Nghiên cứu Dihidropirimidinon trong điều kiện hóa học xanh

Nghiên cứu Dihidropirimidinon trong điều kiện hóa học xanh

3.1 MUC TIEU

Mục tiêu là khảo sát phần ứng Biginell trong điều kiện Hóa học Xanh là

không sử dụng dung môi và xúc tác trên các chất nền: ure (hoặc tioure),

acetoacetat etil, benzaldehid và dẫn xuất

Phan dng được thực biện trong điều kiện dun nóng cổ điển, hoặc chiếu xa

siêu âm, vi sóng nhằm tìm hiểu những thuận lợi và hạn chế của các phương pháp

này trong phản ứng Biginell,

Ngoài ra trong nghiên cứu này, chúng tôi còn điều chế một số sản phẩm có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng

Các yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất phản ứng Biginelli là:

e Tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản ứng

28 2 NGHIEN CUU

Cl CHO

_——

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

30 2 NGHIEN CUU

3.2 QUI TRINH THUC HIEN

Sơ đồ 3: Qui trình phản ứng Biginelli

LUAN VAN THAC Si KHOA HOC HOA HOC

31

—

3.3 KHAO SÁT CÁC DIEU KIRN PHAN UNG

Tiến hành khảo sát các điều kiện phan Ứng sau:

Đầu tiên, chọn benzaldehid, acetoacetat etil và ure để khảo sát

3.4 BENZALDEHID VỚI URE

3.4.1 Phương pháp đun hoàn hiv khuấy từ [phụ lục 3.4.1]

Chọn tỉ lệ mol benzaldehid : acetoacetat etil : ure là I :1 : 1.5 và thời gian

60 phút, để tiến hành thay đổi nhiệt độ phản ứng, tìm ra nhiệt độ phù hợp, kết

quả ghi trong Bảng 19

phản ứng có ảnh hưởng đến hiệu suất của phần ứng

a

LUAN VAN THAC Si KHOA HOC HOA HOC

33 2 NGHIEN CUU

3.4.1.3 Khảo sát thời gian phần ứng :

Điều kiện phản ứng: nhiệt độ 110 ẰC, tỉ lệ benzaldehid : aceloacetat eHl :

ure là Ì : 1 ; 1.5 Thời gian phản ứng được khảo sát theo Bảng 20

Bảng 20: Khảo sát thời gian phần ứng

Kết quả cho thấy thời gian phần ứng là 6O phút thì hiệu suất phản ứng đạt

77.2% Nếu tăng thời gian lên 75 phút thì hiệu suất đạt được cao nhất là 77.6%,

tăng không đáng kể Vậy chúng tôi quyết định chọn thời gian là 60 phút là thời

gian tối ưu của phần ứng Từ kết quả thấy rằng thời gian phần ứng có ảnh hưởng

đến hiệu suất phản ứng,

Kết luận: Qua sự kháo sát ban đầu trên benzaldebid chúng tôi đã chọn được các điều kiện tối ưu của phản ứng Biginelli là: nhiệt độ 110 °C, thời gian 60 phút và tỉ lệ moi benzaldehid : acetoacetat cHẳỈ : ure là 1: 1: 1.5

34 2 NGHIEN CUU

3.4.2.1 Lò vi sóng gia dụng cải tiến có gắn hệ thống hoàn lưu khuấy từ [phụ lục 3.4.2.1a]

Lồ vi sóng gia dụng cải tiến kết hợp với khuấy từ, hoàn lưu và nhiệt độ

phản ứng được đo bằng tia hồng ngoại [phụ lục 3.4.2 1b]

3.4.2.1.1 Khảo sát công suất

Sử dụng tỉ lệ mol nói trên benzaldehid : acetoacetat edtil : ure là 1: 1 : 1.5 Chọn thời gian 15 phút để khảo sát công suất Kết quả được ghi trong Bảng 21 Bảng 21: Khảo sát công suất lò vi sóng gia dụng cải tiến

® Đo nhiệt độ ngay khi vừa kết thúc phản ứng

Từ bảng kết quả trên cho thấy, khi tăng công suất lên thì hiệu suất phản

ứng tăng, nhưng khi tăng đến 750 W thì các tác chất bị phân hủy Nên chúng tôi chọn công suất 450 W là công suất thích hợp để khảo sát thời gian

3.4.2.1.2 Khảo sát thời gian

Tỉ lệ mol các tác chat van duge chon benzaldehid : acetoacetat etil : ure la 1: 1: 1.5, công suất lò 450 W để khảo sát thời gian phan tng Kết quả khảo sát được trình bày trong Bang 22

