Nghiên cứu chuyển hóa limonene trong tinh dầu ở việt nam

Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện các công việc sau:  Chiết tách tinh dầu vỏ bưởi và phân lập limonene bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất thấp;  Nghiên cứu chuyển hóa limonene

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP CƠ SỞ

“NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA lIMONENE TRONG TINH DẦU Ở VIỆT NAM”

MÃ SỐ: CS-2003-23.38

Tp Hồ Chí Minh 8 – 2004

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP CƠ SỞ

“NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA lIMONENE TRONG TINH DẦU Ở VIỆT NAM”

MÃ SỐ: CS-2003-23.38

Tp Hồ Chí Minh 8 – 2004

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 2

PHẦN II: TỔNG QUAN 4

I/ GIỚI THIỆU VỀ TINH DẦU VÀ HỢP CHẤT TERPEN 4

II/ GIỚI THIỆU VỀ LIMONENE 4

II.1/ Cấu tạo 4

II.2/ Một số tính chất vật lý của limonene 5

II.3/ Một số hướng chuyển hóa limonene 5

II.4/ Một số chuyển hóa sinh học của limonene: 13

II.5/ Một số loại cây cho tỉnh dầu cổ hàm lượng limonen cao ở Việt Nam 15

II.6/ Ứng dụng 17

PHẦN III: THỰC NGHIỆM 19

I/Sơ đồ tổng hợp 19

II/ Chuyển hóa hóa học 19

II.1/ Tách limonene từ vỏ bưởi 19

II.2/ Tổng hợp 3-(4-metyIxiclohex-3-enyl)but-3-en-l-ol 19

II.3/ Phản ứng của 3-(4-metybđclohex-3-enyl)but-3-en-l-ol với axit monocloaxetic 19

II.4/ Phản ứng của muối và etylbromua trên chất mang Silicagel: 21

II.5/ Tổng hợp dẫn xuất 9-triclometyllimonene 21

II.6/ Thủy phân dẫn xuất 9-triclometyllimonene 22

II.7/ Tổng hợp este etyllimonenecacboxylat 23

II.8/ Tổng hợp các hiđrazit thế 23

III/ Nghiên cứu cấu trúc 24

IV/ Thử hoạt tính sinh học 25

PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

I/ Chuyển hóa hóa học 26

I.1/ Tách limonene từ vỏ bưởi 26

I.2/ Tổng hợp 3-(4-metylxicIohex-3-enyl)but-3-en-l-ol 26

I.3/ Phản ứng của 3-(4-metylxiclohex-3-enyI)but-3-en-l-ol với axit monocloaxetic 27

I.4/ Phản ứng của muối và etylbromua trên chất mang Silicagel: 28

I.5/ Tổng hợp dẫn xuất 9-triclometyllimonene 28

I.6/ Thủy phân dẫn xuất 9-triclometyllimonene 29

1.7/ Tổng hợp este etyllimonenecacboxylat 31

I.8/ Tổng hợp các hiđrazit thế 31

II/ Hoạt tính sinh học 34

PHẦN V: KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHỤ LỤC 0

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Các cây chứa tinh dầu từ xa xưa đã được phát hiện và sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: làm gia vị, làm thuốc, làm hương liệu Ngày nay, cùng với sự phát triển của Khoa học - Công nghệ; cùng với sự nâng cao không ngừng về đời sống vật chất, văn hóa và tinh mần của toàn xã hội thì nhu cầu về tinh dầu cũng tăng lên nhanh chóng Trong y học, cây tinh dầu đã và đang là nguyên liệu để sản xuất nhiều loại thuốc phòng và chừa bệnh Trong công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm, tính dầu là nguồn nguyên liệu chính, nhiều khi ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm Công nghệ chế biến và kinh doanh tinh dầu đã đem lại nguồn lợi khổng lồ cho nhiều công ty tư bản

Nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi với nhiều loài thực vật chứa tinh dầu có triển vọng cung cấp nguyên liệu và sản phẩm hàng hóa có lợi thế cạnh tranh trên thị trường thế giới Tuy nhiên việc khai thác, sản xuất và chế biến tinh dầu ở nước ta vẫn còn ở tình trạng sản xuất nhỏ, manh mún, tạm bợ, vì thế còn chưa đem lại hiệu qua kinh tế như mong muốn Ngay cả các công trình nghiên cứu về tinh dầu cũng chủ yếu chỉ dừng lại ở mức độ xác định thành phần trong các thực vật khác nhau Nhiều loại thành phần thực vật chứa tinh dầu được xem như những sản phẩm phụ rẻ tiền, đã và đang bị bỏ phí

Với mong muốn đóng góp thêm vào việc nghiên cứu chuyển hoa tinh dầu ở Việt

Nam, chúng tôi tiến hành đề tài: "NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA LIMONENE TRONG

TINH DẦU ở VỆT NAM" Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện các công việc sau:

 Chiết tách tinh dầu vỏ bưởi và phân lập limonene bằng phương pháp chưng cất dưới

áp suất thấp;

 Nghiên cứu chuyển hóa limonene thành một số dẫn xuất dạng xeton, axit cacboxylic

và các sản phẩm chuyển hóa của chúng;

 Nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được;

• Thăm dò hoạt tính điều hoà sinh trưởng thực vật của các axit tổng hợp được đối với thực vật một lá mầm và thực vật hai lá mầm

PHẦN II: TỔNG QUAN

I/ GIỚI THIỆU VỀ TINH DẦU VÀ HỢP CHẤT TERPEN

Tinh dầu là một hỗn hợp những chất hữu cơ có cấu tạo phân tử phức tạp và khác nhau

về các đặc tính lý học cũng như hóa học Mặc dù vậy, tinh dầu có những đặc tính chung [2]:

- Tất cả các tinh dầu đều là những hợp chất lỏng, sánh, hoạt động quang học (gây ra hiện tượng quay cực của ánh sáng);

- Các tinh dầu đều có mùi thơm, dó trong thành phần của tính dầu có các cấu tử tự

do dễ bay hơi;

- Đa số các tinh dầu thường có tỷ trọng nhỏ hơn nước (d < 1), không tan hoặc rất ít tan trong nước, nhưhg lại tan tốt trong các dung môi hữu cơ;

- Các tinh dầu thường có phản ứng axit hay trung tính

Các hợp chất hóa học trong tinh dầu thường được xếp vào một vài nhóm chính:

là một trong những thành phần cơ bản góp phần tạo thành các carotenoit, các steroid và cao

su tự nhiên trong hoạt động sinh hóa ở cơ thể động thực vật

Các hydrocacbon terpen góp phần tạo nên mùi vị của tinh dầu ở một chừng mực nhất định, song các dẫn xuất chứa oxi của chúng lại là những hợp chất thơm rất quan trọng Chính

vì vậy, giá trị của các hợp chất thơm chứa các dẫn xuất chứa oxi của terpen thường cao hơn nhiều so với các hidrocacbon terpen

Terpen và dẫn xuất của chúng được phân thành các nhóm khác nhau dựa trên sự khác nhau về cấu trúc hóa học của chúng:

II/ GIỚI THIỆU VỀ LIMONENE

II.1/ Cấu tạo

Limonene có công thức phân tử C10H16, thuộc loại monotẹrpen đơn vòng, ứng với

công thức cấu tạo:

Do nguyên tử cacbon thứ 4 là cacbon bất đối nên limonene có hai đồng phân quang học dạng D và L- limonene (còn gọi là (R)- và (S)-limonene) Các đồng phân quang học này

có thể tồn tại riêng rẽ hay ở lẫn với nhau tạo thành hỗn hợp raxemic

II.2/ Một số tính chất vật lý của limonene

D-Limonene L-Limonene D,L-Limonene

II.3/ Một số hướng chuyển hóa limonene

Là một monoterpen đơn vòng với 2 liên kết đôi không liên hợp, một ở trong vòng và một ở ngoài vòng, limonene có thể tham gia vào nhiều qua trình chuyển hóa khác nhau:

II.3.1/ Tác dụng của nhiệt và xúc tác:

Ở 500°C có Pt là xúc tác thì phân tử limonene bị bẽ gẫy thành 2 phân tử isoprene

[13]:

C10H16 → 2 CH2=C(CH3)-CH=CH2

Ở 300°C có Ni là xúc tác ta có phản ứng chuyển 3 phân tử limonen thành một phân

tử p_menthan và hai phân tử p_cymen

II 3.2/Phản ứng cộng:

Tuy điều kiện dung môi và xúc tác sử dụng limonen có thể bị bão hoa Ì hay 2 nối đôi, thường nối đôi ngoài vòng dễ no hoa hơn

a/ Cộng hydro:

Khi hiđro hóa limonene, người ta có thể sử dụng các xúc tác khác nhau; khi đó sản phẩm tạo thành có thể là carvomenthan - sản phẩm hiđro hóa liên kết đôi ngoài vòng (xúc tác Cu) hay p-menthan - sản phẩm hidro hóa cả 2 liên kết đôi (xúc tác Ni)

Sản phẩm tạo thành là chất kết tinh trong clorofom cho màu xanh, do đó người ta dùng phản ứng này để xác định limonene

Từ sản phẩm cộng này người ta cùng đã thực hiện một số các chuyển hóa tiếp theo theo sơ đồ dưới đây [14]:

e/ Cộng hợp nitrosylclorua:

Epoxit rất dễ tham gia phản ứng mở vòng :

Dưới tác dụng của axit sunfiiric loãng 0°c, limonen 1,2-oxit cho

trans-p-menth-8-en-l,2-diol dưới dạng tinh thể và cis -p-menth-8-en-trans-p-menth-8-en-l,2-diol là một chất lỏng

II.3.3/Phản ứng epoxi hoa limonene

Epoxit là một loại hợp chất trung gian cho nhiều chuyển hóa Một số tác giả đã nghiên cứu phản ứng epoxit hoa limonen và từ limonen oxit đã nhận được nhiều sản phẩm có ý nghĩa cả về mặt hoa học lập thể và ứng dụng

Tương tự, từ limonene 8,9-diol, người ta thu được p-menth-l-en-8,9-diol dưới dạng biến thể racemic:

Tương tác của limonene oxit với N_brômsucxinimit (NBS) trong axeton_nước lại xảy

ra theo cách khác:

Phản ứng hyđroxybrom hoặc ankoxybrom hóa limonene đã được tiến hành với tác nhân NBS với sự có mặt của nước hoặc anlcol tuyệt đối, trong điều kiện này phản ứng đã xảy ra chọn lọc ở nối đôi trong vòng [4]:

II 3 4/ Phản ứng hyđrôxbrom và ankoxibrôm hóa limonene

II 3 5/Phản ứng với paraformaldehit

Khi có xúc tác axit, focmanđehit cũng có thể đóng vai trò của một tác nhân electrophin cho phản ứng cộng vào limonene Phản ứng xảy ra ở nối đôi ngoài vòng:

Phản ứng trên xảy ra trong dung môi'CH2Cl2 Còn khi thực hiện phản ứng trong dung

môi axit axetic, người ta thu được este axetat của ancol vừa tạo thành [23] II.3.6/Phản ứng

vôi cacbon tetraclorua:

II.3.6/ Phản ứng với cacbon tetraclorua:

Phản ứng cộng của CCl4 vào phản ứng với limonene xảy ra ở liên kết đôi ngoài vòng,theo qui tắc Khararsch Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc, dưới tác dụng của chất khơi mào peroxit (một số terpen khác như pinen, nopinen cũng phản ứng với CCL1 theo cách này) Trong quá trình chưng cất ở áp suất thấp để thu sản phẩm, các tác giả [10] nhận thấy có

sự tạo thành hiđroclorua và đã chứng minh sản phẩm nhận được là 9-triclometyllimonene Thủy phân dẫn xuất triclometyllimonen tạo thành trong môi trường kiềm/ etanol ở nhiệt độ cao (trong ống hàn kín), các tác giả công bố thu được axit có nhiệt độ nóng chảy 98°C Các tác giả [11] cũng công bố đã thu được axit này khi tiến hành khi thủy phân bằng dung dịch kiềm/ etylen glycol ở áp suất thường Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy của axit lại là 109°C Trong cả hai bài báo trên đều không thấy cung cấp các dữ liệu để chứng minh cấu trúc của sản phẩm axit nhận được

Đồng thời với sự tạo thành axit khi thủy phân dẫn xuất trihalogen, các tác giả [11 còn thấy tạo thành sản phẩm phụ là một xeton:

Xeton này tạo với 2,4dinitrophenyl hidrazin sản phẩm ngưng tụ có nhiệt độ nóng chảy là 142°C

II.3.8/ Oxy hóa limonen:

Theo Henderson,khi cho dung dịch CrO2Cl2 trong CS2 khan tương tác với limonene ở 10°c sẽ cho hợp chất cộng C10H162CrO2Cl2 Đây là chất rắn màu xám nâu, khi khô và có nhiệt độ sẽ tách ra HCl Nếu đem xử lý với nước thì chất này phân hủy kèm theo tỏa nhiệt, sản phẩm thu được là một chất nhựa, một lượng nhỏ p_tolyl propionaldehit (1) và p_tolyl methyl xeton (2)

Theo Swod, oxy hóa limonen bằng cách lắc với hydrô peroxit trong axit axetic băng khoảng 14-15 ngày thu được (D)-p-menth-8(10)-en-l,2-diol (5) và một lượng

nhỏ terpinhydrat, andehit, axit, ete

II.3.7/ Tổng hợp xeton từ limonene

Axetyl hóa limonene bằng axetyi clorua trong dung môi CH2Cl2 (xúc tác SnCl4)

người ta nhận được một số các xeton [26]:

Khi cho limonene hoa tan trong axit axetic băng tác dụng với hỗn hợp axit crômic cho

ra hemoterpenylmetyl xeton (3) và p-menthane-1,2,8 triol (4)

Ward Jr đã nghiên cứu sự tương tác giữa Pb(CH3COO)4 và limonene và thấy rằng sự

oxy hoa này xảy ra theo hai hường (phản ứng có thể dùng benzen hoặc dung dịch axit axetic

làm dung môi):

Oxy hóa bằng SeO2:

II.3.9/Phản ứng với ancol và phenol

Phản ứng giữa limonene và ancol dùng để tạo các terpinyl alkyl ete Phản ứng

được xúc tác bởi axit suníuric Theo một nghiên cứu mới đây của Watnabe về phản ứng

của limonene và phenol trong dung môi toluene, sản phẩm thu được là 1,8-bis

(hydroxiphenyl)-p-menthane (7) và 8-phenoxy-p-

menth-l-en (8)

Khi cho limonene phản ứng với anhydrit maleic, sản phẩm nhận được là:

II.4/ Một số chuyển hóa sinh học của limonene:

Ngoài việc tham gia vào các qua trình chuyển hóa hóa học, limonene còn tham

gia vào nhiều qua trình chuyển hóa sinh học rất đáng chú ý Giáo sư Shulan Tian, trường

Đại học Minnesota đã công bố một số dãy chuyển hóa:

❖ Dãy l:

II.3.10/ Phản ứng với anhydrit maleic

Khi cho limonene phản ứng với anhỵdrit

bằng phương pháp sinh học

II.5/ Một số loại cây cho tỉnh dầu cổ hàm lượng limonen cao ở Việt Nam

II.5.1/ Cây bưởi

Tên khoa học : Citrus maxima (Burm.) Merr

Họ cam (Rutaceae)

Bưởi là cây thân gỗ to, cây cao 10-13m, phân cành nhiều ngay từ gốc Cành có gai

nhỏ mọc đứng ở kẽ lá Lá hình trứng đến hình bầu dục, kích thước 5-10cm X 2-5cm; phía đáy

hình tim hoặc tròn, chóp là tù hoặc nhọn; cuống lá có cánh to, dài tới 7cm Hoa bưởi trắng,to,

dài 2-3cm, mọc thành chùm 8-10 hoa Quả bưởi hình cầu hoặc hình trái lê, đường kính 10 -

20 (30)cm, màu vàng xanh, lớp vỏ qua dày 1-3cm, vỏ ngoài có nhiều tuyến chứa tinh dầu

Bưởi ra hoa vào tháng 2-3, cho quả vào tháng 8-12 Bưởi được trồng phổ biến ở khắp nơi, từ

