Tổng hợp pheromone giới tính sâu hại lúa (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate dùng làm mồi nhử để bẫy sâu hại lúa

Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và đa dạng của hệ thống thực vật. Nền nông nghiệp lúa nước với hình ảnh cây lúa, cánh đồng đã quen thuộc với nông dân Việt Nam từ xưa đến nay. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày nay có nhiều giống lúa mới được nghiên cứu với mục đích tăng thu nhập cho người trồng lúa. Có rất nhiều loại sâu hại luôn đe dọa sự sống của những cây lúa mà nông dân đã bỏ nhiều công sức để trồng, những mối nguy hiểm ảnh hưởng đến sự sống của cây lúa là nguyên nhân của nhiều loại sâu, chẳng hạn như sâu đục thân lúa, bên cạnh đó tác hại do bọ trĩ (còn gọi là bù lạch) gây ra cũng vô cùng to lớn. Những tác hại do bọ trĩ gây ra cũng như việc phòng trừ luôn được chú ý quan tâm, nông dân có thói quen dùng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) và thuốc trừ sâu để phòng trừ sâu hại. Bên cạnh hiệu quả diệt trừ sâu hại, những ảnh hưởng tiêu cực do thuốc BVTV và thuốc trừ sâu mang lại như: ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng cũng là những vấn đề cần được quan tâm. Khác với các loại thuốc BVTV có tác dụng tiêu diệt trực tiếp trên bọ trĩ non và trưởng thành, pheromone giới tính là bẫy để bắt bọ trĩ trưởng thành nên có hiệu quả gián tiếp, tuy nhiên không vì thế mà việc dùng bẫy pheromone kém hiệu quả hơn thuốc BVTV, nếu pheromone được sử dụng rộng rãi thì hiệu quả phòng trừ tác hại của bọ trĩ là rất khả quan, điều này thích hợp với câu nói dân gian: “Phòng bệnh hơn chữa bệnh”. Thành phần pheromone của bọ trĩ được ghi nhận gồm các hợp chất sau: (E)3 12:Acid; (Z)5-14:Acid; delta5,8-14:Acid.52 Mục tiêu của đề tài Hiện nay việc dùng bẫy pheromone để bắt bướm của sâu hại ngày càng trở nên thông dụng và được nhiều người quan tam đến vì lý do vừa hiệu quả, tiết kiệm, vừa không ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sự an toàn đối với sức khỏe của cộng đồng. Chính vì thế mục tiêu của đề tài này là tổng hợp một hợp chất quan trọng có trong thành phần của pheromone bọ trĩ trưởng thành đó là hợp chất (Z)-5-tetradecenoic acid.

MỞ ĐẦU

- -Ngày nay, ở nước ta lĩnh vực nông nghiệp đang là nguồn sinh kế chính củahơn 60% dân số cả nước Kể từ năm 1989 đến nay, nước ta đã trở thành một quốcgia xuất khẩu nông sản, trong đó, gạo chiếm một tỷ lệ khá lớn Ngành sản xuất nôngnghiệp có ảnh hưởng trực tiếp đến hơn 2/3 hộ gia đình làm nông nghiệp trong đó có44% số hộ thuộc diện nghèo và có nguy cơ tiềm ẩn tái nghèo9,69 Với vị trí quantrọng như vậy nông nghiệp là chìa khóa của sự ổn định và phát triển đối với ngườidân Trong bối cảnh hội nhập WTO, nông nghiệp nước ta có thể có thêm nhiều cơhội phát triển, nhưng cũng có những tác động ảnh hưởng đến sự phát triển ổn địnhcủa ngành nông nghiệp

Tuy nhiên, hiện nay ngành nông nghiệp trong nước đang đối mặt với tìnhhình dịch hại nghiêm trọng và phức tạp như côn trùng ăn lá, đục thân, đục quả ngàycàng phát triển mạnh về mật độ và phạm vi diện tích, trở thành nỗi lo ngại lớn chongười nông dân Tình hình dịch hại phá hoại đã làm thiệt hại nghiêm trọng đến chấtlượng của hạt gạo, giảm năng suất thương phẩm xuất khẩu, ví dụ như tổng diện tích

bị nhiễm các loại sâu bệnh trên lúa của tuần cuối tháng 10 năm 2010 là 2.110 ha(không tính OBV và chuột), tăng 755 ha so với tuần trước và tăng 1.677 ha so vớicùng kỳ năm trước19

Chính vì vậy, nền nông nghiệp hữu cơ có xu hướng ngày càng được chú ývới việc tăng cường sử dụng chế phẩm có hoạt tính sinh học thân thiện với môi

trường để thay thế thuốc trừ sâu độc hại là xu hướng của thế giới nói chung và ViệtNam nói riêng Cùng với các chế phẩm sinh học có nguồn gốc từ nấm, thảo mộc, visinh, … đã được nghiên cứu và ứng dụng thì việc sử dụng pheromone - nhóm chếphẩm sinh học có tác dụng dẫn dụ, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống bảo vệ thựcvật, với đặc điểm chuyên tính cao với từng loại sâu hại nên rất an toàn với nông sản,sinh vật có ích, đồng thời mang lại lợi ích cho con người mà vẫn đảm bảo sự cânbằng sinh thái ở mức cao nhất có thể Pheromone được dùng như một công cụ để dựbáo, kiểm soát dịch hại cây trồng và nông sản lưu trữ trong kho.

Pheromone của sâu đục thân hại lúa, có cấu trúc phân tử là Chilo auricilius

Dudgeon (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate Đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng

hợp pheromone này đi từ nguyên liệu ban đầu là alcohol, ester hoặc hợp chấtaldehyde Ở đây, chúng tôi lựa chọn sơ đồ tổng hợp cũng đi từ chất nền ban đầu làalcohol decan-1,10-diol với phản ứng chìa khóa của sơ đồ là phản ứng Wittig sử

dụng xúc tác THF, t-BuOK

Mục tiêu của đề tài

Tổng hợp pheromone giới tính sâu hại lúa (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate

dùng làm mồi nhử để bẫy sâu hại lúa, góp phần bảo vệ môi trường sinh thái, bảo vệsức khỏe cộng đồng, tạo nên một nền nông nghiệp xanh

Nội dung của đề tài

- Tổng hợp (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate từ decan-1,10-diol và pentanal là

những nguyên liệu dễ tìm ở Việt Nam

- Sử dụng phản ứng Wittig làm phản ứng chìa khóa với tác chất t-BuOK tạo

môi trường base đồng thời lựa chọn điều kiện nhiệt độ, dung môi thích hợp cho

phản ứng để thu được sản phẩm có cấu hình (Z) chiếm ưu thế hoàn toàn so với cấu

hình (E) trong sản phẩm.

- Ứng dụng siêu âm và vi sóng để rút ngắn thời gian thực hiện phản ứng

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng phương pháp và kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ như siêu âm

trong tổng hợp pheromone giới tính của sâu hại lúa ( Chilo auricilius Dudgeon),

góp phần làm đa dạng và phong phú nguồn chế phẩm có hoạt tính sinh học phục vụ

nông nghiệp Kết quả nghiên cứu còn góp phần tìm hiểu sâu hơn về pheromone

(Z)-10-pentadecen-1-yl acetate, vừa là cơ sở khoa học đồng thời là dữ liệu để ứng dụngtrong việc phòng trừ và kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường

Chương Một

TỔNG QUAN

- -1.1 PHEROMON

1.1.1 Giới thiệu và định nghĩa pheromone1,70

Pheromone, xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1959, là thuật ngữ dành cho cáchóa chất mà động vật tiết ra để kích thích các hành vi mang tính bản năng của đồngloại Chẳng hạn, bướm đêm cái giải phóng pheromone để mời gọi bạn tình Khi cácnhà khoa học tìm thấy pheromone ở động vật, họ nhận ra chức năng của chúng rất

đa dạng chứ không chỉ bó hẹp trong việc kích thích các hành vi mang tính bản năngcủa những con cùng loại

Kể từ đó định nghĩa pheromone trở thành chủ đề gây tranh cãi Định nghĩasau được chấp nhận nhiều nhất: “Pheromone là các hóa chất có chức năng phát đimột tín hiệu có lợi cho cả bên gửi và bên nhận trên phương diện tiến hóa”

Cho dù chúng ta chấp nhận định nghĩa nào thì bản chất của các pheromonecũng không thay đổi Chúng là một phần quan trọng trong thế giới sinh vật sống.Động vật sử dụng pheromone để phát các thông tin về bản thân (như giới tính vànhu cầu giao phối), thay đổi sinh lý của con khác (như kích thích sự rụng trứng) vàtác động trực tiếp tới hành vi của đồng loại (cảnh báo về mối nguy hiểm, mời gọi

giao phối) Nhiều loài động vật có vú như chuột và hươu thường tiết ra pheromone

để thông báo các con khác trong đàn về sự xuất hiện của kẻ thù

Bao gồm các chất do con cái hay con đực tiết ra nhằm hấp dẫn bạn đời Cácloại pheromone giới tính rất đặc trưng cho từng loài côn trùng và có tác dụng rất

mạnh, chúng đóng một vai trò quan trọng trong đời sống côn trùng Các pheromonegiới tính cũng thuộc trong hệ thống affine, về hình thức là một sự tập hợp nhưng nộidung lại là những kích thích làm tăng việc chuẩn bị sẵn sàng giao phối

Trong những năm gần đây, pheromone giới tính được đặc biệt nghiên cứumạnh mẽ không chỉ xác định bản chất sinh học của chúng, mà còn đi sâu phân tích

cơ chế tác dụng sinh lý của chúng cũng như nghiên cứu cách tổng hợp nhân tạo đểđưa ra ứng dụng

Việc sản sinh ra pheromone thường có liên hệ chặt chẽ với hoạt động sinhdục của con cái Mặt khác, cường độ phản ứng của con đực đối với pheromone giớitính còn được thể hiện theo nhịp điệu thời gian nhất định

• Pheromone đánh dấu đường đi hay địa điểm

Pheromone này cũng thuộc vào nhóm các chất có tác dụng thu hút cá thể,

thuộc hệ thống affine, chỉ có một điều khác biệt là “kẻ phát tin” lại không có mục đích cần gắn liền với “con vật nhận tin”

Các tín hiệu bằng hóa hoc (pheromone) được để lại trên đường đi(pheromone đánh dấu đường đi) hay để lại ở một nơi nhất định (pheromone đánhdấu địa điểm)

1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác dụng xua đuổi

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động âmđối với con vật Trong nhóm này bao gồm các loại pheromone như sau:

 Pheromone báo động

Chất báo động còn được gọi là “chất sơ tán”, chức năng chủ yếu là “báo

động” cho đồng bọn khi có các yếu tố gây nguy hiểm cho chúng từ môi trường

ngoài Chất này được chủ động tạo ra tùy theo mức độ “bị gây rối loạn” hay sau khi

con vật bị thương Chúng đặc biệt có ý nghĩa ở những côn trùng sống thành xã hộihoặc sống nửa xã hội

 Pheromone phân tán

Trong khi sự tập hợp đưa đến hệ thống affine thì các yếu tố pheromone phân

tán lại tạo ra hệ thống diffuse, tức là làm cho các cá thể “xa cách” nhau Ở hàm

lượng nhỏ thì chất này có tác dụng hấp dẫn (appellent), còn khi ở nồng độ cao hơn

sẽ hình thành có tính chất quy luật, một khoảng cách xác định giữa các con vật; cònnếu ở những nồng độ cao hơn nữa thì chất này là chất gây tác dụng xua đuổi(repellent)

 Pheromone xua đuổi và pheromone bảo vệ

Ngược với chức năng của pheromone báo động, pheromone xua đuổi chủ yếulàm chức năng bảo vệ khỏi sự tấn công và ăn thịt của kẻ thù, đồng thời những chấtnày cũng được phân biệt với các chất phân tán điển hình bởi ý nghĩa tác dụng sinhhọc của nó trong đời sống con vật Vì thế, loại hình pheromone này còn được gọi làpheromone bảo vệ

1.1.3 Cấu trúc pheromone1,3,6,13,19

Cho đến nay, không phải người ta đã biết đầy đủ cấu trúc hóa học của tất cảcác pheromone đã được tìm ra từ các kết quả thí nghiệm sinh học Khó khăn cơ bảnở đây là các pheromone có rất ít trong cơ thể sinh vật Do vậy, để chiết suất và phân

tích chúng hoàn toàn không dễ dàng Hầu hết những pheromone đã được nghiên cứucho thấy chúng là các rượu, acid mỡ (chủ yếu là acid mỡ đối với mạch carbon có nốiđôi); một số khác là các alkaloid và các dẫn suất của alkaloid.