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Từ bảng kết quả trên cho thấy, tăng thời gian thì hiệu suất phần ứng tăng

theo Nhất là tăng đến 15 phút thì hiệu suất phần ứng tốt nhất là 67.3%, nhưng

khi tăng đến !8 phút thì sản phẩm bị phân hủy

Vì vậy điều kiện tối ưu cho sự thực biện phần ứng trong lò vi sóng gia dụng cải tiến có gắn hệ thống hoàn lưu khuấy từ là: ti 16 mol benzaldehid : acetoacetat eHl : ure là 1: 1: 1.5, thời gian 15 phút, công suất 450W

3.4.2.2 Lò vi sóng chuyên đùng có gắn hệ thống hoàn lưu

Lồ vi sóng chuyên ding MAXIDIGEST MX-350 [phu lục 3.4.2.2] được

thiết kế cố định nên chúng tôi chỉ có thể ráp thêm hệ thống hoàn lưu để thực

hiện phản ứng, máy khuấy từ không thể gắn thêm vào

3.4.2.2.1 Khảo sát công suất

Tỉ lệ moi các hóa chất benzaldcbid : aceloacetat ebl : ure là ¡ :1 : 1.5, thời

gian phần ứng được chọn là 10 phút để tiến hành khảo sát công suất của lò vi

sóng Kết quả được trinh bay trong Bang 23

36 2 NGHIEN CUU

Bảng 23: Khảo sát công suất lò vi sóng chuyên ding

ứng bị phân hủy, Trong khảo sát lò vì sóng chuyên dụng chúng tôi không thực

hiện đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại được, vì khi phần ứng vừa kết thúc để lấy

bình phần ứng ra được thì mất một khoảng thời gian tương đối dài cho nên việc

đo nhiệt độ không chính xác Vì vậy chọn công suất 45 W làm công suất thích hợp để khảo sát tiếp thời gian phản ứng

3.4.2.2.2 Khảo sát thời gian

Tỉ lệ moi như trên, công suất 45 W tiến hành khảo sất thời gian phản ứng Kết quả khảo sát được trình bày trong Bảng 24,

Bang 24: Khảo sát thời gian phản ứng

Sit Thời gian (phú) Hiệu suất (%)

3.4.2.3 Nhận xét hai phương pháp

So sánh điều kiện tối tu của hai phương pháp chiếu xa vi sóng gia dụng kết hợp khuấy từ hoàn lưu và vi sóng chuyên đùng có gắn hệ thống hoàn lưu trong cùng những điều kiện phần ứng Kết quả trong Bảng 25

Bảng 25: So sánh kết quả của hai loại lò vi sóng

Bảng 25 cho thấy với tỉ lệ moi các tác chất như nhau, nhưng lò vi sóng gia

dụng, công suất 450 W, thời gian 15 phút thì hiệu suất tối đa là 67.3%, còn lò vi sóng chuyên dùng sử dụng công suất 45 W, thời gian 10 phút thì hiệu suất tối đa

là 58.5% Điều này giải thích rằng phan ứng được thực hiện trong lò vi sóng gia

dụng có kết hợp được máy khuấy từ nên cho hiệu suất tốt hơn lò vi sóng chuyên

dùng (không thể kết hợp hệ thống khuấy từ do cấu tạo của máy) Do đây là phần ứng di pha không sử dụng dung môi và xúc tác Cho nên các chất tham gia phản ứng càng được khuấy trộn càng nhiều thì hiệu suất phản ứng càng tốt,

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HOC HOA HOC

38 2 NGHIEN CUU

3.4.3 Phương pháp siêu âm

Phản ứng được thực hiện trong bổn siêu âm [phụ lục 3.4.3] với tỉ lệ benzaldehid : acetoacetat etil : ure là 1 : 1 : 1.5, cho kết quả ghi trong Bảng 26 Bang 26: Hiệu suất phản ứng phương pháp siêu âm ở nhiệt độ phòng

Bảng 26 cho thấy sự kích hoạt phần ứng bằng siêu âm (bổn siêu âm) không

thích hợp cho phản ứng Biginelli (mặc dù đây là phản ứng dị pha) Do đó chúng

tôi quyết định không thực hiện phẩn ứng bằng phương pháp siêu âm đối với các

dẫn xuất khác của benzaldehid

3.5 BENZALDEHID VỚI TIOURE VÀ CÁC DẪN XUẤT KHÁC CỦA

R: C.Hs-, 4-MeO-C,Hz-, 4-CI-CaHa-, 4-Me-CeHu-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

39 2 NGHIEN CUU

3.5.1 Phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ

Ti lệ moi benzaldehid : acetoacetat ctil : ure là 1 : 1 ; 1.5, nhiệt độ 110 °C, thời gian 60 phút Kết quá ghi trong Bắng 27,