Bắc tới Nam Bưởi rất đa dạng về hình thái cũng như về chất lượng qua, hàm lượng và thành

phần của tinh dầu Nước ta có nhiều giống bưởi quý, nổi tiếng là một số giống: Bưởi Phúc

Trạch (Hương Khê, Hà Tĩnh), bưởi Đoan Hùng (Vĩnh Phú), bưởi đỏ Mê Linh (Vĩnh Phú),

bưởi đường Hương Sơn (Hà Tĩnh), bưởi Thanh Trà (Thừa Thiên Huế), bưởi Biên Hòa (Đồng

Nai), bưởi Năm Roi (Tiền Giang) Ở nước ta chưa có thông tin chính thức về năng suất, hiệu

quả kinh tế của cây bưởi (Các thôns tin từ Thái Lan cho biết, bưởi có thể có trung bình 70 -

100 quả/ cây/ năm Đây cũng là mức năng suất cao ở Malaixia) Bưởi là cây ăn trái có giá trị

Cứ l00g tép bưởi ăn được có chứa 89g nước, 0,5g chất đạm, 0,4g chất béo, 9,3g chất đường

và cacbonhiđrat, 49IU vitamin A, 0,07mg vitamin B1, 0,02mg vitamin B2, 0,4mg niacin và

44mg vitamin c

Hàm lượng tinh dầu trong hoa bưởi đạt trung bình 0,1% (cao nhất 0,25%) [ ] Tinh

dầu thu được có tỷ trọng ở 20°c là 0,8150; chỉ số chiết quang ở 20°c là 1,4830 và góc quay

cực ở nhiệt độ này là + l lo1 Thành phần hóa học của tinh dầu bưởi cũng khá phức tạp, hiện

đã xác định được tới trên 40 cấu tử, trong đó chủ yếu là nerolidol (26,80-29,40%), limonen

(5,6-18,3%), linalool (9,0-19,2%), trans-farnesol (14,6-15,8%) Ngoài ra còn có sabinen,

P-pinen, P-myrcen, ô-phellandren, cis-p-ocimen, nerol, neral, geranial, methyl anthranilat, Sự

có mặt của nhóm ancol sesquiterpen làm cho tinh dầu hoa bưởi có mùi thơm hấp dẫn, rất đặc

trưng và có tác dụng như một chất định hương Hàm lượng tinh dầu trong vỏ qua tương đối

cao (từ 0,3% đến 0,9%) [ ] tùy thuộc vào từng giống Tinh dầu vỏ bưởi có các chỉ số lý học

sau: Tỷ trọng d(15°C): 0,835-0,845; Chỉ số chiết quang D20 = 1,4730-1,4795; góc quay cực α

= +84°36' đến +99° Hiện đã xác định được hơn 30 cấu tử trong thành phần hóa học của tinh dầu vỏ quả Trong đó chủ yếu là limonen (67-87%) và myrcen (2,0-21,8%); các hợp chất còn lại đáng chú ý là linalool, α-terpinen, β=pinen, α-terpineol, neral, carvon, tras-carvon, cumin aldehit, piperitenon, geranial, [5]

Hiện nay ở Việt nam, bưởi được trồng chủ yếu để lấy quả Việc chiết rút tinh dầu, đặc biệt là tinh dầu từ vỏ quả hầu như chưa được quan tâm (có lẽ một phần là do việc sử dụng còn quá đơn giản và chưa đem lại hiệu quả kinh tế) Đây là một lãng phí lớn, cần được quan tâm khắc phục để tận dụng tổng hợp các sản phẩm từ cây bưởi Có sử dụng toàn diện và tổng hợp đối với cây bưởi nói riêng và cây trồng khác nói chung thì mới nâng cao được giá trị kinh tế của sản phẩm, góp phần tăng thu nhập cho người nông dân

II.5.2/ Cây cam

Tên khoa học: Citrus sinensis (L.) Osbeck

Họ cam (Rutaceae)

Cam thuộc loại cây gỗ nhỏ, cao 6-l0m, phân cành nhiều, tạo thành tán dạng hình cầu Cành non thường chứa nhiều gai nhọn Lá đơn, mọc cách, hình bầu dục hoặc trứng, gốc lá tròn, chóp lá nhọn, kích thước 5-15 X 2-8cm, cuống lá dài l-3cm, có cánh mảnh men theo 2 bên cuống Hoa mọc đơn độc dưới nách lá, đôi khi mọc thành chùm với vài ba hoa; hoa có đường kính 2-3cm, đài hoa có 5 thùy, 5 cánh hoa màu trắng Quả mọng, hình gần cầu, đường kính 4-12cm Các múi chứa tép mọng nước màu vàng Vỏ ngoài màu vàng lục hay vàng da cam tươi với nhiều tuyến chứa tinh dầu Thời gian từ khi hoa thụ phấn đến lúc quả chín cho thu hoạch thường vào khoảng từ 6 đến 9 tháng Năng suất cam ở các nước Đông Nam Á đạt khoảng 7-14 tấn/ ha Trung bình trong mỗi quả cam, phần ăn được thường chiếm 40-50% khối lượng Trong 100 g phần ăn được thường chứa 80-90g nước, 0,7-l,3g chất đạm, 0,1-0,3g chất béo; 12-12,7g cacbonhiđrat, 0,5g chất xơ, 200IU vitamin A, 45-61g vitamin c, 0,5-2,0g axit xitric [2]

Vỏ cam tươi, chín vàng thường cho hiệu suất tinh dầu cao (1,3-3,5% so với khối lượng vỏ và 0,3-0,6% so với khối lượng quả) Như vậy, mỗi tấn quả sau khi ăn tươi hoặc chế biến còn có thể tận thu được 3 đến 6 kg tinh dầu - đây cũng là một nguồn lợi đáng kể

Tinh dầu vỏ cam trong suốt, có màu vàng nhạt, tỷ trọng d (150C) = 0,8382-0,8584; chỉ số chiết quang = 1,4725-1,4755; góc quay cực = +980 - +99° Tinh dầu vỏ cam gồm 19 thành phần trong đó các thành phần chính là limonen (91,00%), các ancol (2,6%) các andehit (1,19%) [2] Ở nước ta hiện nay, mặc dù tinh dầu cam đã được chiết tách và mua bán thương mại song nhìn chung vẫn ở quy mô nhỏ, manh mún và chưa mang lại giá trị kinh tế xứng đáng

Ngoài bưởi và cam là 2 loại cây cho tinh dầu có hàm lượng limonene cao, nhiều loài cây khác ở Việt Nam cũng là nguồn cung cấp limonene có giá trị Dưới đây là một số cây mà tinh dầu chứa limonene với hàm lượng đáng kể:

Đại hồi Tinh dầu hương nhu trắng

Mã tiền thảo

82 72,16 44,06 19,6 10,7

33 22,6 44,06

II.6/ Ứng dụng

Limonene là thành phần chính tạo nên mùi thơm của tinh dầu vỏ cam, chanh, vì thế

từ lâu người ta đã sử dụng nó như một hương liệu trong nhiều lĩnh vực của ngành chế biến thực phẩm và mỹ phẩm Có thể thấy sự hiện diện của limonene trong thành phần của nhiều loại hương liệu, nước hoa, xà phòng thơm, kem đánh răng, nước xịt phòng, nước rửa chén với mùi hương chủ đạo là mùi cam, chanh Tuy nhiên, nhìn chung đây là những tổ hợp hương rẻ tiền, chưa mang lại giá trị như mong muốn Vì thế, người ta cũng đã thực hiện nhiều chuyển hóa để chuyển limonene thành các dẫn xuất có giá trị kinh tế cao hơn nhiều, dùng trong các tổ hợp hương cao cấp Chẳng hạn người ta đã thực hiện chuyển hóa:

Bên cạnh giá trị tạo mùi thơm, từ lâu người ta đã phát hiện ra limonene có những hoạt tính sinh học đáng chú ý Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy limonene có hoạt tính kháng khuẩn Limonene cũng là tác nhân gây độc với một số loài bọ gây là trung gian truyền bệnh sốt xuất huyết, bệnh viêm não Nhật bản, ngay ở hàm lượng khá thấp: 0,2ml/ lít Một dẫn xuất của limonene là terpine hydrat đã được sử dụng

Carvone tạo thành là một hương liệu có giá trị cao hơn nhiều so với limonene ban đầu Cũng với mục đích này, người ta đã tổng hợp p-mentha-l,8(10)-dien-9-ol theo sơ đồ tổng hợp dưới đây:

làm thuốc ho Tác giả Igrini còn phát hiện ra limonene có tác dụng làm tan sỏi mật và đã phát minh ra một số chế phẩm dùng trị bệnh này với hàm lượng limonene chiếm từ 70 - 99,8% Các nhà nghiên cứu ở Trung tâm Ung bướu thuộc Trường Đại học Winsconsin ở Madison (USA) đã chứng minh được rằng limonene có khả năng phá hủy khối u ở động vật thí nghiệm Họ cũng đã tiến hành thử nghiệm và thấy rằng d-limonene có khả năng chống được ung thư tuyến tụy, dạ dày, da và gan Một số dẫn xuất của limonene như trans-p-menth-8-en-

1 -ol-2-di-metylamino-p-clorobenzylclorides; trans- p-menth-8-en-l-ol,2-di-metylamino - benzylclorides; trans-p-menth-8-en-1-ol-2-di-metylaminobenzylclorides-2,4-diclorobenzyl chlorides; 2,4-diclo-benzyldimethyl (l-hydroxy-p-meníh-2-yl) ammonium được thấy có tác dụng điều hòa sinh trưởng thực vật, có tác dụng rất tốt đến khả năng phát triển của hạt đậu [19, 20, 21, 22]

Ngoài ra trong nhiều lĩnh vực như tổng hợp vật liệu polime [27], chế tạo dầu bôi trơn [28] cũng đề cập đến sự sử dụng limonene như là một nguyên liệu có giá trị

PHẦN III: THỰC NGHIỆM

I/Sơ đồ tổng hợp

Các hợp chất nghiên cứu được tổng hợp theo sơ đồ tổng hợp như ở trang bên:

II/ Chuyển hóa hóa học

II.1/ Tách limonene từ vỏ bưởi

Vỏ bưởi đã được gọt bỏ phần cùi trắng, xay nhỏ rồi đem chưng cất lôi cuốn hơi nước cho đến khi phần nước chưng cất ra trở nên trong suốt Phần nước ngưng thu được được cho vào phễu chiết, chiết lấy phần dầu ở trên; phần nước ở dưới được bão hòa bằng muối ăn rồi chiết bằng ete và thu lấy phần hữu cơ ở phía trên Gộp chung phần dầu thô thu được ở trên và phần hữu cơ chiết được bằng ete với nhau; làm khan bằng Na2SO4 Chưng cất thu lấy ete ở

áp suất thường Sau đó chưng cất thu lấy limonene dưới áp suất 40 mmHg, nhiệt độ 92 -

94°c (Theo tài liệu [ ], limonene có nhiệt độ sôi 58 - 59°c ở áp suất 10 tor) Limonene thu được ở dạng chất lỏng trong suốt, có mùi thơm mát

Sơ đồ tổng hợp

II.3.2/ Cách tiến hành

Cho vào bình cầu ba cổ có lắp que khuấy, phễu nhỏ giọt và sinh hàn hồi lưu (sinh hàn nối với ống canxi clorua khan) 100 mi toluene khan và 9 g Na đã được cạo sạch lớp vỏ và cắt thành từng miếng nhỏ Hỗn hợp phản ứng được đun nóng trên bếp cách cát (khi đó không khuấy) Cho máy khuấy hoạt động thật mạnh khi toluen đã sôi nhẹ, sao cho Na bị đánh tan thành huyền phù màu trắng xám Nhỏ từ từ vào huyền phù natri ở trên 50 mi 3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-3-en-l-ol (hỗn hợp khi đó chuyển sang màu vàng nâu) Tiếp tục

khuấy hỗn hợp phản ứng trong 6-7 giờ ở nhịêt độ 85-90°c sao cho Na không bị vón cục lại: Thêm từ từ vào hỗn hợp phản ứng 50 mi toluene có hòa tan 9,5g axit monocloaxetic

(C1CH2COOH) mới chưng cất lại (hỗn hợp khi đó chuyển sang màu vàng nhạt và trở nên sánh lại - nếu hỗn hợp sánh quá ta có thể cho thêm toluene vào để khuấy trộn được đều) Tiếp tục khuấy trong 12 giờ ở 85-90°C

Sau khi kết thúc phản ứng, thu lấy sản phẩm, hòa vào nước, chiết lấy phần dung dịch (tan trong nước) Tiếp tục axit hóa phần dung dịch chiết được bằng axit clohidric rồi chiết lấy phần hữu cơ ở phía trên Lớp dưới được chiết tiếp với một lượng nhỏ toluene và thu lấy phần hữu cơ ở trên Đổ chung các phần hữu cơ chiết được với nhau, kiềm hóa bằng KOH và chiết lấy lớp dưới (lớp trên là toluene) Tiếp tục axit hóa phần dung dịch chiết được bằng axit HC1 (1:1) rồi chiết lấy lớp hữu cơ ở trên bằng ete Cuối cùng làm khan và cất loại ete, thu được axit 2-(3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-3-enyloxy)axetic (axít A1 hay axít limonenoxyaxetic)

II.4/ Phản ứng của muối và etylbromua trên chất mang Silicagel:

II.4.1/ Phương trình phản ứng

II.4.2/ Cách tiến hành

Axit limonenoxyaxetic được kiềm hóa bằng KOH đặc đến pH=9 Làm khan silicagel bằng cách sấy trên một đĩa sứ sạch ở 110°c trong 3 giờ Tẩm lên 40g silicagel đã được sấy

khô đó khoảng 15 - 16g muối kali limonenoxyaxetat ở trên và tiếp tục sấy ở 110°c trong 3

giờ (trong lúc sấy nên đảo trộn silicagel để việc bốc hơi nước được thuận lợi) Sau khi sấy xong, đem cân lại để tính lượng muối cho vào Cho hỗn hợp vào bình thép, thêm vào đó một lượng Etyl Bromua theo tỉ lệ mmuối :mEtBr = 1:1,6 Đảo trộn đều rồi đóng chặt nắp bình, sau

đó nung nóng hỗn hợp phản ứng ở 50°C trong 10 giờ Khi phản ứng kết thúc, đổ hỗn hợp vào bình thủy tinh rồi chiết nhiều lần bằng dietyl ete

Phần dịch chiết thu được đem chưng cất cách thủy thu hồi dung môi ở 38-40°C; sau

đó đem chưng cất ở áp suất thấp thu lấy sản phẩm ở 165 - 168°C dưới áp suất 21mmHg

Sản phẩm thu được là một chất lỏng không màu, trong suốt và có mùi thơm nhẹ

II.5/ Tổng hợp dẫn xuất 9-triclometyllimonene

II.5.1/ Phương trình phản ứng

II.5.2/ Cách tiến hành

Cho vào bình cầu 500ml (có lắp ống sinh hàn hồi lưu) hỗn hợp của 36,63ml limonene và 212

ml CCl4 đun hồi lưu (cách thủy) trong 24 giờ, cách 6 giờ lại cho thêm 1/4 lượng của 2,2g

benzoylperoxit trong 44ml CCl4 Trung hòa hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch Na2CO2 10%, chiết lấy phần hữu cơ, làm khan bằng Na2SO4 rồi cất loại CCl4 ở áp suất thường Phần cặn (cân được 38g) được chưng cất dưới áp suất thấp thu được 11 g phân đoạn 1 ở 90 - 92°C/ 40mmHg (limonene); 2,2g hợp chất trung gian và 16g chất dầu sánh, màu vàng ở 165-170°C /19mmHg

II.6/ Thủy phân dẫn xuất 9-triclometyllimonene

chiết lấy phần hữu cơ bằng ete, cho bay hơi hết dung môi sau đó kết tình lại sản phẩm bằng

CH3COOH/ H20 (tì lệ 1:4) rồi bằng rượu/ nước Sản phẩm axít enyl)but-2-enoic (axít A2 hay axít limonenecacboxylic) tinh khiết nhận được có dạng tính thể hình kim không màu, toC = 108-109°C Hiệu suất=27%

3-(4-metylxiclohex-3-II.7/ Tổng hợp este etyllimonenecacboxylat

II.7.1/Phương trình phản ứng:

II.7.2/ Cách tiến hành

Hòa tan 2,5g axit (4) trong etanol tuyệt đối trong bình cầu 100ml bão hòa bằng hidroclorua khan rồi đun hồi lưu trong 2 giờ 30 phút (sinh hàn có lắp ống làm khan chứa CaCl2) Sau khi cất loại bớt etanol, trung hòa sản phẩm nhận được bằng dung dịch NaHCO3

10% Dùng ete chiết lấy sản phẩm hữu cơ ở lớp trên, rửa bằng nước, cất loại ete và chưng cất

thu lấy este ở 125°c, áp suất 25mmHg Sản phẩm là một chất dầu không màu, có mùi thơm

dễ chịu Hiệu suất=53%

bằng HC1 (1: 1) Lọc thu lấy sản phẩm axit aryloxyaxetic, rửa bằng nước rồi kết tinh lại bằng etanol - nước

II.8.2/ Điều chế este etyl aryloxyaxetat

a/ Phương trình phản ứng

b/ Cách tiến hành

Hòa tan 0,1 mol axit aryloxyaxetic trong 25ml etanol, thêm vào đó 3ml H2SO4 đậm đặc rồi đun hồi lưu trong 6 giờ cất bới rượu dư khỏi hỗn hợp phản ứng rồi để nguội, trung hòa bằng dung dịch NaHCO3 20% Este tách ra được rửa nhiều lần bằng nước lạnh Etyl 3-metyl-phenoxyaxetat được chiết ra ở dạng lỏng, sau đó được làm khan bằng Na2S04 và chưng cất thu lấy sản phẩm Etyl 1-naphtoxyaxetat ở dạng rắn được lọc sau đó kết tinh lại bằng etanol - nước

II.8.3/ Điều chếhiđrazit của axỉt aryloxyaxetic

II.8.4/ Phản ứng ngửng tụ giữa hiđrazit vời 4-axetyl-l-metylxiclohex-l-en

a/ Phương trình phản ứng

b/ Cách tiến hành

Cho vào bình cầu 0,02mol 4-axetyl-l-metylxiclohex-l-en trong 30ml toluene, thêm vào đó 0,01mol hidrazit của axit aryloxyaxetic Đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng trong 2 giờ, sau đó lắp ống tách nước và tiếp tục đun trong 4 giờ nữa Cất loại bới dung môi toluene rồi

để nguội hỗn hợp phản ứng, sản phẩm tách ra ở dạng rắn, Lọc lấy kết tủa, kết tinh lại trong etanol

III/ Nghiên cứu cấu trúc

Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo bằng phương pháp mao quản trên máy GẠLLENKAMP MPD 350 tại Khoa Hóa Trường ĐHSP Thành phố Hồ Chí Minh

Phổ hồng ngoại của các chất được đo trên máy BRUKER-IFS48 tại Trung Tâm dịch

vụ phân tích thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các chất được đo trên máy BRƯKER Avance 500MHz tại Phòng cấu trúc, Viện Hóa học thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Hà nội

Phân tích sắc ký và khối phổ được thực hiện tại Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc Trung tâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia, Hà nội

IV/ Thử hoạt tính sinh học

Các axít mà chúng tôi tổng hợp được đều có cấu trúc của một auxin, với những đặc điểm như: Có cấu trúc vòng đóng vai trò của một nhân auxin; Có ít nhất một liên kết đôi trong vòng; Có mạch nhánh chứa nhóm cácboxyl; Có ít nhất một nguyên tử cacbon ngăn cách giữa nhân và nhóm cacboxyl [25] Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành thăm dò hoạt tính điều hòa sinh trưởng thực vật của chúng Hoạt tính điều hòa sinh trưởng thực vật của các axít (A1)

và (A2) được nghiên cứu trên 2 chỉ tiêu là tỷ lệ nảy mầm của hạt và tốc độ sinh trưởng của mầm cây Đối tượng được chọn: đối với thực vật một lá mầm là hạt lúa giống Lg (cho axít

A1) và lúa Nàng Thơm (cho axít A2); đối với thực vật hai là mầm là hạt đậu xanh thu hoạch vào vụ mùa 2003 Cách thức tiến hành tương tự như đã được mô tả trong tài liệu [8]:

Các công thức thí nghiệm ngâm hạt: nước cất 2 lần (ĐC); axít (A1 và A2) ở các nồng

độ l0mg/ lít, 20mg/ lít, 50mg/ lít và l00mg/ lít

Thời gian ngâm đối với hạt lúa là 48 giờ, đối với hạt đậu là 4 giờ Kết thúc quá trình ngâm, vớt hạt ra và chọn những hạt tốt, đều nhau xếp vào các hộp Petri có lout giấy lọc đã được thấm ướt đều nhau bằng 5ml nước cất Mỗi hộp chứa 50 hạt, được đậy nắp để tránh sự bay hơi của nước, đảm bảo sự giống nhau trong các hộp Mỗi công thức được lặp lại 10 lần (10 hộp - đối với hạt lúa) và 6 lần (6 hộp - đối với hạt đậu xanh) Sau khi xếp hạt vào hộp Petri (ủ) 1 ngày thì bắt đầu đếm số hạt nảy mầm Bắt đầu đo sinh trưởng của thân và rễ từ ngày thứ 4 (đối với lúa) hay ngày thứ 5 (đối với đậu)

PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

I/ Chuyển hóa hóa học

I.1/ Tách limonene từ vỏ bưởi

Limonene thu được từ tinh dầu vỏ bưởi bằng cách chưng cất dưới áp suất thấp là một chất lỏng trong suốt có mùi cam nhẹ Phổ hồng ngoại của limonene thu được từ tinh dầu vỏ bưởi hoàn toàn trùng với phổ hồng ngoại của D-limonene Một số vân đặc trưng trên phổ hồng ngoại của D-limonene là:vCH no= 2920,8cm-1; Vc=c = 1644,7cm-1; vcHanken = 3041,6

và 3083,9cm-1

Mặc dù có nhiều phương pháp phân tách tinh dầu từ vỏ cam, bưởi nhưng chúng tôi lựa chọn biện pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước vì theo nhiều tài liệu [2,4,5], đây là phương pháp tương đối đơn giản, cho tinh dầu có chất lượng cao và hiệu suất cũng tốt Chúng tôi cũng chủ yếu sử dụng vỏ bưởi để làm nguyên liệu cung cấp tinh dầu do việc thu gom vỏ bưởi tương đối thuận tiện, hơn nữa việc sơ chế cũng đơn giản và dễ dàng hơn so với vỏ cam

Trong qua trình phân tách limonene từ vỏ bưởi, chúng tôi nhận thấy rằng để thu được tinh dầu với hiệu suất cao và chất lượng tốt, vỏ bưởi cần phải còn tươi Trái lại, nếu sử dụng

vỏ bưởi đã héo hay ủng, không những lượng tinh dầu thu được ít đi mà tinh dầu còn có mùi

lạ do vỏ bưởi dễ bị sậm màu, cháy khét trong qua trình chưng cất

khi có mặt xúc tác axit Hơn nữa, nước có thể làm mất hoạt tính của xúc tác SnCl4 do tạo thành các hiđrat kết tinh và tách khỏi môi trường phản ứng

Ancol tạo thành sau phản ứng được tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất thấp Khi đó, chúng tôi thu được 2 phân đoạn: Phân đoạn 1 có nhiệt

độ sôi 92 - 94°c ở áp suất 41mmHg; Phân đoạn 2 có nhiệt độ sôi 145 - 150°c ở áp suất 23mmHg Các tính chất vật lý của phân đoạn 1 cho thấy chất nhận được là limonene Phân đoạn 2 có nhiệt độ sôi cao hơn hẳn, chứng tỏ có chất mới đã được tạo thành So sánh phổ hồng ngoại của sản phẩm này với limonene có thể thấy: trên phổ vẫn còn vân hấp thụ ở 1642,7cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết đôi C = C, ngoài ra còn xuất hiện vân

tù và rộng ở 3427,7cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết O - H có tham gia liên kết hiđro; vân ở 1131,2cm-1 tương ứng với dao động của liên kết C - O Như thế sản phẩm nhận được là một ancol chưa no So sánh nhiệt độ sôi của ancol này và phổ hồng ngoại của

nó với các tính chất tương tự của sản phẩm được công bố trong các tài liệu [4,23] cho phép chúng tôi đánh giá rằng sản phẩm 3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-3-en-l-ol đã được tạo ra

I.3/ Phản ứng của 3-(4-metylxiclohex-3-enyI)but-3-en-l-ol với axit

monocloaxetic

Bản chất của phản ứng của 3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-3-en-l-ol với axít monocloaxetic là phản ứng thế nucleophin Vì thế, để làm tăng khả năng phản ứng của tác nhân acol, cần phải chuyển nó thành dạng ancolat LO- Việc chuyển hóa này được thực hiện thông qua phản ứng giữa ancol và natri trong môi trường không có nước Phản ứng này xảy

ra thuận lợi hơn khi dùng huyền phù natri trong toluene nhờ tăng khả năng tiếp xúc tốt giữa natri và ancol

Khi thêm axit (đã được cất lại trước khi sử dụng - nhằm loại trừ sự có mặt của nước) vào dung dịch ancolat, sẽ xảy ra phản ứng:

RCOOH + LONa → RCOONa + LOH (L là gốc limonenyl)

vì thế cần phải sử dụng lượng dư ancolat để đảm bảo sự có mặt của tác nhân ancolat cho phản ứng thế nucleophin:

LONa + ClCH2COONa → LOCH2COONa + NaCl

Sản phẩm nhận được ở dạng muối, tan tốt trong nước và kém tan trong toluene Do

đó, sau khi kết thúc phản ứng, chúng tôi thêm nước vào hỗn hợp phản ứng và chiết lấy phần dung dịch tan trong nước nhằm loại bỏ ancol dư (tan trong toluene) Axít hóa muối để chuyển về dạng axit thì axit lại kém tan trong nước, nhờ thế có thể chiết và tách bỏ được tạp chất tan trong nước (muối natri monocloaxetat) Lại kiềm hóa và chiết lấy phần dung dịch muối tan trong nước, sau đó axit hóa trở lại và chiết lấy phần hữu cơ bằng ete nhằm thu được sản phẩm sạch hơn Cuối cùng, làm khan sản phẩm nhận được bằng natrisunfat rồi cất loại ete, chúng tôi nhận được sản phẩm là một chất lỏng rất sánh, màu vàng nâu Chúng tôi đã tiến hành chưng cất ở áp suất thấp với mong muốn thu được sản phẩm axit tinh khiết nhưng không thành công do sự chuyển hóa (hóa nhựa) của chất trong qua trình chưng cất Kết qua phân tích bằng phương pháp GC-MS cho thấy sản phẩm nhận được là một hỗn hợp của nhiều chất với cấu trúc rất phức tạp và hầu như chưa được xác định (có lẽ đã xảy ra sự chuyển vị của liên kết đôi trong khung menthađien cũng như sự phá vỡ cấu trúc khung này trong môi trường kiềm mạnh ở nhiệt độ cao), trong đó thành phần chính (chiếm

khoảng 33%) có khối lượng phân tử giống như khối lượng phân tử của axit A1 mà chúng tôi

dự kiến tổng hợp

I.4/ Phản ứng của muối và etylbromua trên chất mang Silicagel:

Thông thường, người ta thực hiện phản ứng este hóa một cách đơn giản nhờ phản ứng giữa axit và ancol với sự có mặt của H2SO4 đặc làm xúc tác Tuy nhiên, trong trường hợp cụ thể, axit limonenoxyaxetic có những liên kết đôi trong phân tử, mà những liên kết đôi này rất

dễ tham gia vào phản ứng cộng nước khi có mặt axít Với mong muốn tổng hợp este của axit limonenoxyaxetic, chúng tôi chọn biện pháp an toàn hơn là dùng phản ứng giữa muối của axit này với etyl bromua trên chất mang silicagel Bản chất của phản ứng này cũng là phản ứng thế nucleophin mà lon cacboxylat là tác nhân tấn công Khi đó, nồng độ lon này càng cao, phản ứng xảy ra càng thuận lợi Chúng tôi lựa chọn muối kali limonenoxyaxetat cho phản ứng này Nguyên nhân là do lon kali có bán kính lớn hơn so với lon natri nên cặp lon LOCH2COO-K+ lỏng lẻo, thuận lợi cho sự hình thành tác nhân tấn công - lon cacboxylat tự

do Chất mang silicagel vừa tạo điều kiện cho tác nhân và chất phản ứng tiếp xúc với nhau tốt hơn, vừa hoạt hóa tác nhân (làm liên kết LOCH2COO"M+ trở nên lỏng lẻo hơn) nhờ cấu trúc silosan và silanol của chúng [9]:

Chiết hỗn hợp phản ứng bằng ete, sau đó cất loại ete rồi cất dưới áp suất thấp, chúng tôi thu được sản phẩm không màu, có mùi thơm dễ chịu Điều này cho phép chúng tôi nghĩ rằng sản phẩm este đã được tạo ra Phổ hồng ngoại của sản phẩm này cũng xác nhận điều đó Trên phổ có thể thấy rõ vân hấp thụ với cường độ mạnh ỏ 1755,4cm"1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O; vân hấp thụ ở 1641,4cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết đôi C=C và không thấy vân hấp thụ ở vùng trên 3000 cm-1 ứng với dao động hóa trị của nhóm OH Mặc dù vậy, kết qua phân tích bằng GC-MS cho thấy đây là một hỗn hợp sản phẩm, cấu trúc của các chất phần lớn chưa được xác định, trong đó thành phần chính có thể có công thức như dự kiến Có lẽ trong qua trình phản ứng tạo thành axit limonenoxyaxetic từ ancol trong môi trường kiềm mạnh, cũng như trong qua trình chuyển hóa axit thành este với sự có mặt của chất mang silicagel đã tạo điều kiện cho các phản ứng chuyển vị của liên kết đôi và các phản ứng phá vỡ cấu trúc khung menthadien xảy ra Chúng tôi chưa phân tách được sản phẩm este ở dạng tinh khiết

I.5/ Tổng hợp dẫn xuất 9-triclometyllimonene

Chúng tôi tiến hành tổng hợp 9-triclometyllimonene dựa trên quy trình tổng hợp của các tác giả [10] Theo các tác giả này, phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn; giai đoạn đầu là phản ứng cộng của cacbontetraclorua vào liên kết đôi ngoài vòng của limonene để tạo thành 8-clo-9-triclometyllimonene Phản ứng này xảy ra theo cơ chế gốc với sự có mặt của chất khơi mào benzoylperoxit Do phản ứng được thực hiện trong thời gian tương đối dài (24 giờ), nên chất khơi mào được thêm vào nhiều lần để

đảm bảo hiệu lực của nó Giai đoạn 2 xảy ra khi chưng cất thu sản phẩm ở nhiệt độ cao, đó là phản ứng tách loại hiđroclorua để tạo thành 9-triclometyllimonene Cấu trúc của sản phẩm đã được các tác giả xác nhận Chúng tôi cũng đã thu được sản phẩm có nhiệt độ sôi phù hợp với nhiệt độ sôi của sản phẩm được các tác giả công bố

I.6/ Thủy phân dẫn xuất 9-triclometyllimonene

Theo kết qủa công bố trong tài liệu [1 1], khi thủy phân 9-triclometyllimonene trong kalihiđroxit - etanol trong ống hàn kín ở nhiệt độ cao, sản phẩm nhận được là muối kali 3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-2-enoat Axit hóa muối này bằng axit clo hiđric sẽ cho axit limonenecacboxylic tương ứng với nhiệt độ nóng chảy 94,5°C Theo các tác giả [11], 9-triclometyllimonene không bị thủy phân trong KOH - C2H5OH ở nhiệt độ thường, nhưng bị

thủy phân trong dung dịch kalihiđroxit - etylen glycol đun sôi ở 180°C Axít hóa sản phẩm tạo thành cũng nhận được axít limonenecacboxylat Tuy nhiên, theo các tác giả này, axít lại

có nhiệt độ nóng chảy 109,6°c Trong cả 2 công trình trên, các tác giả đều không thấy công

bố các dữ liệu chứng minh cho cấu trúc của sản phẩm axít nhận được Vì thế chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu cấu trúc của sản phẩm nhận được sau khi xử lý 9-triclometyllimonene trong dung dịch kalihiđroxit - etylen glycol (có nhiệt độ nóng chảy 108 - 109°C) nhằm xác định cấu trúc chắc chắn của chất này

Phổ hồng ngoại của sản phẩm nhận được cho thấy đây có thể là một axit không no với các vân hấp thụ rộng và tù ở 2500 - 3250cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH (tự do hay liên kết hidro), vân có cường độ mạnh ở 1687,2cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị C=O; vân ở 1631,5 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị C=C

Khối phổ của chất này cho thấy khối lượng phân tử của chất là 180đvC (M* = 180); chất này là một axit do có vạch đặc trưng 135 = M+ - 45 Vạch 119 = M+ - 45 -16 cho thấy axit vẫn còn có nhóm CH3 ở bên ngoài vòng xiclohexen (cấu trúc của vòng xiclohexen có thể thấy qua vạch đặc trưng C5H7+ = 67)

Phân tích phổ cộng hưởng từ proton của axít này có thể thấy: Hai proton liên kết với cacbon sp2 đều cho tín hiệu cộng hưởng ở vùng trung bình và có cường độ tích phân bằng 1 Tuy nhiên, proton ở ngoài vòng xiclohexen sẽ cho tín hiệu singlet ở trường yếu hơn vì nó liên kết với nguyên tử cacbon ở cạnh nhóm -COOH hút electron mạnh, đồng thời proton này cũng không có tương tác spin - spin với protơn nào ở gần nó Trong khi đó, proton trong vòng xiclohexen chịu tương tác spin - spin với 2 proton gần đó nên sẽ cho tín hiệu triplet Vì thế,

độ dịch chuyển hóa học tương ứng của các proton này là 5,604ppm và 5,382 - 5,387ppm

Proton ở cacbon số 4 của khung menthan cho tín hiệu ở dạng multiplet ở vùng trường mạnh với cường độ tích phân bằng 1 do nó liên kết với nguyên tử cacbon mà bên cạch có 2 nhóm -CH2-, vì thế trên phổ proton này ứng với tín hiệu có ô = 1,445 -l,516ppm

Ba proton trong các nhóm CH3- đều cho tín hiệu ở vùng trường mạnh và có cường độ

tích phân bằng 3 Tuy nhiên tín hiệu của các proton trong nhóm CH3- liên kết trực tiếp với vòng xiclohexen sẽ xuất hiện ở trường mạnh hơn so với tín hiệu của các proton trong nhóm

CH3- ở ngoài vòng, liên kết với nguyên tử cacbon mang nối đôi

liên hợp với nhóm COOH hút electron mạnh Do đó các proton này có độ dịch chuyển hóa học tương ứng là l,621ppm và 2,07ppm

Proton cửa nhóm axit do tham gia trao đổi với proton của nước (có lẫn trong dung môi đo) nên cho tín hiệu trùng với tín hiệu của proton của nước và không xuất hiện ở vùng trường yếu như thường thấy

Các proton trong các nhóm -CH2- trong vòng xiclohexen cho các tín hiệu chồng chất

lên nhau ở vùng trường mạnh Việc quy kết riêng rẽ từng tín hiệu của từng proton là hết sức khó khăn và chưa thực hiện được

Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 của axit một lần nữa xác nhận cấu trúc của nó Vân phổ

ở trường yếu, ứng với dô dịch chuyển δ = 167,004ppm rõ ràng ứng với cacbon cacbonyl Tín hiệu xuất hiện ở 114,857 - 162,413ppm là của các nguyên tử cácbon ở trạng thái lai hóa sp2còn lại, trong đó 2 nguyên tử cacbon tham gia liên hợp với cacbon cacbonyl rõ ràng sẽ cho tín hiệu ở trường yếu hơn Nguyên tử cacbon ở gần nhóm cacbonyl hơn sẽ có độ dịch chuyển lớn hơn (ứng với δ = 162,413ppm) Trong khi đó, nguyên tử cacbon ở vị trí số 1 trong khung menthen liên kết với 2 nhóm thế có khả năng cho electron sẽ cho tín hiệu ở trường mạnh hơn

so với nguyên tử cacbon ở vị trí số 2 Vì thế, độ chuyển dịch hóa học tương ứng của 2 nguyên tử cacbon này là δ = 114,40ppm và δ = 120,006ppm Các nguyên tử cacbon ở vị trí

số 3, 4 và 6 trong khung menthen đều ở vị trí a đối với một nguyên tử cacbon sp2 nên sẽ cho tín hiệu ở trường yếu hơn so với nguyên tử cacbon còn lại; như vậy nguyên tử cacbon ở vị trí

số 5 có δ = 26,788ppm Nguyên tử cacbon ở vị trí số 4, khác hẳn với 2 nguyên tử cacbon còn lại (số 3 và 6), có tín hiệu ở trường yếu nhất do tham gia liên hợp với nhóm cacbonyl hút electron, vì thế nó có độ chuyển dịch 43,262ppm Mặc đù có tính chất gần giống nhau so với cacbon sp2, tuy nhiên nguyên tử cacbon ở vị tí số 3 liên kết trực tiếp với cacbon số 4 (có mật

độ electron thấp) nên sẽ cho tín hiệu ở trường yếu hơn so với cacbon số 6 Độ chuyển dịch tương ứng của chúng là δ = 29,788ppm vàδ = 29,697ppm (trên phổ đồ có độ phân giải thấp, 2 tín hiệu này gần như trùng nhau) Các kết qua quy kết phổ cộng hưởng từ 1H và 13C được biểi

diễn tóm tắt ở các hình trên

Từ các kết qua trên, chúng tôi khẳng định axít tạo thành khi thủy phân dẫn xuất triclometyllimonene là axít 3-(4-metylxiclohex-3-enyl)but-2-enoic (axít A2)

9-Trong công trình [11], các tác giả cho biết khi thủy phân bằng kiềm - etylen glycol, bên cạnh axít limonenecacboxylic còn thu được sản phẩm khác là 4-axetyl-l-metylxiclohex-l-

en Đây là một xeton,tạo với 2,4-đinitrophenylhiđrazin một hiđrazon có nhiệt độ nóng chảy 142°C Nhận thấy đây là một sản phẩm không tan trong nước nên sau khi thủy phân 9-triclometyllimonene, chúng tôi đã tiến hành chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu lấy chất này Chúng tôi cũng đã tiến hành ngửng tụ sản phẩm nhận được với 2,4-đinitrophenylhiđrazin và thu được chất rắn màu vàng cam có nhiệt độ nóng chảy 142°C Điều đó cho phép chúng tôi tin tưởng rằng chúng tôi cũng đã tổng hợp được 4-axetyl-l-metylxiclohex-l-en

1.7/ Tổng hợp este etyllimonenecacboxylat

Các kết qua nghiên cứu từ trước đã cho thấy gốc limonenyl rất dễ tham gia vào phản ứng cộng hợp với nước khi có sự hiện diện của axit như là chất xúc tác Điều này là một trở ngại đối với việc tổng hợp este với cấu trúc như dự kiến bằng phương pháp tổng hợp thông thường - cho axit tác dụng trực tiếp với ancol với xúc tác H2SO4 đặc Vì thế, chúng tôi lựa

chọn giải pháp thay thế xúc tác H2SO4 đặc bằng khí hidroclorua khan nhằm ngăn chặn tối đa

tác dụng của nước (tạo thành trong phản ứng este hóa) Cũng với mục đích này, sinh hàn được lắp thêm ống canxi clorua để tránh sự xâm nhập của nước từ môi trường bên ngoài

Phổ hồng ngoại của sản phẩm nhận được bước đầu cho thấy este có cấu trúc như dự kiến đã được tạo ra So với phổ của axít trước đó, trên phổ không thấy các vân rộng và tù ở

2500 - 3250cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm O- H; vân phổ ứng với dao động hóa trị của nhóm cacbonyl cũng chuyển lên tần số cao hơn ( 1 7 1 4 , 9 c m- 1 so với 1687,2cm-1trong phổ của axit) Điều này hoàn toàn phù hợp với quy luật thường thấy khi có sự chuyển hóa axit - este Este nhận được vẫn còn có liên kết đôi C=C, ứng với vân hấp thụ ở 1643,8

cm-1

I.8/ Tổng hợp các hiđrazit thế

Các aryloxiaxetohidrazit được chúng tôi tổng hợp từ các phenol ban đầu là metylphenol và 1-naphtol bằng các phương pháp quen thuộc, Cấu trúc của các sản phẩm trung gian được xác nhận bằng cách so sánh với nhiệt độ nóng chảy của các chất tương ứng trong tài liệu và bằng phổ hồng ngoại của chúng

3-Các hidrazit nhận được tiếp tục được cho phản ứng với 4-axetyl-l-metylxiclohex-1-

en tạo thành trong qua trình thủy phân 9-triclometyllimonene Phản ứng này xảy ra theo cơ chế AcB2 Theo kinh nghiệm, chúng tôi thực hiện phản ứng với dụng cụ tách nước nhằm nâng cao hiệu suất phản ứng Tuy nhiên, có lẽ cấu trúc cồng kềnh của xeton cùng với mật độ điện tích dương ở nguyên tử cacbon cacbonyl của xeton đã bị giảm đi nhiều (do hiệu ứng cảm ứng dương của các nhóm thế ankyl ở 2 bên) là những yếu tố làm cản trở phản ứng dẫn đến hiệu suất của phản ứng không cao

So sánh nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm nhận được với hidrazit tương ứng qua bảng dưới đây:

Có thể thấy: khi chuyển từ các hidrazit sang các hidrazit thế, đều có sự giảm nhiệt

độ nóng chảy mặc dù có sự tăng khối lượng phân tử của các chất Có lẽ nguyên nhân là do giữa các phân tử hidrazit thế không còn khả năng tạo thành liên kết hidro giữa các phân tử như trong các phân tử hidrazit ban đầu

Bảng dưới đây ghi lại những vân hấp thụ chủ yếu trên phổ hồng ngoại của các hidrazit và hidrazit thế

Các dấu hiệu này cho thấy các sản

phẩm ngửng tụ đã được tạo ra Sự tăng tần số hấp thụ của nhóm cacbonyl có lẽ là do khi tạo thành hidrazit thế, khả năng liên hợp của nitơ với nhóm cacbonyl đã giảm đi, từ đó làm tăng tần số dao động của nhóm này

Chúng tôi cũng đã tiến hành đo phổ cộng hưởng từ proton của các hợp chất HT| và

HT2 Từ kết qua nhận được, chúng tôi quy kết và biểu diễn như sau:

Các tín hiệu tương đối rõ ràng là của proton trong nhón NH (ở vùng trường yếu, ứng với δ = 10,39 - 10,5ppm) Các proton trong nhóm CH2 ở gần nhóm cacbonyl có pic ứng với cường độ tích phân bằng 2 và proton liên kết với nguyên tử cacbon sp2

trong vòng xiclohexen

- với cường độ tích phân là 1 - cho tín hiệu ở vùng trường trang bình, vì thế chúng sẽ tương ứng với các tín hiệu có δ = 4,92ppm trong HT1 (hay 5,17ppm trong HT2) và δ = 5,388 ppm ương HT1 (hay 5,396ppm trong HT2) Ngoài ra, có thể thấy rằng nguyên tử hiđro gắn với các bon ở vị trí số 4 trong vòng xiclohexen cho tín hiệu ở trường, mạnh với cường độ tích phân là

1 và bị tách thành rất nhiều vạch (multiplet) do nó liên kết với nguyên tử cacbon mà bên cạnh

có 2 nhóm CH2 Vì thế, trên phổ, proton này ứng với tín hiệu có δ = l,481ppm So sánh 2 phổ

HT1 và HT2 có thể thấy ngay nhóm tín hiệu có độ dịch chuyển nằm trong khoảng 2,26 - 2,33ppm và có cường độ tích phân bằng 3 là của các proton trong nhóm CH3 liên kết trực tiếp với vòng thơm Ba proton trong các nhóm CH3 còn lại đều cho các tín hiệu ở vùng trường mạnh và có cường độ tích phân bằng 3 song các proton của nhóm CH3 liên kết trực tiếp với vòng xiclohexen sẽ có tín hiệu ở trường mạnh hơn vì nhóm CH3 này liên kết trực tiếp với

nguyên tử cacbon mang liên kết đôi C=C còn nhóm CH3 kia liên kết trực tiếp với nguyên tử

cacbon mang liên kết C=N Do đó trong HT1 và HT2, chúng sẽ cho các tín hiệu tương ứng là l,624ppm và l,86ppm (trong HT1)`; l,629ppm và l,89ppm (trong HT2) Các proton trong các nhóm CH2 trong vòng xiclohexen cho các tín hiệu chồng chất lên nhau ở vùng trường mạnh Việc quy kết riêng rẽ từng tín hiệu của từng proton là hết sức khó khăn, đòi hỏi phải có thiết

bị hiện đại hơn nữa

Trong vùng thơm, hợp chất HT1 cho 2 nhóm tín hiệu, một có cường độ tích phân là 1

và là vân bội, một là một đám vạch có cường độ tích phân bằng 3 Vì thế chúng tôi cho rằng vân có cường độ tích phân 1 tương ứng với proton ỏ vị trí meta đối với 2 nhóm thế trên vòng thơm: proton này chịu tương tác spin - spin với 2 proton ở 2 nguyên tử cacbon gần kề và gây

ra sự tách vạch bội (multiplet) Nhóm vạch kia tương ứng với 3 proton còn lại trên vòng thơm

Trong khi đó, hợp chất HT2 cho 4 nhóm tín hiệu, một ở 8,247ppm (vân đôi - doublet)

- có cường độ tích phân bằng 1; một ở 7,879ppm (doublet) - có cương độ tích phân bằng 1; một đám vạch ở 7,369ppm - 7,549ppm với cường độ tích phân bằng 4; một ở 6,769ppm - 6,784ppm (vân 4- quartet) - có cường độ tích phân là 1 Có thể thấy vân 4 này là của proton ở

vị trí số 3 so với nhóm thế - khi đó nó chịu tương tác spin - spin với 2 proton ở xung quanh

và cho vân bội Các proton ỏ vị trí số 2 và số 4 so với nhóm thế đều cho vân đôi vì có tương tác spin - spin với 1 proton bên cạnh Tuy nhiên, proton ở vị trí số 2 nằm gần nguyên tử oxi (có độ âm điện lớn) hơn, do đó sẽ nằm ở trường yếu hơn, vì thế sẽ có độ dịch chuyển là 8,246ppm còn proton kia sẽ có

độ dịch chuyển 7,879ppm Bốn proton ở vòng benzen bên cạnh nằm cách xa nhóm thế nên ít

bị dịch chuyển và tương ứng với đám vạch có cường độ tích phân bằng 4 ở vùng 7,349ppm - 7,549ppm

Phổ 13CNMR một lần nữa xác nhận cấu trúc của các hidrazit thế Dưới đây là sơ đồ biểu diễn kết qua quy kết phổ:

II/ Hoạt tính sinh học

Kết quả thăm dò hoạt tính điều hòa sinh trưởng thực vật của các axít A1 và A2 được biểu diễn qua các bảng dưới đây:

Bảng 1: Ảnh hưởng của axít A 1 đến tỉ lệ nẩy mầm của hạt lúa L 8 :

% so với đối chứng

Số hạt nẩy mầm /50

% so với đối chứng

100,67 101,37 100,67 102,04 100,00

49,67±0,67 49,67±0,67 49,67±0,67 50,00±0,00 50,00±0,00

99,34 99,34 99,34 100,00 100,00

Như vậy, trong khoảng nồng độ nghiên cứu, axít A1 có ảnh hưởng rất ít đến sự nảy mầm của hạt lúa