Về cấu trúc hóa học, cho đến nay mới phát hiện được một số pheromone vàcăn cứ vào các dạng cấu trúc hóa học này, bằng phương pháp tổng hợp nhân tạo đã

có một số chế phẩm pheromone được đem ứng dụng vào thực tế của công tác phòngchống côn trùng gây hại Mặc dù chỉ với nồng độ ≤ 10-12 g, người ta vẫn xem chúnglà một trong những chất có hoạt tính sinh học mạnh nhất mà con người phát hiện ra.Thành phần hóa học của pheromone rất đa dạng, có thể là: các hợp chất mạch thẳngchứa một vài nối đôi; các hợp chất dị vòng; các lactone vòng 5, 6, … Ngoài ra, còn

có các hợp chất có chứa carbon bất đối xứng, sự hiện diện của các carbon bất đốixứng này khiến cho việc nghiên cứu, cô lập, tổng hợp cấu trúc của pheromone càngphức tạp hơn Khi đó hoạt tính dẫn dụ côn trùng không chỉ phụ thuộc vào công thứcnguyên, cấu trúc hình học mà còn phụ thuộc vào độ sạch quang học của các tâm bấtđối xứng

1.1.4 Mối quan hệ giữa tổng hợp hữu cơ và pheromone

Việc ứng dụng tổng hợp hữu cơ trong sản xuất pheromone là việc làm hết sứcquan trọng trong thực tiễn, nhằm mục đích đưa ứng dụng của pheromone vào đờisống kỹ thuật

Mối quan hệ giữa tổng hợp hữu cơ và pheromone được thể hiện qua ba khíacạnh sau:

 Thứ nhất, tổng hợp sẽ giúp chứng minh cấu trúc của một pheromonehoặc phủ nhận quan điểm chưa chính xác về cấu trúc của một pheromone đã biết

1.1.5 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone

Về nghiên cứu tổng hợp pheromone, theo tổng kết của Mori K thì từ giữanăm 1990 đến đầu năm 2003 trên thế giới áp dụng bốn loại phản ứng chính để tổnghợp pheromone đó là: hóa học cơ borane; hóa học cơ kim loại của kim loại chuyểntiếp (bao gồm chuyển vị olefin); epoxide hóa bất đối xứng, hidroxyl hóa bất đốixứng và những quá trình bất đối xứng khác; xúc tác sinh học lựa chọn lập thể9,25

Ngoài ra, người ta còn có thể sử dụng một số phương pháp khác trong tổnghợp pheromone đặc biệt là những pheromone bất bão hòa dạng monoen, dien liênhợp hoặc không liên hợp Chúng được tổng hợp theo những phản ứng tạo nối đôinhư sau: phản ứng Wittig; tạo hợp chất acetylenic, rồi sau đó khử hợp chấtacetylenic thành alkene; phản ứng chuyển vị allyl; sử dụng tác chất lithium cupratvới hợp chất peroxide hoặc tác chất acetylene hay hợp chất acetylenic Các nhà khoa

học còn sử dụng ngay những chất nền có sẵn cấu trúc (Z) hoặc (E) để tổng hợp các

pheromone có cấu trúc đồng phân hình học

Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Công Hào là nhữngngười đi đầu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone và đã có những thành tựu đáng kể.Một số công trình nghiên cứu đã được công bố3-6,9,11-13,16,19,25,35.

1 Hormon sâu non: JH1, JH2, JH3

COOCH 3

O

JH-1

2 Pheromon và chất dẫn dụ côn trùng như pheromone côn trùng hại rau, côn

trùng hại màu, côn trùng hại cây ăn trái, côn trùng hại rừng

Ví dụ:

(CH2)8CHO Me(H 2 C) 4

(E)-10-Hexadecenal – pheromone của sâu đục trái Conogethes punctiferalis.

H 3 C(H 2 C) 3 (CH 2 ) 8 OCOCH 3

(Z)- 9- Tetradecenyl acetate – thành phần pheromone của sâu tơ Plustella xylostella, sâu khoang Spodoptera litura, sâu xám nhỏ Agrotis ipsilon.

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thế giới

Hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng pheromone đã phát triển mạnh mẽ vàphổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới Tại Anh, Pháp, Đức, Mỹ nhiều sản phẩmpheromone tổng hợp đã được sử dụng và công nghiệp hóa gần 20 năm nay, chủ yếulà để phát hiện và dự tính dự báo Riêng tại Pháp, pheromone tổng hợp đã được sửdụng để dự tính dự báo trên 25 loài côn trùng gây hại phổ biến cho nhiều loại cây

trồng.23 Đặc biệt, pheromone giới tính của hơn 20 loài bướm đã được thương mạihóa dưới hình thức chất quấy rối sự bắt cặp.66

Ngày nay, trên thế giới việc cung ứng pheromone trong việc quản lý côntrùng gây hại ngày trở nên phổ biến và đa dạng hơn với nhiều hướng khác nhau như:

Phát hiện sự hiện diện và xác định vùng nhiễm côn trùng: Việc sử dụng

pheromone trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) cho việc kiểm dịchthực vật trước khi nhập nội một loại cây trồng mới là điều cần thiết và phù hợp với

xu hướng hiện nay của thế giới Đây là biện pháp ngăn ngừa sự xâm nhập các loàicôn trùng gây hại từ nước ngoài vào trong nước, hoặc lây lan giữa các vùng trongnước và là công việc hết sức quan trọng của bất cứ một quốc gia nào.70

Sử dụng làm công cụ khảo sát sự biến động quần thể: Pheromone giới

tính của cá thể cái có tác dụng hấp dẫn mạnh mẽ đối với cá thể đực trong cùng mộtloài Do đó, việc sử dụng chúng như là một công cụ theo dõi sự xuất hiện và đánhgiá mức độ biến động mật số quần thể gây hại trong chiến lược quản lý dịch hại tổnghợp (IPM) là hết sức cần thiết

Sử dụng làm công cụ phòng trị bằng biện pháp bẫy tập hợp: Biện pháp

sử dụng bẫy pheromone làm bẫy tập hợp đã được nghiên cứu và áp dụng trên 98 loàicôn trùng gây hại, trong đó có 45 loài thuộc Bộ cánh vẩy, 39 loài thuộc Bộ cánhcứng và một số loài thuộc những Bộ khác.47,48

Quấy rối sự bắt cặp: Cho đến nay, đã có khoảng 140 loài côn trùng gây

hại được quản lý nhờ áp dụng biện pháp quấy rối sự bắt cặp Trong đó, Bộ cánh vẩychiếm đa số với 121 loài, Bộ cánh cứng 9 loài.47

1.2 HỢP CHẤT POTASSIUM TERT - BUTOXIDE 6,11,53,60

1.2.1 Giới thiệu sơ lược và cách điều chế

Potassium tert-butoxide là một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử

(CH3)3COOK Đây là chất rắn không màu, có ý nghĩa rất quan trọng trong tổng hợphữu cơ

O K

1.2.2 Điều chế 53

Potassium tert-butoxide là một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử

(CH3)3COK Đây là chất rắn không màu, có ý nghĩa rất quan trọng trong tổng hợp

hữu cơ Hợp chất potassium butoxide được điều chế bằng cách cho

tert-butanol khan phản ứng với potassium kim loại hoặc kali iodua

Trong phản ứng trên, sản phẩm rắn thu được bằng cách làm bay hơi dungdịch ở nhiệt độ cao Sản phẩm được làm sạch bằng cách cho thăng hoa ở 220oC, 1mmHg

1.2.3 Ứng dụng 11

Potassium tert-butoxide là dung dịch base mạnh và là một nucleophil Tùy theo môi trường phản ứng và tác chất phản ứng, potassium tert-butoxide như một base cùng với halide hữu cơ Potassium tert-butoxide được tìm thấy năm 1960

OH

+ 1/2 H2+ K

OK

Trong tổng hợp hữu cơ, potassium tert-butoxide có thể sử dụng như một chất

xúc tác hoặc như một tác chất phản ứng và được áp dụng trong phản ứng alkyl hóa,aryl hóa, acyle hóa, đồng phân hóa, phản ứng Wittig

1.2.3.1 Phản ứng aryle hóa 6,53

Potassium tert-butoxide là chất phản ứng base dạng alkoxide và cũng có thể

là chất xúc tác, và được Cram D.J58 dùng tổng hợp phenyl tert-butyl ether hoặc hợp

chất khác

+ Potassium tert-butoxide đóng vai trò là chất xúc tác trong phản ứng aryl hóa.

+ Potassium tert-butoxide đóng vai trò là tác chất phản ứng 58

1.2.3.2 Phản ứng alkyne hóa carbon bằng phản ứng cộng hợp (phản ứng Michael).38

+ Ph

O

Ph Ph

Phản ứng của alkene với hợp chất nitril hoặc ketone tạo vinylsilan, phosphin

hoặc dẫn xuất thio với sự có mặt chất xúc tác t-BuOK trong DMSO là phản ứng

Michael Nucleophil ổn định giống như enolat thường không cộng vào dẫn xuấtvinylic hoạt hóa loại 3.40

1 Phản ứng ghép cặp

a Phản ứng ghép nối ba đầu mạch với aldehide

Wang S.H., Tu Y.Q., Wang M., t-BuOK làm xúc tác cho phản ứng ghép cặp giữa alkyne và aldehide cho sản phẩm β,γ-hợp chất enol bất bão hòa.62

b Phản ứng cộng của nitrile, ketone với vinylsilan, phosphine hoặc dẫn xuất của thio

65-80%

Phản ứng cộng của hợp chất nitrile hoặc ketone (Z= nhóm rút điện tử) với

alkene là phản ứng Michael Nucleophil ổn định giống như enolate thường không

cộng vào dẫn xuất vinylic hoạt hóa loại 3.24

c Tổng hợp p-N,N-Dimetylamino styrenyl tetrathiafulvalen

Hudhomme P et al., 32 đã thực hiện thành công phản ứng Wittig trong môi

trường t-BuOK/THF Phản ứng được thực hiện ở 0°C, giữa 2-formyl-tetratiafulvalen và N,N-dimetylaminostyrenyl triphenylphosphonium iodide, hiệu suất phản ứng là

chloride, tác nhân là t-BuOH, t-BuOK Thời gian rút ngắn chỉ còn 3 phút, hiệu suất

cô lập chất cao nhất là 59%

PPh3CH2OCH3Cl

R R

O t-BuOK t-BuOH, MW,3min

OMe H

R' R

H OMe R'

R

3 Tổng hợp all-trans-13,14-dihydroretinol

Trong sơ đồ tổng hợp 13,14-dihydroretinol của Moise A.R42 cùng các cộng sự

đã thực hiện phản ứng Wittig với xúc tác t-BuOK, CH2Cl2 / 18-crown-6 Phản ứng

được thực hiện trong 12 giờ, ở nhiệt độ -78°C Sản phẩm trans- được tách ra qua cột

silica gel tẩm 5% ethyl acetate

PPh3Br O

O

OEt 1)t-BuOK,18crown-6

CH2Cl22)LiAlH4, Et2O, 0 0 C

OH

4 Tổng hợp (Z) và (E)-8-dodecen-1-yl acetate, pheromone giới tính của Oriental Fruit Moth, Grapholitha Molesta

Kang S.K, Kim J.H và Shin Y.C53 đã sử dụng phản ứng Wittig để tổng hợp

các đồng phân (E), (Z) của 8-dodecen-1-yl acetate

93:7 92:8 65:35 47:53

55 67 52 67

Đáng chú ý là phản ứng thực hiện giữa một ylid và aldehid với t-BuOK làm

xúc tác trong dung môi THF ở 25oC Thời gian phản ứng là 3 giờ cho đồng phân (E) chiếm ưu thế so với (Z)6

1.3 Ứng dụng hóa học trong tổng hợp hữu cơ

Sử dụng một số phương pháp và kỹ thuật mới vào tổng hợp hữu cơ cũngchính là áp dụng các tiêu chí của hóa học xanh, gồm có:

o Ưu điểm của vi sóng

- Rút ngắn thời gian phản ứng

- Không cần bếp đun, bình phản ứng cũng như sinh hàn hồi lưu

- Thể tích dung môi nhỏ, tiết kiệm điện và giảm thiểu chất thải

o Hạn chế: Sự tăng nhiệt cục bộ dễ gây vỡ bình, gây nổ

o Ứng dụng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ:

Vi sóng được sử dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ như:

- Gỡ bỏ nhóm bảo vệ nhóm chức acid dạng ester

- Gỡ bỏ nhóm bảo vệ t-butyldimethylsilyl ether (TBDMS)

- Phản ứng decarboxyl hóa indole-2-carboxylic acid

- Savon hóa ester

- Alkyl hóa nhóm methylene

- N-alkyl hóa saccarin

- Phản ứng ngưng tụ aldehyde với methylene hoạt hóa

Siêu âm cung cấp năng lượng thông qua hiện tượng tạo và vỡ bọt (là khoảngcách giữa các phân tử) Trong môi trường chất lỏng, bọt có thể hình thành trong nửachu kỳ đầu và sẽ vỡ trong nửa chu kỳ sau, giải phóng một năng lượng rất lớn Nănglượng này có thể sử dụng để tẩy rửa các chất bẩn ngay trong những vị trí không thểtẩy rửa bằng phương pháp thông thường, hoạt hóa nhiều phản ứng hóa học hay làmcác chất hòa tan lẫn vào nhau

- Bồn siêu âm: Loại bồn siêu âm có ưu điểm là năng lượng được phân phối

đồng đều, thuận tiện và dễ sử dụng nhưng lại có khuyết điểm là chỉ có một tần số cốđịnh, không kiểm soát được nhiệt độ

Hình 4 Bồn siêu âm dùng trong phản ứng

- Thanh siêu âm: Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng

thông qua thanh siêu âm được làm bằng hợp kim titan Năng lượng siêu âm đượcphát ra từ thanh và được tạo ra bởi sự tạo rung của chóp thanh Thông thường, thanhsiêu âm chỉ có một tần số 20 kHz nhưng trong một vài thiết bị hiện đại đã cho phépviệc lựa chọn tần số Loại thanh này có sự tập trung năng lượng cao, gọn, có thểđiều chỉnh những tần số khác nhau nhưng có thể làm nhiễm bẩn chất lỏng vì chópthanh bị gỉ sau một thời gian sử dụng

Hình 5 Thanh siêu âm dùng trong phản ứng

• Siêu âm có những ưu điểm sau:

- Phản ứng được gia tốc mà không cần tác chất khác đưa vào

- Sản phẩm thu được không lẫn tạp chất

- Sử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn phản ứng vẫn xảy ra

- Có thể giảm bớt các bước phản ứng trung gian

Trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, siêu âm có những đóng góp đáng chú ý: xáotrộn rất tốt hỗn hợp phản ứng, làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử các chất đạt đếnmức tối đa giữa các pha khí - khí, khí - lỏng (phản ứng ozon hóa), lỏng - lỏng (phảnứng este hóa) lỏng - rắn (phản ứng Grignard), mà các phương tiện khác như khuấy

cơ, khuấy từ… không tốt hơn được Từ đó, siêu âm giúp làm gia tăng tốc độ của hầuhết các phản ứng hữu cơ

• Nhược điểm

Bồn siêu âm chỉ có một tần số cố định, đôi khi không kiểm soát được nhiệt

độ (khi siêu âm trong thời gian dài), không thực hiện được ở nhiệt độ thấp

• Ứng dụng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ

Siêu âm được sử dụng rộng rãi trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ như:

Phương pháp cổ điển: Đun hoàn lưu carboxylic acid với alcohol có mặt acid

làm xúc tác

Phương pháp vi sóng: Sử dụng chiếu xạ vi sóng thay cho đun hoàn lưu cổ

điển trong điều kiện không dung môi và dưới áp suất thường Phản ứng ester hóabằng lò vi sóng cũng có thể sử dụng các điều kiện và xúc tác khác nhau28,46

COOC 3 H 7

Phản ứng tổng hợp propylbenzoat

(CH 2 ) 8COOH + CH 3 OH PTSA (CH 2 ) 8 COOCH 3 + H 2 O

Phản ứng tổng hợp methyl-10-undecenoate (một sản phẩm trong sơ đồ tổng

1979 ông nhận được giải Nobel Prize về Hoá học cho những nghiên cứu về hợp chất

hữu cơ chứa photphorus.

Trong tổng hợp hữu cơ, việc tạo thành liên kết đôi C=C có nhiều phương

pháp khác nhau, có thể qua phản ứng khử E 1, E 2 từ alcohol hoặc alkyl halide, phản

ứng khử nối ba thành nối đôi, phản ứng olefin hóa Peterson Một trong nhữngphương pháp hàng đầu cho tổng hợp alkene (tạo liên kết đôi C=C) có tính chọn lọccao về vị trí là phản ứng Wittig Phản ứng Wittig là một trong những phương phápđược dùng trong tổng hợp hữu cơ tạo liên kết đôi C=C cho những hợp chất chuyểnnối đôi C=O trong aldehide hoặc ketone thành nối đôi C=C bằng cách sử dụngphosphorus.

Wittig đã sử dụng Ylide-một hợp chất cơ photphorus để tổng hợp nối mạchcarbon và đã thành công Phương pháp này đã mở ra một hướng tổng hợp alkene từcác hợp chất carbonyl với hiệu suất khá cao Giới hạn của tổng hợp Wittig cổ điển làphản ứng chủ yếu đi qua trạng thái trung gian erythro nên dẫn đến sản phẩm làZ- ankene

1.4.2 Cơ chế 6,9,11,45,53

Phản ứng Wittig là một trong những phản ứng quan trọng trong tổng hợp hữu

cơ và nó có nhiều ứng dụng rộng rãi Phản ứng này chuyển nối đôi -C=O- thành nốiđôi -C=C- bằng cách sử dụng tác nhân phosphorus ylide với sự chọn lọc lập thể tốtnhất

C PPh 3

Giai đoạn tạo ylide

Phản ứng thế SN2 giữa triphenylphosphin và alkyl halide bậc 1 và 2

Phản ứng Wittig được sử dụng như một giai đoạn chính trong tổng hợp cáchợp chất thiên nhiên để tạo liên kết đôi C=C Lợi thế của phản ứng này là việc lựachọn vị trí để hình thành liên kết đôi và khả năng lựa chọn lập thể bằng việc áp dụngnhững điều kiện phản ứng liên quan như phụ thuộc vào loại ylide, loại hỗn hợp

carbonyl hay điều kiện phản ứng có thể tạo thành (E) hoặc (Z)-alkene.

Cơ chế phản ứng tổng quát

Phản ứng Wittig xảy ra giữa hợp chất carbonyl (aldehide hoặc ketone) với tácchất triphenylphosphonium ylide tạo alkene Trong phản ứng Wittig, muốiphosphonium được xử lý với base tạo ylide Phản ứng thường được thực hiện dướinhững điều kiện các chất phải khan, với base mạnh, liên kết kép tạo thành tại vị trícủa aldehide hoặc ketone-ylide, phản ứng được hình thành qua hai bước

Bước 1: Carbon nucleophil của tác nhân Wittig cộng vào carbon electrophil

trong nhóm carbonyl phân cực, electron từ liên kết π của carbon-oxi được sử dụng

hình thành liên kết với nguyên tử phosphorus Sự hình thành này tạo ra vòng bốntrung gian được gọi là oxaphosphetan

Bước 2: Sự phá hủy vòng bốn bằng cách cắt đứt liên kết carbon-phosphorus

và carbon-oxi dẫn tới hình thành liên kết π giữa carbon-carbon của alkene và hợpchất triphenyl phosphil oxid

Cơ chế phản ứng Wittig cổ điển

1.4.3 - Những cải biến của phản ứng Wittig.

Gần đây nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra cơ chế phản ứng mới được thể hiện

bên dưới Trong đó, sự tồn tại và chuyển đổi lẫn nhau giữa 3a và 3b là vấn đề đang được tranh luận phosphonium ylide 1 phản ứng với hợp chất carbonyl 2 cho sản

phẩm 5 Trong trường hợp cho 2 sản phẩm alkene, sự chọn lọc ra (Z) hay (E) olefin

là có thể kiểm soát được, nó phụ thuộc vào nhiệt độ, môi trường, loại ylide, loại hợpchất carbonyl và những điều kiện khác

1

R2

O

R 1 R 2

PY 3

R3 R4O

Cơ chế phản ứng Wittig phát triển gần đây

Hai yếu tố quan trọng cần phải nói đến để thu được sản phẩm có độ chọn lọc

lập thể cao trong phản ứng Wittig là:

- Base dùng cho phản ứng: Tùy theo tính chất base cùng với sự kiểm soát

nhiệt độ trong giai đoạn tạo ylid mà hiệu suất phản ứng và độ chọn lọc lập thể khác

nhau Với n-BuLi, tỉ lệ (Z)/(E) phụ thuộc đáng kể vào tỉ lệ base và muối Thông thường độ chọn lọc (Z)/(E) là 85:15; 60:40, nghĩa là đồng phân (Z) chiếm ưu thế Còn với t-BuOK, tỉ lệ này còn phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng trong giai đoạn tạo

ylide

- Dung môi dùng trong phản ứng: Tính phân cực và độ kiềm hóa của dung

môi góp phần quyết định trong chọn lọc lập thể

Điều kiện phản ứng và chất phản ứng

Phosphonate tồn tại bởi phản ứng Mchaclis-Arbuzov của trialkylphosphil vớihalogen hữu cơ Nó cũng có thể chấp nhận với alkyl bromide Phosphonat hiện diệnbởi sự alkyl hóa hoặc acyl hóa của phosphate carbanion cung cấp ketophosphate

Tóm lại, phosphonat phản ứng với aldehide hoặc ketone, những aldehidemạch dài không phản ứng trong khi ketone phản ứng cho ra alkene nhưng hiệu suấtthấp Sự đa dạng của base và điều kiện phản ứng được ứng dụng thành công phảnứng HWE bao gồm xúc tác chuyển pha.

1.4.3.1 - Phản ứng Horner-Wittig 55,62.

Horner và cộng tác viên của ông là những người đầu tiên thành công trongviệc tạo thành alkene với sự có mặt của oxide phosphin và base khi phản ứng vớialdehide

Phản ứng Horner-Wittig là cải biến của phản ứng Wittig ở chổ sử dụngphosphinoxid Dẫn xuất lithium của nó phản ứng với aldehide cho ra β-hidroxyphosphinoxide Khi nó được xử lý với NaH, ngay lập tức cho ra alkene Đâylà phản ứng có tính chọn lọc lập thể cao Cấu hình erytho của hidroxyphosphin

oxide cho ra (Z)-alkene còn threo cho ra (E)-alkene.

Khởi đầu của phản ứng này là sử dụng base lithium tạo trung gian xuyên lậpthể phân β-hidroxyphosphinoxide Mỗi xuyên lập thể phân này có thể được xử lý

riêng lẻ với base t-BuOK để tạo thành alkene trực tiếp với độ tinh khiết cao.

β Sự gỡ bỏ HW của phosphinoxide tạo alkene

Tuy nhiên, nếu sử dụng base lithium và phản ứng tiến hành ở nhiệt độ thấp,

trung gian β-hidroxyphosphinoxid được cô lập, sự loại bỏ trung gian cho (Z)-alkene.

1.4.3.3 Chất phản ứng và điều kiện phản ứng.

Phosphinoxide có thể tạo bởi một số phương pháp:

- Phản ứng của chất cơ kim với halide phosphin bởi sự oxi hóa

- Thủy phân muối phosphonium, nhiều oxid phosphin phức tạp hơn cũngđược tạo ra từ sự proton hóa và sự alkyl hóa của phosphinoxide

1.4.4 Ứng dụng của phản ứng Wittig

Ngày nay, phản ứng Wittig được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ đặcbiệt nó được ứng dụng trong tổng hợp các hợp chất thiên nhiên để tạo ra liên kết đôiC=C trong một số lĩnh vực

o Tổng hợp pheromon của côn trùng

B -Hhydroxyphosphine oxid

erythro: threo(9:1) NaH, DMF R

Z - alken

+ Ph2P ONa O

R'

R '

Như đã biết các hợp chất pheromone của côn trùng thường có liên kết đôiC=C và có thể được tổng hợp từ nhiều phương pháp khác nhau Chẳng hạn nhưAkira Morita và các cộng sự 20 ứng dụng phản ứng Wittig trong tổng hợp pheromone

giới tính của Drosophila anassae và D.Pallidos

Achana S.Parwar và Subrata Chattopadhyay cũng sử dụng phản ứng Wittigtổng hợp pheromone của sâu hại bông vải và cây đào

(Phản ứng Wittig trong tổng hợp pheromone của Cotton peste, Peach tree

borer và Cherry tree)

Smithran và A.S Subbarman54 cũng thành công trong tổng hợp pheromoncôn trùng gây hại trên cây cà chua

Bên cạnh đó phản ứng Wittig được ứng dụng trong tổng hợp các chất dùngtrong dược phẩm như trong tổng hợp toàn phần của Taxol 9

OTf

O

H OTBS

O Ph

O

O PhP=CH 2

OTf

O

H OTBS

O Ph

O O

o Tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học dùng trong dược phẩm

Phản ứng Wittig trong tổng hợp Taxol

Phản ứng Wittig cũng được ứng dụng trong tổng hợp các chất có hoạt tínhsinh học dùng thuốc kháng sinh như tổng hợp toàn phần Cephalosporin

Ngoài hai lĩnh vực trên, phản ứng Wittig còn được nghiên cứu và ứng dụngtrong nhiều lĩnh vực khác, làm phong phú thêm sự hữu ích của nó trong tổng hợphữu cơ Chẳng hạn, Murphy J.A và các cộng sự 65 áp dụng phản ứng Wittig đối vớihợp chất amide để tạo liên kết đôi C=C và đó là bước trung gian để ông chuyển

thành ketone Phản ứng này được gọi là Nonclassical Wittig.

Phản ứng Nonclassical Wittig Phản ứng Wittig dùng ylid dạng dị vòng

N S

CHO O

Các hợp chất có nhóm chức ester hoặc epoxide không bị ảnh hưởng bởi phảnứng Wittig khi tạo liên kết C=C Do những ưu điểm đó là các hợp chất thực hiệnphản ứng Wittig có nhóm carboxyl (-COOH) thường được chuyển thành ester rồimới thực hiện phản ứng Kulkarni B.A.51, đã chứng minh điều này bằng sơ đồ tổnghợp những hợp chất Demospongic mà chất tham gia phản ứng có nhóm carboxyl và

nó được chuyển thành nhóm ester và phản ứng thực hiện được trong NaH/ DMSO

(CH 2 )CHO MeO 2 C(H 2 C) 4 C 7 H 15 PPh 3 Br

NaH/DMSO MeO 2 C(H 2 C) 4 (CH 2 ) 3 (CH 2 ) 5 CH 3

Phản ứng Wittig ứng dụng trong tổng hợp Demospongic

Các hợp chất ylide dùng trong phản ứng Wittig, được nghiên cứu ngày càngchi tiết và đa dạng hơn Stefan Berger và cộng sự đã cho thấy việc sử dụng các chấtylid không phải chỉ là ba gốc phenyl liên kết trên nguyên tử phosphorus mà có thểđược thay thế bởi một gốc dị vòng hay toàn bộ

Một số ylid dạng vòng dùng trong phản ứng Wittig

phenyl 2-furyl 2-pyrydyl 2-thienyl

2-benzo[b]furyl 2-chinolyl

Lowrie, Harman S et al.,38 đã đưa ra những nghiên cứu cho thấy nhóm chức acid –COOH không bị ảnh hưởng bởi phản ứng Wittig khi tạo liên kết C=C Điều này đãđược chứng minh qua việc tổng hợp thành công 11-(Cyclohexylidene)undecanoicacid với NaH/DMSO Sản phẩm sau phản ứng được acid hóa bằng H2SO4 loãng.

BrPPh 3 C 10 H 21 COOH NaH/DMSO

Sâu đục thân bướm hai chấm (Chilo auricilius Dudgeon )

a) Giai đoạn sâu (ấu trùng) b) Giai đoạn ngài (thành trùng)

- Tên khoa học: Chilo auricilius Dudgeon

Họ: Pyralidae

- Bộ: Lepidoptera

1.5.2 Phân loại: ở nước ta, sâu đục thân lúa có nhiều loại nhưng phổ biến nhất là 4 loài sâu đục thân sâu16:

1.5.2.1 Sâu đục thân bướm hai chấm còn gọi là sâu đục thân mình vàng có

tên khoa học là Scurpophaag incertulas hay Triporizaincertulas

1.5.2.2 Sâu đục thân 5 vạch đầu nâu còn gọi là sâu đục thân sọc nâu có tên

khoa học là Chilo surpresalis

1.5.2.3 Sâu đục thân năm vạch đầu đen có hai loại có tên khoa học là loài

Chilo auricilius dudgeon và loài Chilo Polychrysus

1.5.2.4 Sâu đục thân bướm cú mèo còn gọi là sâu đục thân mầu hồng, tên

khoa học là Sesamia iferen

Trứng đẻ theo ổ, có lớp lông tơ màu vàng phủ bên ngoài Mỗi con bướm cái

có thể đẻ từ 1 – 5 ổ trứng, mỗi ổ có khoảng 50 – 217 trứng tuỳ theo lúa Sâu non có

5 tuổi

1.5.4.1 Đặc điểm gây hại:

- Sâu non đục vào thân mạ, lúa cắn nõn lúa gây ra dảnh héo thời kỳ lúa đẻ

nhánh hoặc cắn đứt ngang cuống đòng, cuống bông gây ra bông bạc thời kỳ lúa trổ

- Trong một vụ thường có hai đợt sâu non phát sinh gây hại nặng

Tác hại của sâu đục thân Chilo auricilius Dudgeon đến cây lúa

1.5.4.2 Đặc điểm phát sinh 63:

a Sâu đục thân lúa hai chấm phát triển thích hợp trong điều kiên thời tiết

nóng và ẩm Hàng năm sâu đục thân hai chấm đẻ 6-7 lứa Do đó, chúng có thể phá hại liên tục trong suốt thời gian sinh trưởng của lúa kể từ khi lúa có 2-3 lá tới khi lúa trỗ

b Sâu đục thân 5 vạch đầu nâu và đầu đen thích nghi với nhiệt độ thấp hơn

so với sâu đục thân bướm hai chấm nên có thể phát sinh liên tục trong các tháng mùa đông Hai loại sâu đục thân này phá hại từ khi cây lúa ở cuối giai đoạn đẻ nhánh đến khi trỗ Mỗi năm hai loại sâu này đều đẻ 56-7 lứa và thích hợp với ruộng

có lượng nước không ngập bẹ lá

c Sâu đục thân bướm cú mèo mỗi năm đẻ 5-6 lứa Sâu thích hợp với khoảng

nhiệt độ rộng nên phát sinh gây hại tất cả các vụ lúa, kể cả những tháng mùa đông

1.5.5 Phòng trừ : Để tránh tình trạng sâu đục trái phá hoại trên diện rộng cây trồng

như hiện nay, giúp chất lượng thương phẩm đạt chất lượng cao, có thể phòng trị sâuhại cây trồng bằng các phương pháp như sau :

- Phương pháp thủ công

- Phương pháp sinh học

- Phương pháp hóa học

- Sử dụng pheromone để dẫn dụ và tiêu diệt sâu

- Bố trí thời vụ gieo sạ thích hợp để khi lúa trồng không trùng thờigian bướm rộ

- Sau khi thu hoạch cày lật đất để diệt sâu và nhộng, giảm mật độ sâuở vụ sau

- Bảo vệ thiên địch sâu đục thân hai chấm như các loài ong ký sinh

trứng Tricchogramma japonicum; Tri Dendrolimi mats; Tri.Chilonis…

- Dùng bẫy đèn bắt bướm khi bướm rộ.

- Tập trung ngắt ổ trứng, gom lại và đem tiêu huỷ

-Gieo cấy thời vụ thích hợp và đồng loạt để lúa trỗ trước đợt sâu ra rộ, đồng thời hạn chế số lượng sâu tích luỹ vào cuối vụ

- Gieo cấy mật độ vừa phải, không bón nhiều phân đạm

- Ngắt ổ trứng trên mạ, loại bỏ các dảnh mạ bị sâu trước khi cấy

- Khi sâu non phá hại không để ruộng cạn nước

- Khi thu hoạch cắt gốc rạ sát đất để hạn chế sâu nhộng tồn tại trong gốc rạ, thu nhặt gốc rạ lúa mùa trên các ruộng làm vụ đông

- Cày lật đất sớm và ngâm nước ruộng sau mỗi vụ lúa để diệt sâu, nhộng tồn tại trong gốc rạ

- Lúa đẻ nhánh: Sử dụng một trong các loại thuốc sau để rải: Regen 0.3G,

Diazan 10H, Vibasu 10H, Patox 4G… (lưu ý giữ mực nước ruộng 2 – 4 cm)

Liều lượng: 1 – 1,5 kg/sào (500m2)

- Lúa đòng trổ: Dùng một trong các loại thuốc trừ sâu đục thân đặc hiệu

+ Virtako 40WG, liều lượng 3 gam thuốc pha 16 – 20 lít nước phun 1 sào + Padan 95 SP hoặc Patox 95SP liều lượng 30 gam thuốc pha 30 lít nước,phun 1 sào

+ Regent 800WG hoặc Tango 800WG, liều lượng 2 gam thuốc pha 24 lítnước, phun cho 1 sào (500m2)

Áp dụng nguyên tắc “4 đúng” trong sử dụng thuốc bảo vệ thực vật phòng trừsâu đục thân 2 chấm

1.5.6 - Hợp chất (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate, pheromon sâu đục thân lúa.

- Hợp chất (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate là pheromone của thành phẩn

hóa học của sâu đục thân lúa Chilo auricilius Dudgeon thuộc họ Pyralidae, có công

thức cấu tạo:

- Năm 1980 Horiike và các cộng sự đã tổng hợp được

(Z)-10-pentadecen-1-yl acetate là một ester có cấu trúc (Z) alkene thuộc thành phầnpheromone của sâu đục thân lúa Chilo auricilius Dudgeon ngoài ra thì hợp chất (Z)

alkene này còn có trong một số thành phần của pheromone khác như: Sâu đục thân

rể ngô, sâu đục thân trái…Tùy theo tỉ lệ thành phần hóa học của hợp chất này mà ta

có thể bẫy được các côn trùng trên

MỘT SỐ THÀNH TỰU TỔNG HỢP PHEROMON TRƯỚC ĐÂY:

2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là tổng hợp

(Z)-10-pentadecen-1-yl acetate là pheromon giới tính của sâu đục thân lúa Chilo auricilius Dudgeonbằng một số kỹ thuật và phương pháp hiện đại

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

Tổng hợp (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate

Về thành phần hóa học của sâu đục thân lúa Chilo auricilius Dudgeon có

công thức là (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate là một alkene có 18C với nối đôi ở vị

trí carbon số 10 và có cấu hình (Z)-alkene là một đồng phân hình học Để tạo ra hợp

chất có nối đôi C=C, người ta có thể dùng một số phương pháp : khử alkyne thành

alkene, phản ứng ghép Grignard hay ghép Wittig (giữa tác chất Wittig với mộtphosphoran có thể mang nhóm thế alkene, vòng hương phương, eter, ester, C=O,nitril) có thể dễ dàng thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt

Để điều chế hợp chất (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate là thành phần pheromon

của sâu đục thân lúa có nhiều con đường, nhưng việc lựa con đường sao cho phùhợp và tạo được hiệu suất cao thì đó là một vấn đề khó Vì vậy việc lựa chọn nguyênliệu ban đầu rất quan trọng, nó quyết định thành công cho cả một quá trình tổng hợp

Phân tích tổng hợp ngược hợp chất (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate với phản ứng

chìa khóa Wittig có thể thấy như sau:

• Hướng thứ nhất:

Nếu xuất phát từ synthon acetate – alkyl triphenylphosphonium bromuathì synthon trước đó phải có dạng acetate – alkyl bromide Để có được synthon nàythì tiền chất phải là dạng n-bromoalkan-1-ol vốn được điều chế ban đầu từ nguyên

liệu alkandiol ban đầu

• Hướng thứ hai:

Nếu xuất phát từ synthon aldehyde – aceate thì synthon thì trước đó códạng alcohol – aceate Việc có được synthon alcohol – acetate từ diol 10C là khôngđơn giản về tổng hợp như tổng hợp n- bromoalkane 1-ol từ diol

Như vậy, (Z)-10-Pentadecen-1-yl acetate được tạo ra từ phản ứng ghép giữa

pentanal và muối decyltriphenylphosphin bromua acetate bằng phăn ứng chìa khóaWittig là con đường tổng hợp thuận lợi nhất Muối phosphonium được tạo thành từphản ứng giữa acetate – alkyl bromide và triphenylphosphin

Trong luận văn này phản ứng Wittig được chọn làm phản ứng chìa khóa đểtạo liên kết đôi C=C cho sơ đồ tổng hợp vì những lý do như sau:

+ Phản ứng có sự lựa chọn lập thể cao

+ Phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam

Sơ đồ tổng hợp ngược được trình bày như sau:

Sơ đồ: Phân tích tổng hợp ngược (retrosynthesis) của (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate.

Dựa vào Sơ đồ phân tích tổng hợp ngược ở trên, chúng tôi đã chọn Sơ đồ để

tổng hợp hợp chất (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate

Sơ đồ có những đặc điểm sau:

- Sử dụng nguyên liệu đầu là decan-1,10-diol và pentanal, đây là nhữngnguyên liệu đã được dùng để tổng hợp nhiều loại pheromone giới tính của nhiều loàicôn trùng có thể mua hoặc tổng hợp được trong điều kiện của Việt Nam

- Sử dụng phản ứng chìa khóa là phản ứng Wittig để nối dài mạch carbon và

ưu tiên tạo ra cấu hình (Z) alkene nhờ môi trường base tạo bởi t – BuOK/THF

- Sử dụng siêu âm để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu suất phản ứng

- Kết quả thu được góp phần làm phong phú thêm những kiến thức nghiêncứu tổng hợp pheromone của côn trùng.

Quá trình tổng hợp (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate trải qua bốn giai đoạn:

Hợp chất decan-1,10-diol được đun hoàn lưu với hydrobromic acid (HBr)trong dung môi petroleumether-acetone sản phẩm thu được là 10-bromodecan-1-ol

(2) Sau đó đem sản phẩm (2) acetyl hóa với anhydride acetic thu được sản phẩm (3)

là 10-bromodecyl acetate Tiếp tục cho sản phẩm (3) đun hoàn lưu với triphenyl phosphine trong toluene thu được muối decyltriphenylphosphin bromua acetate (4) Sau cùng cho sản phẩm (4) thực hiện phản ứng Wittig và cũng là chìa khóa của

chuỗi phương trình với pentanal có mặt xúc tác THF và t-BuOK thu được sản phẩm

cuối cùng ưu tiên cấu hình (Z)-10-pentadecen-1-yl acetate và cũng là thành phần của

pheromone giới tính sâu đục thân lúa

Tác chất: a/ HBr, petroleumether – acetone ; b/ (CH3CO)2O, pyridine ; c/PPh3, toluene ; d/ Pentanal, THF, t-BuOK, 0 oC.

Các đặc điểm của từng giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hợp chất alcohol decan-1,10-diol là những nguyên liệu dễ tìm

ở thị trường trong nước và được đem đun hoàn lưu với acid vô cơ HBr, theo tỉ lệ là1:1 trong dung môi petroleumether và acetone, trong thời gian khoảng 18 giờ Sau

đó cô đuổi bớt dung môi và thu được hỗn hợp sau phản ứng đem rửa lần lượt vớiNaHCO3 bão hòa, nước cất, và sau cùng là dung dịch NaCl bão hòa Tiếp tục làmkhan hỗn hợp với MgSO4 và cô đuổi hết dung môi sau đó lọc qua sắc kí cột vớisilicagel với dung môi giải li ether:petroleumether = 10: 90 và trong dung môihexane thu được 10-bromdecan-1-ol tinh khiết với hiệu suất trên 75%

Tổng hợp 10-bromodecan-1-ol bằng hệ thống hoàn lưu Dean-Stark tube Giai đoạn 2: Hợp chất 10-bromdecan-1-ol được đem phản ứng acetyl hóa với

anhydride acetic với sự có mặt tham gia xúc tác pyridine Hỗn hợp được đem siêu

âm và khuấy từ liên tục trong thời gian 24 giờ Sau đó cho nước đá vào và đem rửahỗn hợp thu được lần lượt với ether, acid HCl loãng, muối NaHCO3 bão hòa, nước,và dung dịch NaCl bão hòa sau cùng là làm khan với MgSO4 Cô đuổi ether và lấy