Bảng 27: Hiệu suất của các dẫn xuất benzaldehid

Từ kết quả Bảng 27 trên cho thấy các nhóm thế có hiệu ứng rút điện tử như

4-CI, cũng như các nhóm thế có hiệu ứng đấy điện tử như 4-Me, 4-OM, cho

hiệu suất thấp hơn trong trường hợp không mang nhóm thế với cùng điều kiện

phần ứng Vì vậy có thể kết luận hiệu ứng điện tử không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phan ứng

3.5.1.1 Khảo sát nhiệt độ phan ứng

Ỡ đây còn có hai thông số cần khảo sát là: nhiệt độ và thời gian Chúng tôi thấy rằng thay đổi thời gian không có lợi, vì vậy chọn cách thay đổi nhiệt độ là

hạ và tăng nhiệt độ phần ứng lên

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC HOA HO

40 2 NGHIEN CUU

3.5.1.1.1 5-Etoxicarbonil-6-metil-4-phenil-3,4-dihidropirimidin-2-tion

Thực hiện phản ứng ở điều kiện như trên Cho kết quả ghi ở Bảng 28

Bảng 28: Hiệu suất của sản phẩm (4b)

Từ kết quả cho thấy hiệu suất cao nhất của sản phẩm (4b) đạt được là

80.0% tại 130 °C Khi tăng lên 135 °C thì hiệu suất phẩn ứng giảm và sản phẩm

4 _2 NGHIÊN CỨU

Từ kết quả cho thấy hiệu suất cao nhất của sản phẩm (ác) đạt được là 76.3% tai 115 °C Khi tăng lên 120 °C thì hiệu suất phản ứng giảm

3.5.1.1.3 5-Etoxicarbonil-4-(4-metoxiphenif)-6-metil-3,4-dihidropirimidin-2- tion

Thực hiện phần ứng ở điều kiện như trên Cho kết quả ghi ở Bảng 30

Từ bảng kết quả cho thấy tại 125 °C thì hiệu suất cao nhất 74.4%, Khi tăng

nhiệt độ lên 130 °C thì hiệu suất có tăng nhưng không đáng kể,

42 2 NGHIEN CUU

Bảng 31: Hiệu suất sản phẩm (4e)

Từ kết quả cho thấy hiệu suất cao nhất của sản phẩm (4f) đạt được là

62.1% tại 120 °C Khi tăng lên 125 °C thì hiệu suất phản ứng tăng không đáng

Sit Nhiệt độ (°C) Hiệu suất (%) 1Ó 110 43.7

2 115 60.7

3 120 61.1

Từ báng kết quả cho thấy tại 115 °C thì hiệu suất 60,7%, Khi tăng nhiệt độ

lên 120 °C thì hiệu suất có tăng nhưng không đáng kể

3,5.1.1.7, 5-Etoxicarbenil-6-metil-4-(4-metilphenil)-3,4-dihidropirimidin-2-tion Thực hiện phản ứng ở điều kiện như trên Cho kết quả ghi ở Bảng 34

Bắng 34: Hiệu suất sản phẩm (4h)

44 2 NGHIÊN CỨU

Từ kết quả trong Bảng 34 cho thấy tại 130 °C phản ứng vẫn chưa xây ra Do trong nghiên cứu này chỉ tiến hành tối ưu hóa trong điều kiện là chỉ thay đổi nhiệt độ Cho nên chúng tôi cho rằng cần phải thay đổi về điều kiện phản ứng

(cụ thể là tăng thời gian phản ứng) thì phản ứng có thể xây ra

Kết luận: bằng cách cố định thời gian phản ứng là 60 phút và tỉ lệ mol

benzaldehid hoặc dẫn xuất : acetoacetat cúl : ure hoặc tioure là 1 : 1: 1.5, chỉ thay đổi nhiệt độ phản ứng cho kết quả ghi trong Bắng 35

Bảng 35: Hiệu suất các sản phẩm (4a-g)

Chọn điều kiện tối ưu của benzaldehid và ure: tỉ lệ mol benzaldehid : acetoacetat ctil : ure là 1 : 1 : 1.5, thời gian 15 phút, công suất 450 W, kết hợp với đo nhiệt độ phản ứng bằng tia hồng ngoại, để áp dụng cho các dẫn xuất khác

của benzaldehid và tioure Kết quả được trình bày trong Bảng 26

Bảng 36: Hiệu suất phản ứng trong trường hợp chiếu xạ multimode

Ar x San pham | Nhiét d6 (°C)* | Hiéu suat (%)

