với nhóm fluoro, được dự đoán sẽ xuất hiện ở trường cao Tín hiệu mũi đôi-đôi-đôi tại δH 7,19 (ddd, 3J(H,F) = 3J(H,H) 8,4 Hz, 4J(H,H) = 1,8 Hz) ppm được quy cho proton H6.
Hình 3.7 Proton trên vòng A của TT02
Phổ 13 C-NMR (CDCl 3 ) và HSQC
Phổ 13 C-NMR của hợp chất TT02 có 15 tín hiệu (Phụ lục 12, Phụ lục 13 và Phụ lục 14) tương ứng với cấu trúc dự đoán Tín hiệu δC 172,7 ppmcó độ dịch chuyển hóa học là tín hiệu đặc trưng cho nhóm carbonyl (>C=O) Các tín hiệu nằm trong vùng từ từ δC 128,2- 104,7 ppm đặc trưng cho vùng cộng hưởng của các carbon vòng thơm và tín hiệu từng carbon được xác định thông qua sự tương quan trên phổ HSQC (Phụ lục 15 và Phụ lục
Hợp chất TT02, có công thức hóa học là 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H-chromen-4-one, đã được tổng hợp lần đầu tiên và cấu trúc hóa học của nó được mô tả trong Hình 3.8 Dữ liệu liên quan đến TT02 được xác nhận từ kết quả dò tìm trên Scifinder-n.
Hình 3.8 Cấu trúc hóa học của 2-(3,4-difluorophenyl)-7-fluoro-3-hydroxy-4H- chromen-4-one
Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TT02 được trình bày trong Bảng 3.2
Bảng 3.2 Dữ liệu phổ NMR và HSQC của hợp chất TT02
Vị trí δ H (ppm), J (Hz) δ C (ppm), J (Hz) HSQC
3.2.2 Kết quả tổng hợp 7-fluoro-2-(2-fluorophenyl)chroman-4-one (TT03)
Hình 3.9 Kết quả TLC của hợp chất TT03 sau khi tinh sạch với các hệ dung môi
Hợp chất TT03 là tinh thể rắn màu trắng, được phân tích qua sắc ký lớp mỏng với các giá trị Rf lần lượt là 0,2, 0,45 và 0,66, tương ứng với các hệ dung môi Hex:EtOAc = 98:2 và Hex:EtOAc.
Hiệu suất của quá trình tổng hợp là H = 26,6 %
Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất TT03 được xác định là: Mp = 64 – 65°C
Trình bày giải phổ của hợp chất TT03
Phổ MS là của hợp chất TT03 (Phụ lục 17) có mũi ion phân tử giả [M+H] + = 260,9 phù hợp với công thức phân tử C15H10F2O2 (M = 260,1 g/mol)
Phổ 1 H-NMR (CDCl3-600 MHz) (Phụ lục 18 và Phụ lục 19)
The compound TT03 is a product of the isomerization of (E)-1-(4-fluoro-2-hydroxyphenyl)-3-(2-fluorophenyl)prop-2-en-1-one using FeCl3.6H2O in an ethanol solvent Consequently, the desired product is 7-fluoro-2-(2-fluorophenyl)chroman-4-one.
Dựa vào dự đoán về cấu trúc của sản phẩm tổng hợp thì các tín hiệu mũi đôi-đôi ở δH
3,05 (dd, 2 J (H,H) = 16,8 Hz, 3 J (H,H) = 13,2 Hz, 1H) ppm, δH 2,93 (dd, 2 J (H,H) = 16,8
Tín hiệu đặc trưng trong cấu trúc của flavanone được thể hiện qua hai tín hiệu tại δH 3,05 và δH 2,93 ppm, tương ứng với proton H3b và H3a Hai proton này gắn trên cùng một carbon của nhóm >CH2 nhưng xuất hiện hai tín hiệu khác nhau do liên kết với carbon bất đối xứng tại vị trí số 02, dẫn đến sự không tương đương Tín hiệu mũi đôi-đôi hình thành khi proton H3b chẻ H2 thành mũi đôi với hằng số ghép 3 J (H,H) = 13,2 Hz, sau đó H3a tiếp tục chẻ H2 thành mũi đôi với hằng số ghép là 3 J (H,H) = 3 Hz.
Phổ 1 H-NMR của TT03 còn xuất hiện các tín hiệu nằm trong vùng từ δH 6,74-7,98 ppm đặc trưng cho tín hiệu của các proton gắn trên vòng thơm Trong vùng này xuất hiện 07 tín hiệu tương ứng với vòng A có 03 proton và vòng B có 04 proton
Dựa vào cấu trúc dự đoán ban đầu, vị trí H5 bị ảnh hưởng bởi nhóm carbonyl (>C=O), một nhóm rút điện tử, dẫn đến việc proton này nằm trong vùng trường thấp Tín hiệu tại δH 7,97 (dd, 3 J (H,H) = 8,4 Hz, 4 J (H,F) = 6,6 Hz, 1H) ppm được xác định là của proton ở vị trí H5.
Proton H8 nằm ở vị trí ortho so với dị tố (O), dẫn đến tín hiệu ở δH 6,75 ppm được quy cho proton H8 Trong khi đó, proton H6 cũng nằm ở vị trí ortho so với nhóm fluoro, nên tín hiệu của proton này được dự đoán sẽ nằm ở trường cao.
