nghiên cứu tổng hợp decane 2,3 dione từ acrolein

[3,4] Pheromone, theo định nghĩa của Karlson và Lüscher 1959 là một chất được tiết ra môi trường bên ngoài từ một cá thể và được nhận biết ở một cá thể thứ hai cùng loài, ở đây xảy ra m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGHÀNH: HÓA HỮU CƠ

KHÓA: 2009 – 2013

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S ĐẶNG CHÍ HIỀN

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN VĂN HẢI

TP.HCM Tháng 05 – 2013

Mục Lục

Mở Đầu 5

Chương 1TỔNG QUAN 7

1.1 PHEROMONE 7

1.1.1 Khái niệm 7

1.1.2 Phân loại [3,4,9,10] 7

1.1.3 Cấu trúc pheromone [8,9,10] 9

1.1.4 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone 10

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone trên thế giới 11

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam 12

1.2 PHẢN ỨNG GRIGNARD 13

1.2.1 Phản ứng Grignard 13

1.2.2 Tác chất Grignard 13

1.2.3 Phản ứng ghép cặp Grignard[2,9] 15

1.3 Phản Ứng Epoxy Hóa 16

1.4 Phản Ứng Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua 18

1.5 Các Phản Ứng Đehidro Hóa Và Oxi Hóa Ancol [9] 19

1.6 Tình Hình Sản Xuất Cà Phê Và Sâu Bệnh Hại Cây Cà Phê 22

1.6.1 Tình hình sản xuất cà phê của thế giới 22

1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê 23

1.6.3 Đặc điểm sinh thái học côn trùng 24

1.7 Pheromone Giới Tính Của Sâu Đục Thân Cà Phê Mình Trắng (Xylotrechus quadripes Chevrolat) 24

1.7.1 Pheromone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat) 24

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây 25

Chương 2NGHIÊN CỨU 29

2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1.1 Nội dung nghiên cứu 29

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 31

1.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein 33

2.2.2 Tổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol 38

2.2.3 Tổng hợp 2,3-decandiol 43

2.2.4 Tổng hợp 2,3-decandione 47

Chương 3THỰC NGHIỆM 51

3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM 51

3.1.1 Thiết bị và dụng cụ 51

3.1.2 Hóa chất 51

3.1.3 Tinh chế một số hóa chất 53

3.2 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 53

3.2.1 Tổng hợp n-heptyl bromua 53

3.2.2 Tổng hợp 1-decen-3-ol theo phản ứng Grignard 54

3.2.3 Tổng hợp 1,2-epoxy-3-decanol.(3) 54

3.2.4 Tổng hợp 2,3-decanediol 55

3.2.5 Tổng hợp 2,3-decanedione 56

KẾT LUẬN 56

KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

thị trường phải đảm bảo chất lượng

Ở nước ta, cây cà phê là 1 loại cây công nghiệp có giá trị lớn, và được trồng nhiều ở vùng Tây Nguyên và đã đem lại nhiều lợi ích cho người dân và góp phần phát triển đất nước Tuy nhiên, hiện nay, do tình trạng sâu bệnh phát triển, đặc biệt là sâu đục thân, làm ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất cây trồng tại đây Sự phun thuốc trừ sâu bừa bãi của người dân, không theo quy hoạch sẽ làm tàn dư thuốc bảo vệ tăng cao, gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe người tiêu dùng Vậy làm thế nào để người dân vừa tiêu diệt được

dịch bệnh mà không ảnh hưởng gì đến sức khỏe người tiêu dùng Thứ nhất đó là khuyến cáo

người dân phun thuốc bảo vệ thực vật đúng liều lượng, thu hoạch sản phẩm sau khi đã đủ

thời gian ngưng sử dụng thuốc Thứ hai, dùng 1 phương pháp tiên tiến, hiệu quả hơn đó là

dùng chất dẫn dụ hay còn gọi là pheromone sinh vât Với việc sử dụng pheromone thì chúng

ta vừa tiêu diệt được sâu hại trên cơ sở dẫn dụ sâu hại đến và tiêu diệt mà không cần phải phun trực tiếp như các thuốc hóa học thông thường nên không ảnh hưởng gì đến hàm lượng hóa chất trong cây trồng Pheromone của sâu đục thân cà phê mình trắng Xylotrechus

quadripes có nhi ều loại Chúng tôi chọn tổng hợp 2,3-decanedione, việc đem vào ứng dụng

thực tiễn sẽ có lợi về mặt kinh tế Từ những yêu cầu trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu

t ổng hợp DECAN-2,3-DIONE TỪ ACROLEIN” Nhằm tạo ra một loại pheromone của sâu

đục thân cây cà phê, từ đó tạo nền tảng để sản xuất pheromone sâu đục thân cây cà phê, áp

dụng vào thưc tế để tăng giá trị kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

M ục tiêu của đề tài

Nghiên cứu tổng hợp decan-2,3-dione –một thành phần pheromone của sâu đục thân cây cà phê mình trắng, góp phần ứng dụng vào công tác kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi sinh, tạo nên một nền nông nghiệp xanh

N ội dung đề tài

- Tổng hợp decan-2,3-dione từ những nguyên liệu dễ tìm mua hoặc có thể tổng hợp được trong điều kiện của Việt Nam như acrolein và heptanbromua

- Phản ứng quan trọng là phản ứng ghép Grignard trong dung môi THF, được tiến hành dưới điều kiện siêu âm nhằm nâng cao hiệu suất và rút ngắn thời gian phản ứng Và phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless

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 đục thân cây cà phê mình trắng (Xylotrechus

quadripes Chevrolat)”, 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 decan-2,3-dione, vừa là cơ sở khoa học đồng thời là dữ liệu để ứng dụng trong

việc phòng trừ và kiểm soát dịch hại mà không gây ô nhiễm môi trường

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 PHEROMONE

1.1.1 Khái niệm

Pheromone là hợp chất dễ bay hơi có hoạt tính sinh học cao lại được tiết ra môi trường ngoài cơ thể, nhờ không khí vận động mà nó được truyền đến các cơ quan cảm giác

của cơ thể khác để gây nên tác dụng Chúng được các nhà khoa học nghiên cứu từ thế kỷ

XX Đến nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu sâu và có nhiều ứng dụng

Karlson và Lüscher (1959) đã đưa ra thuật ngữ pheromone Thuật ngữ này là một từ ghép bắt nguồn từ hai chữ Hy Lạp: pherein có nghĩa là mang đi, truyền đi và hormone có nghĩa là kích thích [3,4]

Pheromone, theo định nghĩa của Karlson và Lüscher (1959) là một chất được tiết ra môi trường bên ngoài từ một cá thể và được nhận biết ở một cá thể thứ hai cùng loài, ở đây

xảy ra một phản ứng đặc trưng, thí dụ nó giải quyết những tập tính nhất định hoặc một phản ứng sinh lý nhất định.[4]

1.1.2 Phân loại [3,4,9,10]

1.1.2.1 Nhóm các pheromone có tác d ụng hấp dẫn

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động dương đối

với con vật Trong nhóm này bao gồm các loại pheromone như sau:

Pheromone t ập hợp

Là một loại pheromone có chức năng như một yếu tố để tập hợp các cá thể của cả hai

giới đực và cái Đặc biệt khi bị tấn công, việc tập hợp rõ ràng mang tính chất bảo vệ cao

Việc tồn tại các pheromone tập hợp là cần thiết cho nhiều loài côn trùng, đặc biệt những loài côn trùng sống thành xã hội, nửa xã hội hoặc có quan hệ tạo tổ hay nơi trú ngụ tạm thời

Pheromone gi ới tính

Bao gồm các chất do con cái hay con đực tiết ra nhằm hấp dẫn bạn đời Các loại 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 pheromone giới tính cũng thuộc trong hệ thống affine, về hình thức là một sự tập hợp nhưng nội dung 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 cứu mạnh 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 để đưa ra ứng dụng

Việc sản sinh ra pheromone thường có liên hệ chặt chẽ với hoạt động sinh dục của con cái Mặt khác, cường độ phản ứng của con đực đối với pheromone giới tính 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 đánh dấu địa điểm)

1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác d ụng xua đuổi

Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động âm đối 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 hội hoặc 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; còn nếu 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 yếu làm

chức năng bảo vệ khỏi sự tấn công và ăn thịt của kẻ thù, đồng thời những chất này cũng được phân biệt với các chất phân tán điển hình bởi ý nghĩa tác dụng sinh học của nó trong đời sống con vật Vì thế, loại hình pheromone này còn được gọi là pheromone bảo vệ

1.1.3 Cấu trúc pheromone [8,9,10]

Cho đến nay, không phải người ta đã biết đầy đủ cấu trúc hóa học của tất cả các pheromone đã được tìm ra từ các kết quả thí nghiệm sinh học Khó khăn cơ bản ở 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 cứu cho thấy chúng là các rượu, acid mỡ (chủ yếu là acid mỡ đối với mạch carbon có nối đôi); 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 và căn 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 phòng chống côn trùng gây

hại Mặc dù chỉ với nồng độ ≤ 10-12 g, người ta vẫn xem chúng là 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 thẳng chứa 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 đối xứng này khiến cho việc nghiên cứu, cô lập,

tổng hợp cấu trúc của pheromone càng phức tạp hơn Khi đó hoạt tính dẫn dụ côn trùng không chỉ phụ thuộc vào công thức nguyên, cấu trúc hình học mà còn phụ thuộc vào độ sạch quang học của các tâm bất đối xứng

1.1.4 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone

Trong tổng hợp hữu cơ nói chung, tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học (pheromone) nói riêng, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu đa dạng phong phú

và được ứng dụng rộng rãi

Theo tổng kết của K Mori thì từ giữa năm 1990 đến đầu năm 2003 trên thế giới người ta đã áp dụng bốn loại phản ứng trong tổng hợp pheromone: thứ nhất là phản ứng cơ Boran; thứ hai là hóa học cơ kim loại của kim loại chuyển tiếp bao gồm chuyển vị olefine;

thứ ba là epoxide bất đối xứng, hydroxyl hóa bất đối xứng và những quá trình bất đối xứng khác và cuối cùng là xúc tác sinh học lựa chọn lập thể [3,8,10]

Tuy nhiên, ngoài những phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác trong

tổng hợp pheromone đặc biệt là những pheromone bất bão hòa dạng monoene, diene liên hợp hoặc không liên hợp Chúng được sử dụng trong những phản ứng tạo nối đôi như: phản ứng Wittig; tạo

hợp chất acetylenic rồi sau đó khử hợp chất acetylenic thành alkene; phản ứng chuyển vị allyl; sử

dụng tác chất lithium cuprate bằng cách tác dụng với hợp chất epoxide hoặc tác dụng với acetylene

hoặc hợp chất dạng acetylenic Bên cạnh đó các nhà khoa học còn sử dụng ngay cả những chất nền

có sẵn cấu hình (Z) hoặc (E) để tổng hợp

Cùng với sự phát triển của thế giới, ở Việt Nam lĩnh vực tổng hợp pheromone cũng

có những bước phát triển, nhóm nghiên cứu đi đầu trong lĩnh vực này với sự chủ trì của GS.TSKH Nguyễn Công Hào đã có những thành tựu đáng kể Một số công trình nghiên cứu

(Z)-3-dodecen-1-ol-(E)-2-butenoate - pheromone của bọ hà khoai lang

Cylasformicarius

ethyl 4-methyloctanoate - pheromone của kiến vương hại dừa Oryctes rhinoceros L (2S,3S)-2-acetoxy-3,7-dimethylpentadecane - pheromone của ong cắn lá thông

Neodiprion lecontei

1.1.5 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 và phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới Tại Anh, Pháp, Đức, Mỹ nhiều

sản phẩm pheromone tổng hợp đã được sử dụng và công nghiệp hóa gần 20 năm nay, chủ yếu là để phát hiện và dự tính dự báo Riêng tại Pháp, pheromone tổng hợp đã được sử dụng để dự tính dự báo trên 25 loài côn trùng gâ y hại phổ biến cho nhiều loại cây trồng Đặc biệt, pheromone giới tính của hơn 20 loài bướm đã được thương mại hóa dưới hình thức chất quấy

rối sự bắt cặp

Ngày nay, trên thế giới việc cung ứng pheromone trong việc quản lý côn trùng gây

hại ngày trở nên phổ biến và đa dạng hơn với nhiều hướng khác nhau như:

Phát hi ện 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 dịch thực 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 loài côn trùng gây hại từ nước ngoài vào trong nước, hoặc lây lan giữa các vùng trong nước và là công việc hết sức quan trọng của bất cứ một quốc gia nào [13]

S ử 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 một loài Do đó, việc

sử dụng chúng như là một công cụ theo dõi sự xuất hiện và đánh giá mức độ biến động mật

số quần thể gây hại trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) là hết sức cần thiết

S ử 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 loài côn trùng gây

hại, trong đó có 45 loài thuộc Bộ cánh vẩy, 39 loài thuộc Bộ cánh cứng và một số loài thuộc

những Bộ khác

Qu ấy 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 vẩy chiếm đa số với

121 loài, Bộ cánh cứng 9 loài

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pheromone ở Việt Nam

Ở Việt Nam, pheromone giới tính là một lĩnh vực tương đối mới với số lượng nghiên

cứu còn hạn chế Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, thử nghiệm ngẫu nhiên ngoài đồng đã xác định được chất hấp dẫn giới tính của 19 loài bướm Trong đó, có 4 loài bướm thuộc họ Noctuidae, họ phụ Plusiinae là những loài bướm sâu hại rau màu Diễn biến mật số quần thể

của 3 trong 4 loài bướm này đã được ghi nhận

Tại Hải Dương, thí nghiệm đặt 400 bẫy pheromone/hecta cho thấy khả năng khống

chế sâu tơ (Plutella xylostella Linnaeus, Lepidoptera: Plutellidae) và sâu ăn tạp (Spodoptera litura Fabricius, Lepidoptera: Noctuidae) mà không cần phải phun thuốc trừ sâu.14

Những

kết quả trên cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng pheromone giới tính trong phòng trị sâu

hại theo hướng hạn chế hoặc thay thế thuốc trừ sâu hóa học ở Việt Nam Các thí nghiệm về

khả năng hấp dẫn của pheromone đối với một số đối tượng sâu hại trên rau hoa thập tự, cà chua, nho, hành tây, hành ta, dưa hấu, lạc và vải thiều được tiến hành tại Hà Nội, Bắc Ninh,

Bắc Giang, Hải Phòng và nhiều địa phương khác (diện tích mỗi điểm triển khai 5-10 hecta/vụ) Kết quả ghi nhận số lượng bướm sâu tơ (Plutella xylostella), sâu ăn tạp (Spodoptera litura), sâu xanh (Helicoverpa armigera) và sâu xanh da láng (Spodoptera exigua) vào b ẫy khá lớn (125,8-139,2 con/bẫy/ngày), riêng sâu đục cuống quả vải (Camellia sinensis) thì rất ít (7,6 con/bẫy/ngày) Năm 2003 đã triển khai áp dụng với tổng diện tích 656,8 hecta tại 9 tỉnh trong cả nước, phòng trừ 6 loại sâu trên 7 loại cây trồng là rau hoa

thập tự, hành tây, cà chua, lạc, dưa hấu, nho và vải thiều Trong đó, cây trồng áp dụng pheromone lớn nhất là rau hoa thập tự với tổng diện tích 245 hecta.14

1.2 PHẢN ỨNG GRIGNARD

1.2.1 Phản ứng Grignard

Phản ứng Grignard được biết đến đầu tiên vào năm 1899, do Barbier nghiên cứu [32] Khi đó, Barbier thực hiện phản ứng giữa xeton với magie kim loại có mặt iodometan trong eter tạo ra alcol Đến năm 1900, phản ứng

nà y mới được nghiên cứu kĩ về quá trình tạo tác chất cũng như sự ghép cặp

của chúng và được công bố bởi Victi Grignard (học trò của Barbier) Với

những ứng dụng và phát triển rộng rãi trong việc nối dài mạch cacbon đã giúp

V Grignard nhận giải thưởng Nobel vào năm 1912 Ngày nay, phản ứng Grignard đóng vai trò hết sức quan trọng trong hóa học hữu cơ nói chung và

tổng hợp hữu cơ nói riêng

Trường hợp trong quá trình điều chế tác chất grignard là sự tự ghép của RX tạo ra

hợp chất tương ứng R – R Về bản chất, tác chất Grignard rất khó phản ứng với alkyl halogenur, trừ các halogenur có hoạt tính mạnh như iodometan, allyl halogenur, benzyl halogenur Để tránh trường hợp này, trong quá trình tạo tác chất cần nhỏ giọt chậm dung

dịch halogenur vào Mg kim loại

Về cơ chế, phản ứng tạo tác chất Grignard xảy ra theo cơ chế gốc tự do [31]

X R

Điều quan trọng nhất của tác chất Grignard là sự trái ngược giữa liên kết C–X và C–Mg–X Một liên kết C–X thông thường thì cacbon có tính thân điện tử, còn trong tác chất Grignard, cacbon lại có tính thân hạch Vì thế, tác chất Grignard đóng vai trò như một cacbanion, có tính bazo rất mạnh (pKa = 25 – 40) Trong tất cả các loại tác chất Grignard thì metylmagiesium halogenur mạnh nhất, còn tác chất Grignard của vinyl và allyl yếu nhất Trong khi đó, tính bazo của RMgCl lại mạnh hơn RMgBr

1.2.2.2 Ảnh hưởng của dung môi

Hiện nay, người ta vẫn biểu diễn dẫn xuất Grignard dưới dạng R – Mg – X cấu tạo

thực của chúng phức tạp hơn nhiều [9] Trong dung dịch, tác chất Grignard không những

tồn tại dạng monomer (RMgX) mà luôn xuất hiện một cân bằng giữa monomer, dime và trimer Tùy theo loại dung môi mà nồng độ chúng cao hay thấp Dạng monomer chiếm ưu

thế khi ở nồng độ thấp tỏng dung môi nucleophin và đối với dẫn xuất bromua, iodua Khi tăng nồng độ hợp chất cơ magie đối với dẫn xuất clorua thì chúng chuyển sang dạng dime (R2Mg2X2) và polime Trong dung dịch của hợp chất cơ magie trong ete có sự cân bằng

giữa một số dạng khác nhau với các liên kết cộng hóa trị, liên kết ion và liên kết phức:

R Mg X

X Mg R 2R MgX R 2 Mg + MgX 2

R Mg + RMgX2 Mg

R R

X

X Mg

Tác chất Grignard có thể được điều chế với 3 dung môi khác nhau: eter, tetrahidrofuran (THF) và trietylamin Ứng với mỗi dung môi, chúng cho cấu trúc hóa học khác nhau

Với ether, tác chất Grignard có thể tồn tại tất cả các dạng cân bằng kể trên Trong đó,

trạng thái monomer tồn tại chủ yếu ở dạng RMgX cùng với lượng nhỏ R2Mg + MgX2 Phần còn lại chúng kết hợp với nhau tạo thành dime và trimer với nồng độ trên 0,3M Do đó, dung dịch eter của tác chất Grignard thường rất ổn định trong môi trường khí trơ Thật vậy,

một dung dịch eter của CH3MgI 2N được bảo quản kín khí có thể giữ trên 20 năm mà nồng

độ của chúng không thay đổi

Trong THF, sự kết hợp xảy ra rất ít, dạng chủ yếu tồn tại hai dạng monomer RMgX

và R2Mg + MgX2 với hàm lượng tương đương

Trong trimethylamin, phản ứng Grignard rất ít được thực hiện, chỉ dùng với các

alkyl halogenur đơn giản

Ngoài ra, người ta còn sử dụng dung môi hidrocacbon nhưng phản ứng của alkyl halogenur và magie kim loại phải được thực hiện ở nhiệt độ trên 1000C Chúng tồn tại chủ

yếu ở dạng R2Mg + MgX2 và dạng kết hợp nhiều phân tử với nhau

- Hợp chất cacbonyl: aldehit, ceton, ester, clorua acid, amid

- Hợp chất chứa hidro hoạt động mạnh: H2O, ROH, NH3, RNH2

vào hợp chất cacbonyl liên hợp ( C = C – C = O) theo kiểu 1:2 Trong trường hợp có muối Cu(I) làm xúc tác thì phản ứng xảy ra theo cơ chế 1:4 như các ví dụ dưới đây:

Epoxit là ete vòng ba cạnh, thường gọi là oxiran Epoxit là chất trung gian trong tổng hợp

hữu cơ, được dùng để chuyển ankel thành các nhóm chức khác nhau Alken được chuyển thành epoxit bằng peoxiaxit (peaxit) [9]

O

O H CH2Cl2

C C O

R C OH O

+

Epoxi hóa anken rõ ràng là phản ứng oxi hóa vì số nguyên tử oxi được cộng vào nối đôi Peaxit là tác nhân oxi hóa chọn lọc cao Một số peaxit thường gặp như là axit peefomic HCOOH, axit peaxetic CH3COOOH, axit pebenzoic C6H5COOOH Peaxit epoxy hóa anken là quá trình một giai đoạn, trong đó đồng thời một vài liên kết bị đứt ra và hình thành

một vài liên kết khác, không có sự tham gia của ion trung gian kiểu cation hidroxyl OH+

C C

C O

O H

C

O H

C O

Hiện nay, người ta thường dùng axit m-clopebenzoic để epoxi hóa Axit này bền khi

bảo quản trong thời gian dài (đến 1 năm) và hoàn toàn không nguy hiểm khi sử dụng và

hiệu suất oxiran tương đối cao

Tr ạng thái chuyển tiếp

COOOH Cl

R2

R1

R3OH

(+)- và (-)-DIPT, diisopropyl tactrarte cũng có thể

được sử dụng và nhiều khi dẫn đến độ chọn lọc cao hơn

Cơ chế xảy ra có thể tóm tắt như sau: [24,40]

Sơ đồ 1: cơ chế phản ứng epoxy hóa bất đối xứng Sharpless

Tuy nhiên phản ứng xảy ra thường không hoàn toàn, quy trình xử lí thu sản phẩm thường phức tạp và khó khăn Trong đó điều kiện phản ứng cũng khắc nghiệt, cần nhiệt độ

thấp (dùng đá khô) Và phải chống ẩm tốt, đặc biệt là xúc tác Titan (IV) isopropoxit rất dễ hút ẩm và khi đó chức năng xúc tác không còn nữa

1.4 Phản Ứng Khử Các Epoxit (oxiran) Bằng Lithi Nhôm Hidrua

C ấu trúc của phân tử Lithi nhôm hidrua.[44]

Các ph ản ứng của lithi nhôm hidrua

Sơ đồ 2: các phản ứng của Lithi Nhôm Hidrua

- Kh ử epoxit (oxiran) đến ancol [9]

Dưới tác dụng của LiAlH4 trong ete hoặc THF, các epoxit được chuyển thành ancol

Phản ứng bao gồm sự tấn công nucleophin ion hidrua vào nguyên tử cacbon ít bị thế nhất

hoặc không bị án ngữ không gian để tạo thành ancol bậc hai hoặc bậc ba

C6H5HC CH2

O

1)LiAlH 4 , ete 2) H 3 O +

(H 3 C) 3 C

OH H

1.5 Các P hản Ứng Đehidro Hóa Và Oxi Hóa Ancol [9]

Khi cho hơi ancol có bậc khác nhau đi qua xúc tác kim loại đồng kim loại ở 3000C, chúng có sự khử khác nhau

Các ancol bậc 1 và bậc 2 có thể bị đehidro hóa hoặc oxi hóa thành andehit hoặc xeton tương ứng, trong khi đó các ancol bậc ba lại bị đehidro hóa thành ankel Người ta thường dùng các phản ứng đó để phân biệt các ancol có bậc khác nhau

R CH2OH Cu, t

o C

O H

ancol bâc 1 aldehid

Cu, t o C

O R

ancol bâc 2 xeton

R

Phản ứng oxi hóa ancol bằng oxi chỉ dùng trong công nghiệp Axit Cromic là tác

nhân tốt nhất cho việc oxi hóa ancol bậc 2 thành xeton trong điều kiện phòng thí nghiệm

R CH R'OH

Axit cromic được điều chế bằng cách hòa tan natri đicromat (Na2Cr2O7) trong hôn

hợp axit sunfuric và nước Tác nhân hoạt động trong hỗn hợp có thể là axit cromic, H2CrO4hay là ion cromat axit, HCrO4- Thêm crom oxit (CrO3) vào H2SO4, ta cũng thu được kết

quả tương tự

Tương tự như nhiều phản ứng khác, cơ chế phản ứng oxi hóa ancol bằng Cr(VI) xảy

ra theo nhiều giai đoạn Thí dụ phản ứng oxi hóa propan-2-ol thành axeton bằng axit cromic (H2CrO4), giai đoạn ban đầu là sự tạo thành este cromat:

H3C C H

CH3

O O

H

CH3

O Cr O O

+ Propan-2-ol Axit Cromic Este cromat

Giai đoạn tiếp theo là phản ứng E2, tạo thành axeton

H3C C H

CH3

O Cr O O OH

Nhưng andehit khác với xeton, nó dễ dàng bị oxi hóa tiếp theo đến axit

Việc điều chế andehit thường khó khăn, vì rằng hầu hết các tác nhân oxi hóa đủ

mạnh để oxi hóa các ancol bậc một cũng oxi hóa được andehit đến axit

CH2OH Na 2 Cr 2 O 7 /H 2 SO 4 C

O OH

Xyclohexylmetanol Axit Xiclohexancacboxylic

92%

Tác nhân oxi hóa tốt nhất, hạn chế việc oxi hóa các ancol bậc một, dừng ở giai đoạn

tạo thành aldehit là các dạng Cr(VI) trong môi trường khan Trước hết phải kể đến phức crom trioxit-pyridin có công thức (C6H5N)2CrO3 trong môi trường phản ứng điclometan

Tổ hợp này được gọi là tác nhân Collin

Hai chất oxi hóa khác tương tự tác nhân Collin là Pyridinium clocromat (PCC),

C 5 H 5 NH + ClCrO 3 - và Pyridinium đicromat (PDC), (C 5 H 5 NH) 2 2+ Cr 2 O 7 2-đều xuất xứ từ

Cr (VI) và dung môi điclometan

(C 6 H5N) 2 CrO3

CH2Cl2

C O

1 triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt trên dưới 700 ngàn tấn Hạt cà phê được lấy từ hạt

của các loài cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae) Ba dòng cây cà phê chính là Coffea arabica

(Cà phê Arabica) – cà phê chè – và Coffea canephora (Robusta) – cà phê vối, cà phê mít - Coffea excelsa – với nhiều loại khác nhau Chất lượng hay đẳng cấp của cà phê khác nhau tùy theo từng loại cây, từng loại hạt và nơi trồng khác nhau Cà phê Robusta được đánh giá

thấp hơn so với cà phê Arabica do có chất lượng thấp hơn và giá cả theo đó cũng rẻ hơn

Loại cà phê đắt nhất và hiếm nhất thế giới tên là Kopi Luwak (hay "cà phê chồn") của Indonesia và Việt Nam Đây không phải là một giống cà phê mà một cách chế biến cà phê

bằng cách dùng bộ tiêu hóa của loài cầy Giá mỗi cân cà phê loại này khoảng 20 triệu VND (1300 USD) và hàng năm chỉ có trên 200 kg được bán trên thị trường thế giới Cà phê là

mặt hàng xuất khẩu quan trọng Năm 2004, cà phê được xuất khẩu nông nghiệp tại 12 nước,

và vào năm 2005, nó xuất khẩu nông nghiệp hợp pháp thứ 7 trên thế giới tính theo giá trị

Hình 1: Thành trùng sâu đục

thân mình trắng (Xylotrechus quadripes)

Cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu, nhu cầu đòi hỏi của người tiêu dùng không ngừng tăng lên, chưa có những sản phẩm nhân tạo được chấp nhận

để thay thế cho cà phê, vì vậy việc trồng, xuất khẩu, nhập khẩu loại hàng hóa đặc biệt này

vẫn có một ý nghĩa kinh tế lớn đối với nhiều nước Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy

đủ là: sản phẩm cà phê đem ra thị trường phải đảm bảo chất lượng Trong cơ chế thị trường:

Tiền nào - của nấy, lại càng đúng với mặt hàng cà phê Sản lượng cũng như chất lượng cà phê lại phụ thuộc rất nhiều vào sâu bệnh hiện nay đối với cây

1.6.2 Sâu bệnh chính hại cây cà phê

Hạn chế lớn nhất đối với việc trồng cà phê đặc biệt là cà phê chè ở nước ta là tác hại

của sâu bệnh Sâu đục thân (Xylotrechus quadripes) và bệnh gỉ sắt cà phê (Hemileia vastatrix), là hai đối tượng sâu bệnh gây hại chính và nguy hiểm nhất hiện nay đối với cây

cà phê Theo Chi cục bảo vệ thực vật tỉnh Lâm Đồng, sâu đục thân cà phê có tên

Xylotrechus quadripes Chevrovat Khi trưởng thành là con xén tóc Sâu lớn đẻ trứng vào vết

nứt của vỏ thân, sau khi nở, sâu non đục vào vỏ thành đường vòng xung quanh thân, tiện ngang các mạch gỗ, sâu đục tới đâu, đùn phân và mùn cây ra phía sau trám kín lỗ lại Khi

sắp chuyển thành nhộng, sâu đục ra phía gần vỏ, khi vỏ sắp thủng thì dừng lại và ở đó chuyển thành nhộng Do đường đục quanh thân cây nên cây rất dễ bị gãy Do đặc điểm gây

hại như trên nên việc phòng trừ sâu đục thân bằng biện pháp hóa học ít hiệu quả Theo Phòng Nông nghiệp Đà Lạt, nếu không diệt trừ ngay bằng cách khoanh vùng và chặt đốt thì

đến tháng 10, 11 (thời điểm trứng phát triển), mức độ nguy hại sẽ cao hơn rất nhiều (Theo vietbao.vn).[42]

Sâu đục thân thường gọi là Bore (Xylotrechus quadripes Chevrolat) chỉ tác hại trên

giống cà phê chè ở tuổi cây thường từ cuối năm

thứ 3 trở đi Sâu đẻ trứng vào kẻ nút của vỏ sau

đó sâu non nỏ vào phá hoại phần gỗ bên trong

thân cây là cho cây héo rồi chết Loại sâu này

khả năng xuất hiện quanh năm nhưng tập trung

đẻ trứng rộ vào hai thời kỳ xuân, hè (tháng

3,4,5) và thu đông (tháng 10,11) Trồng cây

bóng mát cho cà phê để hận chế sự tác hại của sâu Dùng Boremun 4% phun phủ kín lên thân cây từ ngọn đến gốc 1 năm 2 lần để diệt trừ trứng, sâu non và sâu trưởng thành vào tháng 3-4 (xuân – hè) và tháng 10-11 (vụ thu đông) Những cây bị sâu nặng phải kịp thời

cưa cắt kịp thời để kịp thời diệt nguồn sâu trưởng thành (Theo nongnghiep.dailyinfo.vn)

[42]

1.6.3 Đặc điểm sinh thái học côn trùng

(Xylotrechus quadripes; tk sâu đục thân mình trắng), loài sâu họ Xén tóc

(Cerambycidae), b ộ Cánh cứng (Coleoptera) Sâu trưởng thành có kích thước 9 - 19 mm,

con đực nhỏ hơn con cái, trên cánh cứng có hai vệt ngang đen nằm phía cuối cánh và nhiều

vệt vàng Trứng hình bầu dục dài, một đầu tròn to, một đầu dài hẹp, dài 1,2 mm Sâu non màu trắng ngà, không có chân ngực và chân bụng, miệng có hàm trên rất cứng màu nâu đen

Nhộng màu vàng sẫm Sâu trưởng thành đẻ trứng vào kẽ nẻ vỏ cây Sâu non mới nở đục vào trong vỏ thành đường vòng, sau đó chui vào gỗ giữa cây Khi sắp chui ra khỏi nhộng, sâu đục một buồng sát vỏ cây, khi trưởng thành cắn vỏ chui ra ngoài Vòng đời Sâu đục thân (xén tóc) cà phê (SĐTCP) khoảng 125 - 215 ngày, mỗi năm 2 - 3 lứa Phá hại nghiêm trọng

cà phê chè, cây bị hại nặng từ 3 tuổi và cây càng già càng bị hại nặng hơn Cây bị sâu tiện ngang thân, gặp gió to, cây cành gãy ngang vết đục Sâu có ở tất cả các nước trồng cà phê

Biện pháp phòng trừ: chăm sóc, làm cỏ, bón phân đầy đủ để cây phát triển tốt; hằng năm, dùng thuốc trừ sâu quét thân hai lần Ngoài SĐTCP, còn gặp sâu đục thân mình đỏ (Zeuzera coffeae) thu ộc họ Ngài đục thân gỗ (Cossidae) cũng gây hại cà phê.[43]

1.7 Pheromone G iới Tính Của Sâu Đục Thân Cà Phê Mình Trắng

(Xylotrechus quadripes Chevrolat)

1.7.1 Phe romone giới tính của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat)

- Công trình về pheromone của sâu đục thân cà phê (Xylotrechus quadripes

Chevrolat) đầu tiên do Jayarama, et al (1998) công bố trong tạp chí Indian Coffee [21] xác định hợp chất 2-hydroxy-decan-3-one (2-hydroxy-10-3Kt) là pheromone của loại sâu này

- Năm 2001, Marc Rhainds et al trong tạp chí Appl Entomol Zool. [32] đã công bố tổ

hợp pheromone của sâu đục thân cà phê là 2 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one

(2S-hydroxy-10-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) với tỷ lệ 100 : 2/mồi nhử

(2S)-2-hydroxydecan-3-one

O OH

decane-2,3-dione

O O

- Năm 2006, Hall D.R et al trong tạp chí J Chem Ecol [20] lại công bố tổ hợp

pheromone của sâu đục thân cà phê là 7 thành phần (2S)-2-hydroxydecan-3-one (2S-hydroxy-10-3Kt) : 3-hydroxydecan-2-one (3-hydroxy-10-2Kt) : (2S,3S)-octanediol

(2S3S-octanediol) : 2-hydroxyoctan-3-one (2-hydroxy-8-3Kt) : decane-2,3-dione (10-2Kt3Kt) : 2-phenylethanol : caprylic acid với tỷ lệ 100 : 7 : 7 : 0.5 : 2 : 3 : 4/mồi nhử

1.7.2 Các công trình nghiên cứu pheromone trước đây

Racemate

Đáng chú ý có công trình của Marc Rhainds et al (2001) tổng hợp

decane-2,3-dione từ 2-octene, 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde và 3-hydroxydecan-2-one từ octanal.[32]

Sơ đồ 3 Tổng hợp decane-2,3-dione từ 2-octene

Sơ đồ 4 Tổng hợp 2-hydroxydecan-3-one từ acetaldehyde

Sơ đồ 5 Tổng hợp 3-hydroxydecan-2-one từ octanal

Quang ho ạt

- Công trình của Marc Rhainds et al (2001) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol.[32]

Sơ đồ 6: Tổng hợp (2S)-2-hydroxydecan-3-one từ 2-decene-3-ol

- Công trình của Hall D.R et al., (2006) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl ester của S-lactic acid.[20]

Sơ đồ 7: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2-hydroxy-3-alkanone từ methyl hoặc ethyl

ester của S-lactic acid

- Công trình của Lacey et al., (2007) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động học của racemate bằng Amamo AK lipase.[28]

Sơ đồ 8: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 3-hydroxy-2-alkanone nhờ phân giải động

học của racemate bằng Amamo AK lipase

- Công trình của Hanks et al., (2007) công bố Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng periodic acid với xúc tác oxy hóa ruthenium.[19]

Sơ đồ 9 Tổng hợp hợp chất quang hoạt từ racemic syn- hoặc anti-2,3-alkanediol bằng

periodic acid với xúc tác oxy hóa ruthenium

- Công trình của Lacey et al., (2008) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt của

2,3-alkanediol bằng phản ứng khử và tách đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh.[29]

Sơ đồ 10: Tổng hợp hợp chất quang hoạt của 2,3-alkanediol bằng phản ứng khử và tách

đồng phân quang học bằng sắc ký cột nhanh

- Công trình của Ryutaro Kiyota et al., (2009) công bố tổng hợp hợp chất quang hoạt (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol từ hexanoic acid.[27]

Sơ đồ 11: Tổng hợp (2S)-2-hydroxyoctan-3-one và (2S,3S)-2,3-octanediol của Kiyota R

Chương 2 NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là tổng hợp 2,3-decanedione, một thành phần pheromone giới tính của sâu đục thân cây cà phê mình

trắng Xylotrechus quadripes Chevrolat, bằng một số kỹ thuật và phương pháp mới trong

tổng hợp hữu cơ

2,3-decanedione là một diketone 10C, ketone ở vị trí 2 và 3, không có chọn lọc lập

thể Diketone được oxi hóa từ alcohol alcohol có thể được tạo thành từ phản ứng ghép Grignard (giữa tác chất Grignard với một andehit như acrolein) có thể dễ dàng thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt

Sự tạo nối carbon - carbon là một nhóm phản ứng rất quan trọng trong tổng hợp hữu

cơ Trước đây, chúng ta đã biết phản ứng của RX với Na, Zn, Ag; vinyl halide dưới tác

dụng CuCl, Zn-NiCl2 hay Cu; phản ứng của các allyl với propagyl halide Ngoài ra, các

phản ứng hình thành liên kết carbon - carbon tiêu biểu đã và đang được quan tâm nghiên

cứu thực hiện như: phản ứng ghép đôi Heck, phản ứng Suzuki, phản ứng Tsuji-Trost (hay còn gọi là phản ứng alkyl hóa allylic)

So với nhiều phương pháp để tạo nối carbon - carbon thì phản ứng ghép Grignard là

một trong những phản ứng quan trọng, đồng thời cũng được xem là một hướng đi thuận tiện trong tổng hợp pheromone do có thể dễ dàng nghiên cứu thực hiện ở điều kiện Việt Nam và cho hiệu suất khá tốt

Hơn nữa, nguồn nguyên liệu đầu luôn giữ vai trò quyết định cho việc lựa chọn hướng

đi của sơ đồ tổng hợp Do đó, lựa chọn nguồn nguyên liệu ban đầu thích hợp không kém

phần quan trọng, đôi khi giữ vai trò quyết định thành công cho cả sơ đồ tổng hợp pheromone

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein

Phản ứng Grignard được sử dụng để nối mạch cacbon giữa acrolein với n-heptan bromua và n-pentan bromua

Phản ứng

CHO

RMgBr

R OH

Acrolein

R = C 7 H 15 , C 5 H 11

 Nghiên c ứu tổng hợp epoxy

Cho allyl ancol tác dụng với Diisopropyl tactrate (DIPT) với xúc tá Titan (IV) isopropxide và tert–butyl hydroperoxit (TBHP)

(-)-Diisopropyl (D) tartrate

R

OH Titanium(IV) isopropoxide tert-butyl hydroperoxide

R OH O

Sơ đồ 12 Sơ đồ tổng hợp dencan-2,3-dione từ acrolein

Tác ch ất

a) Mg, THF, 0 – 5oC, siêu âm; b) Titanium (IV)isopropoxide, TBHP, DIPT, CH2Cl2khan; c) LiAlH4, Et2O khan, 0 – 5oC, khuấy từ; d) PCC, CH2Cl2 khan, khuấy từ

Sơ đồ chúng tôi lựa chọn có những đặc điểm sau:

Th ứ nhất: nguyên liệu đầu, các tác chất cũng như xúc tác được lựa chọn là những hóa

chất cơ bản, có thể dễ tìm kiếm hoặc tổng hợp được trong điều kiện Việt Nam, đồng thời có

ý định thông qua các kết quả nghiên cứu đạt được trên các dẫn xuất của allyl ancol sẽ tiếp

tục mở rộng ứng dụng và phát triển để tổng hợp hoàn chỉnh pheremone của sâu đục thân cây

cà phê

Th ứ 2: Phản ứng có đặc tính lập thể có tính chọn lọc cao

Th ứ 3: Đưa ra một quy trình tổng hợp decane-2,3-dione với con đường hoàn toàn

khác so với những nghiên cứu trước đây

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Việc xác đinh cấu trúc sản phẩm được thực hiên bằng các phương pháp phân tích

hiện đại: phổ cộng hưởng từ 1H-NMR và phổ 13C-NMR, IR, GC

2.1.2.1 Qui ước và tính toán

Độ sạch: % theo GC, (đã lọc qua cột sắc ký)

Hiệu suất cô lập của các chất tổng hợp được tính theo công thức:

GC x m

m H

lt

Trong đó: H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được (%)

mtt: khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (g)

mlt: khối lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (g)

2.1.2.2 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng

Chúng tôi chọn những điều kiện khảo sát để tìm ra những điều kiện thích hợp cho

phản ứng tổng hợp các ancol nhị có nối đôi, phản ứng epoxy hóa, khử hóa như:

- Thời gian phản ứng

- Tỉ lệ mol của phản ứng

- Nhiệt độ phản ứng

T ổng hợp n-heptyl bromua

Phản ứng được tiến hành giữa n-heptanol, HBr và H2SO4 đậm đặc, H2SO4 được nhỏ

giọt chậm vào bình phản ứng đồng thời kết hợp với đun hồi lưu Khi kết thúc nhỏ giọt thì

tiếp tục đun hồi lưu 30-40 phút Hỗn hợp sau phản ứng được rửa với HCl đậm đặc, nước, dung dịch NaHCO3 bão hòa, nước rồi làm khan bằng CaCl2 Sản phẩm thu được bằng phương pháp chưng cất với điểm sôi 156ºC

T ổng hợp 1-decen-3-ol

Sử dụng các kết quả nghiên cứu trước đây [5,6] về ứng dụng siêu âm trong phản ứng Grignard, tác chất Grignard được tạo thành bằng bồn siêu âm trong 1 giờ Phản ứng Grignard được thực hiện bằng thanh siêu âm giữa halogenua ankylmagnesium và Acrolein ở

00C biên độ siêu âm 50% và khảo sát theo thời gian

T ổng hợp 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol

Quá trình tổng hợp dựa trên tài liệu tham khảo [25]:

Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm Phản ứng được

thực hiện trên hệ thống khuấy từ

Phản ứng giữa 1-decen-3-ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide được thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản ứng xảy ra lâu và xử lí phức tạp

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, xử lí rồi sau đó lọc cột để loại bỏ một phần ancohol còn dư, DIPT chưa bị xử lí hết rồi tiến hành phản ứng kế tiếp

T ổng hợp decan-2,3-diol

Ete được làm khô trong Natri vụn, rồi chưng cất để thu được ete khô Tiếp theo, cho LiAlH4 vào bình 3 cổ được làm khô kĩ, thổi khí Nitơ để không lọt ẩm, thêm tiếp một lượng ete, rồi hỗn hợp được làm lạnh trong 5 phút Nhỏ giọt 1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol trong ete vào hỗn hợp phản ứng trong 30 phút Tỉ lệ LiAlH4 và epoxy được khảo sát cho tỉ lệ thích

hợp là 1:1.5 Sau đó tiếp tục khuấy hỗn hợp qua đêm ở nhiệt độ phòng Kết thúc phản ứng,

hỗn hợp được đem lọc nhanh qua cột silicagel bằng THF để loại bỏ chất khử dư Rửa lại với dung dịch NaCl bão hòa rồi làm khô bằng MgSO4 khan

Sản phẩm thu được kiểm tra bằng TLC, lọc cột silicagel để để thu được sản phẩm sạch

T ổng hợp decan-2,3-dione

Phản ứng oxi hóa ancol thành keton chúng tôi sử dụng tác chất là pyridin clorocromat trong dung môi điclometan khan Tỉ lệ giữa PCC và ancol là 1:1.5

Sản phẩm thô thu được lọc nhanh qua cột Silicagel, sau đó xử lí để thu được sản

phẩm thô Kiểm tra bằng TLC, lọc qua cột silicagel để thu được sản phẩm sạch

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp allyl ancol từ acrolein

Các tài liệu trước đây, đã chỉ rõ hiệu quả của việc siêu âm kết hợp với khuấy cơ trong

phản ứng Grignard, nên trong đề tài này, chúng tôi chỉ tiến hành khảo sát thời gian phản ứng

tối ưu cho hiệu suất cao nhất Phản ứng được thực hiện ở 0 – 5oC (đá muối)

hiện khuấy cơ kết hợp với siêu âm cho thời gian phản ứng rút ngắn hơn nhiều Qua đó cho

thấy hiệu quả của sóng siêu âm thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các bán chu kì tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra Với sự hỗ trợ của siêu âm phản ứng Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa Tóm lại, phản ứng Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn thời gian phản ứng, ít tốn dung môi

hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng cũng được nâng cao đáng kể

Dung môi cũng là một vấn đề cần nói tới, vì phản ứng Grignard cần tránh ẩm tốt nên dung môi sử dụng cũng cần được xử lí để loại toàn bộ nước Như vậy THF mua về, cần được ngâm trong KOH trong môi trường khí Nito Khi thực hiện phản ứng thì cho lọc qua Nhôm oxit để loại toàn bộ các epoxit có thể tồn tại trong quá trình bảo quản, sau đó được ngâm trong kim loại Natri vụn để loại toàn bộ nước sau đó chưng cất để thu được THF khan

Để tìm yếu tố thích hợp cho phản ứng, chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian tiến hành phản ứng

Các y ếu tố cố định:

• Tỉ lệ mol acrolein : n-heptyl bromua 1:2

• Phương pháp thực hiện: khuấy cơ kết hợp siêu âm

• Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ 0 – 5o

C

Y ếu tố thay đổi: Thời gian của phản ứng

B ảng 1: So sánh hiệu quả phản ứng giữa acrolein và C 7 H 15 Br theo th ời gian:

TT Phương pháp Thời gian (giờ) GC (%) Hiệu suất (%) Phụ lục

Ở bảng trên chúng tôi nhận thấy phương pháp kết hợp vừa khuấy cơ vừa siêu âm rút

ngắn thời gian rất nhiều (1 giờ) Qua đó cho thấy hiệu quả của sóng siêu âm trong hoạt hóa

và thúc đẩy phản ứng thông qua việc cung cấp năng lượng cho phản ứng từ các bán chu kỳ

tạo và vỡ bọt dung môi do sóng siêu âm tạo ra Với sự hỗ trợ của siêu âm phản ứng Grignard vẫn có thể tiến hành thuận tiện ngay cả trong mùa mưa Tóm lại, phản ứng Grignard kết hợp dùng siêu âm có ưu điểm là rút ngắn được thời gian phản ứng, ít tốn dung môi hơn và công tác chuẩn bị dung môi cho phản ứng cũng đơn giản hơn, hiệu suất phản ứng cũng được nâng cao đáng kể (> 84%)

Trong quá trình tạo tác chất, có xảy ra phản ứng cạnh tranh giữa tác chất Grignard

vừa hình thành với halogenua alkyl thêm vào

Tetradecan

Ph ản ứng thế giữa tác chất Grignard với RX

Để phản ứng xảy ra tốt và đạt kết quả cao cần lưu ý:

Phản ứng phải tiến hành trong điều kiện khan nước, phải sấy kỹ dụng cụ thí nghiệm, dung môi và tác chất phải được xử lý thật khan (THF phải được xử lý lại, làm khan, chưng cất trong Na có sục N2 để tránh hút ẩm trước khi tiến hành làm phản ứng) Tác chất Grignard là base mạnh nên dễ phản ứng với các hợp chất hydroxylic như alcohol và nước Hydroxide kim loại được tạo thành khi tác chất Grignard tiếp xúc với không khí ẩm đó là

một chất rắn màu trắng Khi đó, lớp magnesium oxide tạo thành bao phủ ngoài kim loại làm cho phản ứng khó xảy ra

Khi tiến hành điều chế tác chất Grignard, có một lượng magnesium bị lắng xuống đáy bình mà không phản ứng hoàn toàn nên khi nhỏ giọt alkyl halide vào sẽ dễ tạo điều kiện sinh ra sản phẩm tự ghép của alkyl halide mà không tác dụng hết với tác chất Grignard, sản

phẩm đó sẽ chiếm ưu thế so với sản phẩm chính Để hạn chế quá trình tự ghép xảy ra cần đặc biệt chú ý một số điểm như tốc độ nhỏ giọt vừa phải, không để phản ứng xảy ra quá mãnh liệt và không gia nhiệt bồn siêu âm trong lúc chưa nhỏ giọt hết alkyl halide

Hình 2: Ph ản ứng tổng hợp 1-decen-3-ol từ acrolein kết hợp

khu ấy cơ và siêu âm

A: giai đoạn tạo tác chất Grignard B: giai đoạn phản ứng

Về cơ chế phản ứng, thực chất đây là phản ứng cộng hợp giữa tác chất Grignard với

nối đôi C=O cho ra ancol bậc 2

Cơ chế phản ứng trình bày như sau:

O

H

H MgBr

Mũi hấp thu đặc trưng của 1-decen-3-ol là dao động hóa trị của liên kết O – H ở

ν = 3351,69 cm-1 Ngoài ra còn có dao động hóa trị của H trên C sp2 ở ν = 2927,2 cm-1 dao động hóa trị của C=C ở ν = 1644 cm-1

Như vậy dựa trên phổ IR ta có thể kết luận có nhóm OH, có liên kết đôi

• Phổ 1

H – NMR (500MHz, CDCl3, δ ppm) (Phụ lục 5,6,7)

0.9 (3H, t, J=7, H-10), 1,2–1,35 (10H, m, H-5->H-9), 1.46 - 1.56 (2H, m, H-4), 2.1 (1H, s, OH), 4.08 (1H, m, H-3), 5.09 (1H, d, J = 10, Ha), 5.2 (1H, d, J = 17, Hb), 5.8 – 5.9 (1H, m, H-2)

• Ph ổ 13

C–NMR: (500MHz, CDCl3, δ ppm): (phụ lục 8)

Nhận thấy có 10 pic ứng với 10 C

Xuất hiện peak của nhóm C-OH tại 73.16 và của C=C tại 114 và 141 ppm

• Dựa trên phổ DEPT: (Phụ lục 9)

Bảng 3: Dữ liệu phổ 13C–NMR, DEPT của 1-decen-3-ol (phụ lục 8,9)

2

3 4 5

6 7

8 9

H H

Dựa trên tài liệu tham khảo số [25] chúng tôi tiến hành phản ứng tổng hợp

1-(oxiran-2-yl)octan-1-ol hay 1,2-epoxy-3-decanol

Phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ẩm Phản ứng được

thực hiện trên hệ thống khuấy từ

TBHP 70% được làm khan bằng cách đun hồi lưu với benzen để loại hoàn toàn nước,

vì phản ứng này cần khô, tránh ẩm Tuy cách này có thể giúp TBHP có thể khan hoàn toàn nhưng khi đun hồi lưu với benzen thì benzen là một hóa chất độc hại nên chúng tôi không

tiến hành theo cách này mà TBHP được làm khô một phần bằng cách cho vào MgSO4 khan trong 30 phút, sau đó được chiết bằng điclometan khan (điclometan khan được thực hiện

bằng cách chưng cất trong CaCl2) ta thu được TBHP khô tương đối

Bình 3 cổ được làm khô kĩ, gắn hệ thống máy khuấy từ có thổi khí Nitơ và gắn ống hút ẩm, cho vào bình 3 cổ một lượng DET, sau đó là xúc tác Titanium tetra (isopropoxide)

rồi làm lạnh trong 5 phút Sau 5 phút, tiến hành nhỏ giọt 1-decen-3-ol trong CH2Cl2 vào trong 30 phút, rồi tiếp tục thêm TBHP đã được làm khan vào Tiếp tục khuấy trong 2h, sau

đó cho vào ngăn đá của tủ lạnh trong 18h

Phản ứng giữa 1-decen-3ol với TBHP, DIPT với xúc tác Titanium isopropoxide được

thực hiện trong hệ thống kín, nhiệt độ thấp (đá khô/axeton) và được tránh ẩm tốt, phản ứng

xảy ra lâu và xử lí phức tạp

A B

Hình 3 A Ph ản ứng tổng hợp epoxy, B dung dịch thu được sau phản ứng

Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng epoxy hóa Chúng tôi thực hiện

khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng

Với một giá trị cố định đó là: tỉ lệ số mol thêm vào, phương pháp thực hiện phản ứng

là khuấy từ, thời gian phản ứng là như nhau, chỉ thay đổi giá trị nhiệt độ Và tiến hành kiểm tra phản ứng tạo thành bằng TLC

Phản ứng thực hiện ở điều kiện nước

đá muối

Phản ứng thực hiện ở điều kiện đá

khô/axeton

Hình 4: B ản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng (n-hexan:Et 2 O=1:1)

Quan sát bản mỏng hình 3, ta nhân thấy:

Ở cả 2 điều kiện nhiệt độ đều có sự tạo thành sản phẩm Tuy nhiên với điều kiện đá khô, cho hiệu suất phản ứng cao hơn hẳn, lượng sản phẩm tạo ra nhiều hơn Nhưng lượng 1-decen-3-ol dư vẫn còn nhiều nên cần khảo sát lại tỉ lệ mol, tốc độ khuấy, thời gian của phản ứng cho phù hợp Do đó, để khảo sát các điều kiện sau,ta cần tiến hành phản ứng trong điều