46 2 NGHIEN CUU

So sánh với kết quả của phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ ở Bắng 27 thì phần lớn các sắn phẩm ở phương pháp chiếu xạ vi sóng gia dụng cái tiến có gắn

hệ thống hoàn lưu khuấy từ cho hiệu suất gần như bằng nhau, nhưng thời gian

giảm từ 6Q phút của phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ xuống 15 phút phương

pháp chiếu xa multimode

Ngoài ra chúng tôi còn khảo sát phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ trong

cùng điều kiện thời gian 15 phút và nhiệt độ để so sánh Kết quá ghi trong Bảng

37

Bảng 37: So sánh phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ và chiếu xạ vị sóng

lò gia dụng cải tiến có gắn hệ thống hoàn lưu khuấy từ trong cùng điển kiện nhiệt độ và thời gian 15 phút

2: chiếu xạ vi sóng gia dụng có gắn hệ thống hoàn lưu khuấy từ 450 W, Lỗ phút

47 2 NGHIEN CUU

Kết luận: kết quả thí nghiệm ở Bảng 37 cho thấy trong cùng điều kiện

phản ứng thì phương pháp chiếu xạ vi sóng gia dụng cải tiến có gắn hệ thống

hoàn lưu khuấy từ cho hiệu suất cao hơn phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ cổ

điển

3.5.2.2 Lò vỉ sóng chuyên dùng có gắn hệ thống hoàn lưu

Sử dụng điều kiện tỉ lệ mol benzaldehid : acetoacetat etil : ure là l: 1: 1.5 công suất 45 W, thời gian 10 phút của benzaldehid và ure để áp dụng cho các dẫn xuất khác Kết quả được trình bày trong Bảng 38

Bảng 38: Hiệu suất phản ứng của các dẫn xuất benzaldehid và tioure dùng phương pháp chiếu xạ monomode

48 2 NGHIEN CUU

hoàn lưu khuấy từ cổ điển Bảng 35 Vì khi sử dụng lò vi sóng chuyên dung do cấu tạo của lò không kết hợp được hệ thống khuấy từ mà đây là loai phan tng di pha không sử dụng dung môi và xúc tác, cho nên sự khuấy trộn của các cấu tử

tham gia phản ứng là rất cần thiết điểu này ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất

phản ứng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

49 2 NGHIÊN CỨU

3.6 NHAN XET VA BIEN LUAN KET QUA

Ở đây chúng tôi đưa ra cdc bang két qua về hiệu suất phần ứng cao nhất khi dùng phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ, phương pháp chiếu xạ vi sóng gia

dụng có gắn hệ thống hoàn lưu khuấy từ và phương pháp chiếu xạ vi sóng

chuyên đùng có gắn hệ thống hoàn lưu,

Điều kiện phản ứng chung: tỉ lệ moi benzaldehid hoặc dẫn xuất : acetoacetat etil : ure hoặc tioure là 1: 1 ; 1.5 Phấn ứng hoàn toàn không sử dụng dung môi và xúc tác

Bảng 27: Hiệu suất phần ứng khi đun hoàn lưu khuấy từ, ở 110 °C và thời

30 2 NGHIÊN CỨU

Bảng 35 : Hiệu suất phản ứng khi đun hoàn lưu khuấy từ, ở các điều kiện

nhiệt độ tối ưu, thời gian 60 phút

Bang 36 : Hiệu suất phần ứng khi dùng lò vi sóng gia dụng cải tiến có gắn hệ

thống hoàn lưu khuấy từ, công suất 450 W, thời gian 15 phút

điểu kiện là tương đương nhau Nhưng ở đun khuấy từ thời gian thực hiện phần

ứng quá lâu (60 phút) so với lò vi sóng gia dụng cải tiến (15 phút), còn đối với lò

vi sóng chuyên dụng (Bảng 38) cho hiệu suất thấp nhất là do cấu tạo của lò

không thể gắn thêm hệ thống khuấy trộn

Tóm lại:

Trong qui mô phòng thí nghiệm thì phương pháp chiếu xạ vi sóng gia dụng

cải tiến vẫn hiệu quả hơn so với phương pháp đun truyền thống, điểu này được

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

32 2 NGHIÊN CỨU

chứng minh qua việc thực hiện phản ứng trong thời gian l5 phút ở cùng điều

kiện nhiệt độ trong Bảng 37

Trong qui mô sản xuất công nghiệp thì phương pháp đun hoàn lưu khuấy từ truyền thống cho hiệu quả tốt hơn vì dễ dàng tối ưu hóa phản ứng (Bảng 35) và

có thể thực hiện phản ứng với khối lượng lớn

3.7 XÁC ĐỊNH CƠ CAU CAC SAN PHAM

Cơ cấu các sản phẩm được được xác định bằng nhiều phương pháp

e Phương pháp truyền thống: đo nhiệt độ nóng chảy so sánh với các

tài liệu tham khảo

e_ Phương pháp hóa lí hiện đại: GC, GC-MS, NMR Kết quả ghi trong

Bảng 39

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC