thẠc sỸ nghiên cứu phản ứng acil hóa friededl-crafts sử dụng triflat bismuth trong...

7/30/2019 THẠC SỸ Nghiên cứu phản ứng acil hóa friededl-crafts sử dụng triflat bismuth trong chất lỏng ion

http://slidepdf.com/reader/full/thac-sy-nghien-cuu-phan-ung-acil-hoa-friededl-crafts-su-dung 1/181

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN HOÀNG PHƯƠ NG

NGHIÊN CỨ U PHẢN Ứ NG ACIL HÓA

FRIEDEL-CRAFTS SỬ DỤNG TRIFLAT

BISMUTH TRONG CHẤT LỎNG ION

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HỮ U CƠ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2010



MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU............................................................................................... 1

PHẦN 2: TỔNG QUAN....................................................................................... 2

2.1 GIỚI THIỆU VỀ TRIFLAT ................................................................. 2

2.1.1 Đại cươ ng về triflat ................................................................. 2

2.1.2 Đặc tính của triflat .................................................................. 2

2.1.3 Cơ chế phản ứng C -acil hóa xúc tác triflat ............................. 4

2.1.4 Ứ ng dụng của triflat trong tổng hợ p hữu cơ ........................... 5

2.2 PHẢN Ứ NGC

-ACIL HÓA FRIEDEL-CRAFTS................................ 52.3 GIỚI THIỆU VỀ CHẤT LỎNG ION................................................... 7

2.3.1 Lịch sử..................................................................................... 7

2.3.2 Cơ cấu ..................................................................................... 9

2.3.3 Phân loại................................................................................ 10

2.4 GIỚI THIỆU VỀ CHẤT NỀN VÀ SẢN PHẨM ............................... 11

2.4.1 Anisol .................................................................................... 11

2.4.2 Veratrol ................................................................................. 112.4.3 1,3-Dimetoxibenzen.............................................................. 12

2.4.4 1,4-Dimetoxibenzen.............................................................. 12

2.4.5 Tioanisol ............................................................................... 13

2.4.6 4-Metilanisol ......................................................................... 13

2.5 KẾT HỢP ACID LEWIS VÀ CHẤT LỎNG ION............................. 14

2.5.1 Nghiên cứu phản ứng acil hóa Friedel-Crafts

sử dụng triflat kim loại trong chất lỏng ion ................................... 14

2.5.2 Điều chế dẫn xuất benzophenon sử dụng acid Lewis trong chất

lỏng ion ......................................................................................... 16

2.5.3 Nghiên cứu phản ứng acil hóa Friedel-Crafts một số hợ p chất

hươ ng phươ ng sử dụng dẫn xuất bismuth trong chất lỏng ion ..... 17

2.5.4 Nghiên cứu phản ứng acil hóa Friedel-Crafts antracen vớ i

clorur oxalil sử dụng [bmim]Cl/AlCl3 .......................................... 19

day kem quy nhon 1000B tran hung dao quy nhon



2.5.5 Các phản ứng khác sử dụng acid Lewis trong

chất lỏng ion................................................................................... 20

2.6 VI SÓNG TRONG TỔNG HỢP HỮ U CƠ ........................................ 212.6.1 Đại cươ ng về vi sóng ............................................................ 21

2.6.2 Tươ ng tác của vi sóng vớ i vật chất ....................................... 21

2.6.3 Phân loại lò vi sóng............................................................... 22

2.6.4 Hạn chế và hướ ng phát triển lò vi sóng trong

tổng hợ p hữu cơ ............................................................................ 22

PHẦN 3: NGHIÊN CỨ U................................................................................... 24

3.1 KHẢO SÁT HỆ XÚC TÁC TỐI Ư U ................................................ 33

3.2 TỐI Ư U HÓA HỆ XÚC TÁC Bi(OTf)3 /[BMIM][PF6]...................... 34

3.3 ACIL HÓA ANISOL.......................................................................... 35

3.3.1 Phươ ng pháp đun khuấy từ ................................................... 36

3.3.2 Phươ ng pháp vi sóng............................................................. 38

3.4 ACIL HÓA VERATROL ................................................................... 43

3.4.1 Phươ ng pháp đun khuấy từ ................................................... 433.4.2 Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóng .............................................. 44

3.5 ACIL HÓA 1,3-DIMETOXIBENZEN............................................... 46


3.5.2 Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóng .............................................. 47

3.6 ACIL HÓA 1,4-DIMETOXIBENZEN............................................... 49



3.7 ACIL HÓA TIOANISOL ................................................................... 52



3.8 ACIL HÓA 4-METILANISOL ......................................................... 55






3.9 THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG HỆ

XÚC TÁC Bi(OTf)3 /[bmim][PF6] ........................................................ 57

PHẦN 4: THỰ C NGHIỆM ............................................................................... 59

4.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ................................................................ 59

4.2 QUI TRÌNH ACIL HÓA ANISOL..................................................... 59

4.3 QUI TRÌNH ACIL HÓA VERATROL.............................................. 59

4.4 QUI TRÌNH ACIL HÓA 1,3-DIMETOXIBENZEN ......................... 60

4.5 QUI TRÌNH ACIL HÓA 1,4-DIMETOXIBENZEN ......................... 60

4.6 QUI TRÌNH ACIL HÓA TIOANISOL.............................................. 614.7 QUI TRÌNH ACIL HÓA 4-METILANISOL..................................... 61

PHẦN 5: KẾT LUẬN ........................................................................................ 63

PHẦN 6: DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

PHẦN 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN 8 PHỤ LỤC




DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BẢNG

Hình 1. Xuất bản về chất lỏng ion từ năm 1986 đến 2006

Sơ đồ 3.1: Qui trình acil hóa Friedel-Crafts......................................................... 31

Bảng 2.1: Hoạt tính triflat trong một số dung môi............................................... 15

Bảng 2.2: Phản ứng acil hóa trong hệ xúc tác Cu(OTf)2 /[bmim][BF4] ............... 16

Bảng 2.3: Khảo sát dung môi-xúc tác theo thờ i gian........................................... 17

Bảng 2.4: Khảo sát phản ứng benzoil hóa trên những chất nền khác nhau ......... 17

Bảng 2.5: Khảo sát phản ứng acil hóa sử dụng dẫn xuất bismuth

trong chất lỏng ion ............................................................................... 18

Bảng 2.6: Thu hồi và tái sử dụng [bmim]Cl/AlCl3 .............................................. 19

Bảng 3.1: Hiệu suất acetil hóa anisol trong các hệ xúc tác (80oC, 30 phút) ....... 33

Bảng 3.2: Hiệu suất theo khối lượ ng chất lỏng ion sử dụng (80oC, 30 phút) ..... 34

Bảng 3.3: Hiệu suất theo khối lượ ng triflat bismuth trong 0,5 g [bmim][PF6].... 35

Bảng 3.4: Hi

ệu su

ất acetil hóa anisol ph

ảnứ

ng theo nhiệtđộ

(Đ

KT, 30 phút)... 36

Bảng 3.5: Hiệu suất phản ứng acetil hóa anisol theo thờ i gian (80oC) ............... 37

Bảng 3.6: Hiệu suất phản ứng theo khối lượ ng

anhidrid acetic (80oC, 30 phút) .......................................................... 38

Bảng 3.7: Hiệu suất phản ứng theo công suất chiếu xạ vi sóng (10 phút)........... 39

Bảng 3.8: Hiệu suất phản ứng theo thờ i gian chiếu xạ vi sóng (32,5 W) ............ 40

Bảng 3.9: Hiệu suất phản ứng theo khối lượ ng anhidrid acetic........................... 40

Bảng 3.10: Hiệu suất phản ứng trên các tác chất

acil hóa anisol (80oC, 30 phút)......................................................... 41

Bảng 3.11: Hiệu suất phản ứng trên các tác chất

acil hóa anisol (32,5 W, 10 phút)...................................................... 41




Bảng 3.12: Hiệu suất phản ứng acil hóa veratrol (80 °C, 30 phút)...................... 43

Bảng 3.13: Hiệu suất phản ứng acil hóa veratrol (32,5 W, 10 phút) ................... 44

Bảng 3.14: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,3-dimetoxibenzen (80oC, 30 phút).. 47

Bảng 3.15: Hiệu suất phản ứng acil hóa

1,3-dimetoxibenzen (32,5 W, 10 phút) ............................................ 47

Bảng 3.16: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,4-dimetoxibenzen (80oC, 30 phút)... 50

Bảng 3.17: Hiệu suất phản ứng acil hóa

1,4-dimetoxibenzen (32,5 W, 10 phút) ............................................. 50

Bảng 3.18: Hiệu suất phản ứng acil hóa tioanisol (80oC, 30 phút)..................... 53

Bảng 3.19: Hiệu suất phản ứng acil hóa tioanisol (32,5 W, 10 phút).................. 53

Bảng 3.20: Hiệu suất phản ứng acil hóa 4-metilanisol (80oC, 30 phút) ............. 55

Bảng 3.21: Hiệu suất phản ứng acil hóa 4-metilanisol (32,5 W, 10 phút)........... 56

Bảng 3.22: Thu hồi và tái sử dụng Bi(OTf)3 /[bmim][PF6] trong phản ứng acetil

hóa anisol (80 °C, 30 phút) .............................................................. 57




Trang 2

Luận văn Thạc s ĩ Nghiên cứu phản ứng acil hóa...

Acil hóa Friedel-Crafts là phản ứng quan trọng trong tổng hợ p hữu cơ . Nhiều sản

phẩm trong các ngành công nghiệp quan trọng như: dượ c phẩm, thuốc trừ sâu, chất

dẫn dụ côn trùng, hươ ng liệu, chất chống tia UV,... đượ c điều chế thông qua phản

ứng acil hóa Friedel-Crafts.

Phản ứng Friedel-Crafts truyền thống sử dụng acid Lewis: AlCl3, FeCl3, BF3,... là

chất xúc tác. Quá trình cô lập sản phẩm sau phản ứng khó khăn do acid Lewis tạo

liên k ết phối trí vớ i sản phẩm ceton tạo thành. Do đó, acid Lewis phải dùng 2 đươ ng

lượ ng mol so vớ i tác chất, xúc tác không đượ c thu hồi do bị thủy giải, gây ô nhiễm

môi trườ ng,...

L ĩ nh vực nghiên cứu và phát triển acid Lewis xúc tác cho phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts đượ c đẩy mạnh trong nửa cuối thế k ỷ 20. Nhiều thế hệ acid Lewis mớ i đượ c

ra đờ i vớ i tính năng vượ t trội so vớ i thế hệ acid Lewis truyền thống.

Nổi bật trong những loại xúc tác này là triflat kim loại. Triflat kim loại xúc tác cho

phản ứng trong thờ i gian ngắn, hiệu suất cao, chọn lọc sản phẩm, dùng lượ ng ít 5 %

mol so vớ i tác chất, dễ dàng thu hồi và tái sử dụng hoạt tính không giảm.

Trong những năm đầu của thế k ỷ 21, để xúc tác cho phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts các nhà hóa học k ết hợ p triflat kim loại vớ i chất lỏng ion để tăng hiệu suất

phản ứng và tăng khả năng thu hồi và tái sử dụng triflat kim loại.

Phản ứng acil hóa Friedel-Crafts sử dụng triflat kim loại trong chất lỏng ion dướ i sự

chiếu xạ vi sóng là hướ ng nghiên cứu mớ i chưa đượ c khảo sát trên thế giớ i. Kích

hoạt vi sóng làm tăng hiệu suất và giảm thờ i gian phản ứng.




Trang 3


2.1 GIỚ I THIỆU VỀ TRIFLAT

2.1.1 Đại cươ ng về triflat

Xúc tác acid Lewis là một l ĩ nh vực rất đượ c quan tâm trong hóa học và sử dụng

rộng rãi trong tổng hợ p hữu cơ . Nhiều acid Lewis đã đượ c sử dụng như: AlCl3,

FeCl3, BF3, TiCl4, SnCl4, ... Trong khi nhiều phản ứng sử dụng acid Lewis đượ c

phát triển rất nhanh và nhiều ngành công nghiệp ứng dụng rộng rãi, nhưng những

phản ứng này đòi hỏi thực hiện dướ i điều kiện là khan nướ c. [22], [36]

Sự hiện diện của một lượ ng nhỏ nướ c làm ngưng phản ứng, bở i vì acid Lewis ngaylập tức sẽ phản ứng vớ i nướ c thay vì chất nền và sẽ bị phân hủy. Ngay cả khi điều

kiện khan nướ c đượ c đảm bảo mà chất nền có ngậm nướ c thì nó không đượ c sử

dụng trực tiếp. Một hạn chế khác của acid Lewis là không thể thu hồi lại sau phản

ứng và tái sử dụng. Điều này làm hạn chế việc sử dụng acid Lewis trong tổng hợ p

hữu cơ . [39]

Vì thế trong các phản ứng có sự hiện diện của acid Lewis thì đòi hỏi sử dụng dung

môi hữu cơ . Theo quan điểm của Hóa học Xanh, các nhà hóa học mong muốn sử

dụng H2O thay vì các dung môi hữu cơ , do nướ c thì an toàn, vô hại và thân thiện

vớ i môi trườ ng.

Năm 1991, mở ra trang sử mớ i về tổng hợ p hữu cơ vớ i sự tìm ra triflat: chỉ cần

dùng một lượ ng nhỏ là phản ứng xảy ra gần như hoàn toàn. Đặc biệt là triflat đượ c

tái sử dụng dễ dàng sau phản ứng mà không giảm hoạt tính. Triflat hoạt động tốt

trong nướ c và ngay cả trong sự có mặt của baz Lewis. Triflat thân thiện vớ i môi

trườ ng, phù hợ p vớ i tiêu chí Hóa học Xanh. [23], [7], [13], [25]

2.1.2 Đặc tính của triflat [22]

Triflat bao gồm 2 phần: cation và anion. Trong đó cation thườ ng là kim loại

và anion là nhóm rút điện tử mạnh (-OTf) có công thức cấu tạo như sau:




Trang 4


Triflat thườ ng xúc tác phản ứng trong thờ i gian ngắn vớ i hiệu suất cao trong

khi các acid Lewis khác cho hiệu suất thấp và thờ i gian phản ứng dài hơ n.

Triflat hoạt động tốt trong dung môi hữu cơ cũng như trong dung môi nướ c.

Triflat dễ dàng k ết hợ p vớ i nhiều phươ ng pháp Hóa học Xanh khác như siêuâm, vi sóng, chất lỏng ion cho hiệu suất cao và thờ i gian phản ứng nhanh hơ n

rất nhiều so vớ i phươ ng pháp cổ điển.

Một đặc điểm nổi bật của triflat là dễ dàng tái sử dụng từ hỗn hợ p phản ứng.

Triflat tan tốt trong nướ c hơ n là các dung môi hữu cơ . Hầu như 100% triflat

đượ c thu hồi lại sau khi phản ứng k ết thúc. Sản phẩm tan tốt trong lớ p hữu

cơ , còn triflat tan tốt trong nướ c, chỉ cần tách lớ p nướ c ra thì xúc tác này có

thể sử dụng cho phản ứng k ế tiếp.

(dung môi hữu cơ + H2O)

Triflat đượ c tái sử dụng không giảm đi hoạt tính.

S CF3

O

O

O

HỖN HỢP SẢN PHẨM

Lớ p hữu cơ Lớ p nướ c

Sản phẩm Triflat




Trang 5


Triflat bền, không độc hại, không nguy hiểm trong phản ứng khi nó đóng vai

trò là chất xúc tác, không gây ô nhiễm môi trườ ng, có nhiệt độ nóng chảy cao

từ 200-300 °C, hoàn toàn thân thiện vớ i môi trườ ng.

2.1.3 Cơ chế phản ứ ng C -acil hóa xúc tác triflat

Phản ứng C -acil hóa đi qua trung gian triflat acil, sau đó triflat acil sẽ k ết hợ p vớ i

chất nền (Ar-H) cho ra ceton hươ ng phươ ng tươ ng ứng:

Các tác giả S. Kobayashi và S. Iwamoto nghiên cứu phản ứng C -acil hóa vớ i hỗn

hợ p xúc tác Hf(OTf)4 và TfOH cũng đưa ra cơ chế như sau: [21]

TfOH

RR

R1

O

ClHCl

Hf(OTf)4R1 OTf

O

R1

O

Hf(OTf)4 + RCOCl Hf(OTf)3Cl + RCO(OTf)

Ar-H +RCO(OTf) ArCOR + TfOH

TfOH + Hf(OTf)3Cl Hf(OTf)4 + HCl

Ar-H + RCOCl ArCOR + HClHf(OTf)4

Qua cơ chế trên, có sự hình thành của triflat acil và tác nhân này sẽ tác kích vào hợ p

chất hươ ng phươ ng sinh ra sản phẩm ceton hươ ng phươ ng tươ ng ứng.




Trang 6


2.1.4 Ứ ng dụng của triflat trong tổng hợ p hữ u cơ

Các nhà khoa học đã thử nghiệm hoạt tính của triflat trên rất nhiều phản ứng hữu cơ

và cho k ết quả rất khả quan như: các phản ứng tạo nối C-C, C-X, oxid hóa-hoàn

nguyên, phản ứng chuyển vị, bảo vệ và khử nhóm bảo vệ, polimer hóa,... Vớ i những

đặc tính ưu việt, triflat xứng đáng là xúc tác acid Lewis thế hệ mớ i, không thể thiếu

trong sự tổng hợ p hữu cơ hiện đại theo tiêu chí Hóa học Xanh. [23], [8], [24], [30],

[33]

2.2 PHẢN Ứ NG C -ACIL HÓA FRIEDEL-CRAFTS

Benzen có cơ cấu phẳng vớ i hai vân đạo bất định xứ nằm trên và dướ i mặt phẳng

tạo bở i các vân đạo tạp chủng sp2:

C

CC

C

C C

H H

HH

HH

Sự tập trung điện tích này đảm bảo cho các nguyên tử trong nhân tránh sự tác kích

của các tác chất thân hạch. Trái lại, các tác chất thân điện tử, hoặc cation dễ dàng

tác kích vào vòng benzen.

Phản ứng đặc trưng của benzen là phản ứng thế thân điện tử hươ ng phươ ng. Phản

ứng của hợ p chất hươ ng phươ ng dùng các chất xúc tác cổ điển xảy ra ở điều kiện

thực nghiệm mạnh, và có khuynh hướ ng hoàn lại hệ thống vòng sau khi phản ứng

k ết thúc, tạo thành sản phẩm thế thân điện tử. Cơ chế của phản ứng xảy ra như sau:

[2]

Y

YH

Z

Y

+ H-Z




Trang 7


Phản ứng acil hóa Friedel-Crafts là phản ứng của hợ p chất hươ ng phươ ng vớ i

halogenur acil dướ i sự hiện diện của acid Lewis (AlCl3)

AlCl3 + AlCl4

O

C ClCH3 CH3 OC

Cũng có thể dùng anhidrid acid, acid carboxilic thay thế cho halogenur acil. Vớ i sự

xúc tác của acid Lewis, sẽ tạo thành ion acilium và ion này tác kích thân điện tử hợ p

chất hươ ng phươ ng.

H

C OCH3+

COCH3

Ngay sau khi sản phẩm đượ c tạo thành thì có sự phối trí giữa sản phẩm và acid

Lewis :

C AlCl3

H3C

Ph

O

Ngh ĩ a là chất xúc tác bị loại khỏi khu vực phản ứng. Trong trườ ng hợ p này chúng ta

phải dùng nhiều hơ n 1 đươ ng lượ ng acid Lewis. Phản ứng xảy ra trong thờ i gian

dài, hiệu suất kém và đòi hỏi điều kiện phản ứng là phải khan nướ c.

Như vậy, sản phẩm cuối cùng của phản ứng là hợ p chất ceton-acid Lewis. Muốn thu

đượ c sản phẩm là ceton ta phải cho nướ c vào để thủy giải acid Lewis phóng thích

chất nền. Ngh ĩ a là lượ ng xúc tác sẽ giảm dần do bị thủy giải trong môi trườ ng nướ c.

[26]

Sau phản ứng tạo ra nhiều chất thải gây độc hại cho môi trườ ng do xúc tác rất khó

thu hồi và phản ứng thườ ng đượ c thực hiện trong dung môi hữu cơ như CH2Cl2. Để




Trang 8


khắc phục những vấn đề này, các nhà khoa học đã tìm ra hàng loạt xúc tác để thay

thế cho hệ thống xúc tác truyền thống này như: zeolit [4], đất sét [9], oxid [35], K-

10 montmorillonit [29], Al-MCM-41 [5], bột nhôm [11], Hf[N(SO2C8F17)2]4 [15],

acid heteropoly [20],... Nhưng chúng đều đòi hỏi thực hiện ở nhiệt độ cao và hiệu

suất phản ứng còn thấp.

Gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra loại xúc tác acid Lewis thế hệ mớ i có hoạt tính

cao lại hoàn toàn thân thiện vớ i môi trườ ng là triflat.

Các triflat dùng trong phản ứng acil hóa: Cu(OTf)2, Sn(OTf)2, RE(OTf)3 (RE: kim

loại đất hiếm). [23]

2.3 GIỚ I THIỆU VỀ CHẤT LỎNG ION

2.3.1 Lịch sử

Chất lỏng ion (ionic liquids – viết tắt là IL còn đượ c gọi bằng những tên gọi khác

như muối nóng chảy ở nhiệt độ phòng, muối hữu cơ lỏng…) đang hấp dẫn sự quan

tâm mạnh mẽ của các nhà khoa học từ đầu những năm 1990 mà trướ c đây chỉ sử

dụng trong l ĩ nh vực điện hóa. Sự tăng vọt các xuất bản trong những năm gần đây là

minh chứng cụ thể cho sự bùng nổ quan tâm về nó.




Trang 9


Hình 1. Xuất bản về chất lỏng ion từ năm 1986 đến 2006.[40]

Chất lỏng ion mang tính chất độc đáo như điểm chảy thấp, gần như không có áp

suất hơ i, không cháy, độ dẫn điện cao, là một loại dung môi mớ i và đượ c xem như

là một “designer solvents” bở i tính chất hóa lý có thể đượ c thay đổi khi thay đổi

cation, anion hay thay thế nhóm R để chất lỏng ion có thể đượ c biến đổi cho phù

hợ p vớ i yêu cầu của phản ứng [14]. Do đó, chất lỏng ion đượ c ứng dụng đa đạng

không chỉ trong điện hóa làm chất điện phân lý tưở ng cho pin (độ dẫn điện cao, ổn

định) mà còn đượ c sử dụng trong nhiều l ĩ nh vực khác nhau như dung môi cho các

phản ứng hữu cơ và xúc tác vớ i vận tốc phản ứng nhanh, độ chọn lọc cao, có thể

tách sản phẩm dễ dàng, tái tạo xúc tác, dung môi cho quá trình ly trích, xúc tác sinh

học cho các phản ứng enzim, xúc tác chuyển pha, chất hoạt động bề mặt,…[12]

Sự nỗ lực nghiên cứu và phát triển làm thấp điểm chảy của chất lỏng ion dẫn tớ i

khám phá năm 1982 của Wilkes và Hussey khi trộn lẫn muối clorur 1,3-

dialkilimidazolium vớ i AlCl3 tạo thành chất lỏng ion có độ bền cao hơ n, độ nhớ t

thấp. Chất lỏng ion dựa trên vòng imidazolium đượ c sự quan tâm nhiều do những

đặc tính mà bản thân nó có đượ c: dễ chuyển đổi, bền trong điều kiện acid mạnh và




Trang 10


đun nóng, mật độ điện tích thấp nhờ hệ thống vòng hươ ng phươ ng nên dễ dàng điều

chế chất lỏng ion có điểm chảy thấp từ vòng imidazolium. Do đó, khoảng lỏng của

nó rộng hơ n nhiều. Chất lỏng ion trên đều chứa AlCl3, tùy vào lượ ng AlCl3 này mà

chất lỏng ion sẽ có điểm chảy khác nhau, tính acid, baz hay trung tính[19].

So vớ i các dung môi thông thườ ng, nhượ c điểm của chất lỏng ion thế hệ thứ nhất là

khó tinh chế, nhạy vớ i hơ i ẩm, bất k ỳ dấu vết của hơ i ẩm sẽ phá hủy chất lỏng ion

[19].

Khắc phục nhượ c điểm này, năm 1992, chất lỏng ion bền trong không khí và hơ i

ẩm (thế hệ thứ 2) đã đượ c điều chế bằng cách thay thế các anion này bằng các anion

khác như trifluorometansulfonat CF3SO3-, nitrat NO3

-, hexafluorophosphat PF6

-,

tetrafluoroborat BF4-…Nhờ đó số lượ ng chất lỏng ion trở nên đa dạng, ứng dụng

nhiều hơ n trong công nghiệp do không cần phải bảo vệ chất lỏng ion trong môi

trườ ng trơ . Ngày càng nhiều nghiên cứu về chất lỏng ion đượ c tiến hành và ứng

dụng rộng rãi trong hóa học không chỉ là chất điện phân trong pin mà còn sử dụng

thay cho dung môi hữu cơ , dung môi cho quá trình ly trích, dầu bôi trơ n…

2.3.2 Cơ cấu

Chất lỏng ion có cơ cấu gần giống vớ i phức chất, gồm cation có nguồn gốc hữu cơ ,

anion có thể có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ , điểm chảy thấp, dướ i nhiệt độ sôi của

nướ c (100oC). Nhiệt độ này không có ý ngh ĩ a vật lý hay hóa học nhưng đã đượ c

dùng cho đến nay (do ngay từ đầu ông Paul Walden- ngườ i tìm ra chất lỏng ion đầu

tiên- đưa ra). Đây là một định ngh ĩ a độc đoán phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ giớ i

hạn này giúp tách biệt vớ i muối vô cơ đơ n giản nóng chảy ở nhiệt độ cao như NaCl

nóng chảy ở 900oC, LiCl 780

oC.

Tên chất lỏng ion = tên anion + tên cation




Trang 11


Hexafluorophosphat 1-etil-3-metilimidazolium viết tắt là [EMIM][PF6].

2.3.3 Phân loại

Nếu dựa trên cation thì ILs có 3 nhóm chính:

Nhóm cation amonium tứ cấp, đây là nhóm phổ biến nhất gồm các loại

cation như imidazolium, morpholinium, oxazolidium, pirolidinium,

piperidinium, amonium, piperazinium, piridinium... vớ i nguyên tử mang điện

dươ ng (hay một phần điện tích dươ ng) là nitrogen (N).

Nhóm cation phosphonium vớ i nguyên tử mang điện tích dươ ng là phosphor

(P).

Nhóm cation sulfonium vớ i nguyên tử mang tích dươ ng là lưu huỳnh (S).




Trang 12


2.4 GIỚ I THIỆU VỀ CHẤT NỀN VÀ SẢN PHẨM

2.4.1 Anisol

Công thức phân tử: C7H8O

Phân tử khối: 108,14

Là chất lỏng không màu, không tan trong

nướ c, tan tốt trong dung môi hữu cơ .

Nhiệt độ nóng chảy: -37,3 °C

Chỉ số khúc xạ n = 1,51791

Tỉ trọng: d = 0,9956

Độc tính LD50= 3700 mg/Kg

Ứ ng dụng: anisol đượ c dùng trong hươ ng liệu và trong tổng hợ p hữu cơ .

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa anisol: đượ c dùng trực tiếp trong hươ ng

liệu, trong mỹ phẩm, chống lại tia UV. [17], [38]

2.4.2 Veratrol

Công thức phân tử: C8H10O2


Là chất lỏng hay ở dạng tinh thể, tan ít trong nướ c, tan tốt trong dung môi

hữu cơ như : alcol, eter,…

Nhiệt độ nóng chảy: 22-23 °C

Nhiệt độ sôi: 206-207 °C

Tỉ trọng d=1,084

OCH3

O

O




Trang 13


Độc tính LD50=1360 mg/kg

Ứ ng dụng: veratrol dùng trong hươ ng liệu và trong tổng hợ p hữu cơ .

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa veratrol: đượ c dùng trực tiếp trong nướ c

hoa, trong quang hóa học và trong tổng hợ p hữu cơ . [16], [38]

2.4.3 1,3-Dimetoxibenzen

Tên thông thườ ng: resorcinol dimetil eter


Công thức phân tử: C8H10O2

Là chất lỏng không màu, ít tan trong nướ c, tan nhiều trong các dung môi hữu

cơ

Nhiệt độ sôi: 186,7oC

Ứ ng dụng: 1,3-dimetoxibenzen đượ c dùng trong hươ ng liệu và trong tổng

hợ p hữu cơ .

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa 1,3-dimetoxibenzen: đượ c dùng trực tiếp

trong nướ c hoa, polimer, chất chống tia UV và trong tổng hợ p hữu cơ . [17],

[18]

2.4.4 1,4-Dimetoxibenzen

Tên thông thườ ng: hidroquinon dimetil eter


Công thức phân tử : C8H10O2

Là chất rắn tinh thể mảnh màu trắng, ít tan trong nướ c, tan nhiều trong các

dung môi hữu cơ

OO

O

O




Trang 14


Nhiệt độ nóng chảy: 56-60oC

Nhiệt độ sôi: 213oC

Tỷ trọng: 1,0530

Ứ ng dụng: dùng trong hươ ng liệu và trong tổng hợ p hữu cơ

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa 1,4-dimetoxibenzen: đượ c dùng trực tiếp

trong hươ ng liệu, polimer và trong nhiều ứng dụng khác. [32]

2.4.5 Tioanisol

Tên thông thườ ng: metil phenil tioeter,

Phân tử khối: 124

Là chất lỏng màu trắng, mùi rất khó chịu,

Nhiệt độ nóng chảy: 15oC

Nhiệt độ sôi: 194 – 196oC

Tỷ trọng: 1.507

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa tioanisol: chống tia UV và trong tổng hợ p

hữu cơ . [18]

2.4.6 4-Metilanisol

Tên thông thườ ng: p-cresol metil eter

Là chất lỏng không màu.

Phân tử khối: 122

Nhiệt độ sôi: 173 – 176oC

Tỷ trọng: 0.97

O

S




Trang 15


Ứ ng dụng: trong tổng hợ p hữu cơ và hươ ng liệu.

Sản phẩm thu đượ c khi acil hóa 4-metilanisol: đượ c dùng trực tiếp trong

nướ c hoa, trong dượ c phẩm và trong tổng hợ p hữu cơ . [18]

2.5 KẾT HỢ P ACID LEWIS VÀ CHẤT LỎNG ION

Sự phát triển của acid Lewis cũng như chất lỏng ion ngày càng lớ n và khả năng ứng

dụng rất lớ n trong tổng hợ p hữu cơ . Chất lỏng ion và triflat sử dụng riêng rẽ trong

các loại phản ứng hữu cơ cho k ết quả rất khả quan. Sự k ết hợ p giữa xúc tác xanh và

dung môi thân thiện này sẽ cho k ết quả như thế nào? Gần đây vài công trình trên thế giớ i nghiên cứu k ết hợ p triflat và chất lỏng ion.

2.5.1 Nghiên cứ u phản ứ ng acil hóa Friedel-Crafts sử dụng triflat kim loại

trong chất lỏng ion [34]

Năm 2002, tại đại học Liverpool, Jame Ross và Xiao đã nghiên cứu phản ứng acetil

và benzoil hóa một số hợ p chất hươ ng phươ ng tăng hoạt sử dụng triflat kim loại

trong [bmim][BF4].

Kết quả nghiên cứu sử dụng triflat kim loại trong nhiều hệ dung môi như sau:

O

+

O Cl

O

COPh

Xúc tác

dung môi

80 oC, 1h




Trang 16


Bảng 2.1: Hoạt tính triflat trong một số dung môi

Stt Xúc tác Dung môi Độ chuyển hóa (%) o/p

1 Cu(OTf)2 [bmim][BF4] 100 4/96

2 Zn(OTf)2 [bmim][BF4] 87 4/96

3 Sn(OTf)2 [bmim][BF4] 74 25/75

4 Sc(OTf)3 [bmim][BF4] 10 16/84

5 Cu(OTf)2 CH3CN 64 7/93

6 Zn(OTf)2 CH3CN 82 8/92

7 Sn(OTf)2 CH3CN 80 7/93

8 Sc(OTf)3 CH3CN 53 9/91

9 Cu(OTf)2 CH2ClCH2Cl 73 7/93

10 Zn(OTf)2 CH2ClCH2Cl 45 2/98

11 Sn(OTf)2 CH2ClCH2Cl 86 5/95

12 Sc(OTf)3 CH2ClCH2Cl 57 5/95

Nghiên cứu này cho thấy, phản ứng xảy ra tốt nhất vớ i hệ xúc tác triflat đồng –

[bmim][BF4]. Chính vì thế họ sử dụng hệ xúc tác này để nghiên cứu một loạt chất

nền và tác chất khác nhau trong phản ứng acil hóa Friedel-Crafts. Kết quả thu đượ c

như sau:




Trang 17


Bảng 2.2: Phản ứng acil hóa trong hệ xúc tác Cu(OTf)2 /[bmim][BF4]

Stt Chất nền Tác chất Hiệu suất (%) o/p

1 Anisol PhCOCl 81 4/96

2 3,5-Dimetilanisol PhCOCl 91 63/37

3 Metil p-naptil eter PhCOCl 72

4 2-Phenilanisol PhCOCl 65

5 Anisol MeCOCl 87

6 Anisol Ac2O 48

7 Anisol (PhCO)2O 46 6/94

8 Anisol (C2H5CO)2O 55

9 Anisol (C6H13CO)2O 58

10 Mesitilen PhCOCl 53

(các phản ứng thực hiện ở 80oC thực hiện qua đêm)

2.5.2 Điều chế dẫn xuất benzophenon sử dụng acid Lewis trong chất lỏng ion

[27]

Năm 2007, Changzhi Li và Wujun Liu đã thực hiện phản ứng điều chế một số

benzophenon trong nhiều hệ xúc tác khác nhau như sau:

+

O Cl

COPhXúc tác

dung môi80 oC




Trang 18


Bảng 2.3: Khảo sát dung môi-xúc tác theo thờ i gian

Stt Dung môi – Xúc tác Thờ i gian (giờ ) Hiệu suất (%)

1 [bmim]Cl-FeCl3 1 85



4 [bmim]Cl-AlCl3 1 56

5 [bmim]Cl-AlCl3 3 65

6 [bmim]Cl-ZnCl2 7 2

Phản ứng xảy ra tốt trong hệ xúc tác [bmim]Cl-FeCl3. Chính vì thế, các tác giả

trong bài báo tiếp tục nghiên cứu các chất nền khác trên hệ xúc tác này. Kết quả thu

đượ c như sau:

Bảng 2.4: Khảo sát phản ứng benzoil hóa trên những chất nền khác nhau

Stt Chất nền Tác chất Độ chuyển hóa (%) m/o/p1 Toluen PhCOCl 98 12/3/85

2 Etilbenzen PhCOCl 98 12/3/85

3 Benzen PhCOCl 93 -

4 Clorobenzen PhCOCl 78 5/1/94

5 Bromobenzen PhCOCl 57 6/2/92

6 Toluen PhCH2COCl 90 4/4/92

7 Benzen PhCH2COCl 46 -

(phản ứng đượ c thực hiện ở 80oC trong 3 giờ )

2.5.3 Nghiên cứ u phản ứ ng acil hóa Friedel-Crafts một số hợ p chất hươ ng

phươ ng sử dụng dẫn xuất bismuth trong chất lỏng ion [10]




Trang 19


Said Gmouh và Hongli Yang đã k ết hợ p oxid bismuth hoặc triflat bismuth trong 2

loại chất lỏng ion là [emim][NTf 2] và [bmim][NTf 2] và thấy rằng đây là hệ xúc tác

tốt cho phản ứng acil hóa một số dẫn xuất của benzen.

+

O Cl

R

COPh

Oxid, triflat bismuth

IL, T(oC)

R

Bảng 2.5: Khảo sát phản ứng acil hóa sử dụng dẫn xuất bismuth trong chất lỏng ion

SttDẫn xuất

của benzen

Thờ i gian

(giờ )

Độ chuyển hóa

(%)

Hiệu suất

(%)

1 Benzen 24 15

2 1,3-Dimetilbenzen 2,5 100 91

3 Clorobenzen 24 <5%

4 Naphtalen 2,5 100 84

5 1-Metilnaphtalen 2,5 100 87

6 2,6-Dimetilnaphtalen 2,5 100 75

7 Benzen 24 100 88

8 Benzen 24 70 62

9 Clorobenzen 24 100 91

10 Clorobenzen 24 58

(Các phản ứng sử dụng xúc tác Bi2O3 trong [emim][NTf 2] ở nhiệt độ 150oC, phản

ứng dùng tỉ lệ chất nền gấp đôi tác chất, trong đó phản ứng số 7 và 9 sử dụng

Bi(OTf)3 trong [emim][NTf 2], phản ứng 8 và 10 sử dụng Bi(OTf)3 không chất lỏng

ion).

Hệ xúc tác bao gồm acid Lewis và chất lỏng ion đượ c tái sử dụng 6 lần vớ i hiệu

suất như sau: 89 (6 giờ ), 87 (6 giờ ), 90 (6 giờ ), 86 (9 giờ ), 85 (12 giờ ), 75 (15 giờ )

vớ i tỉ lệ o/m/p = 19/2/79.




Trang 20


2.5.4 Nghiên cứ u phản ứ ng acil hóa Friedel-Crafts antracen vớ i clorur oxalil sử

dụng [bmim]Cl/AlCl3 [41]

Yaun Xin-hua và Chen Min đã thực hiện phản ứng điều chế 1,2-oceantrienedion

bằng cách cho antracen phản ứng vớ i clorur oxalil dướ i sự hiện diện của hệ xúc tác

[bmim]Cl/AlCl3 thành công tốt đẹp. Điều kiện tối ưu của phản ứng là sử dụng: 2

mmol clorur oxalil, 1 mmol antracen, 2 mmol [bmim]Cl, 4 mmol AlCl3 phản ứng

đượ c thực hiện ở 45oC trong vòng 6 giờ , hiệu suất phản ứng đạt đượ c là 88,2 %,

vớ i độ chọn lọc sản phẩm là 98,2 %.

+

OO

ClCl

[bmim]Cl/AlCl3

O O

antracen 1,2-oceantrienedion

Để chứng minh đây là một hệ xúc tác thân thiện vớ i môi trườ ng, các tác giả cố gắng

thu hồi và tái sử dụng [bmim]Cl/AlCl3. Kết quả thu đượ c như sau:

Bảng 2.6: Thu hồi và tái sử dụng [bmim]Cl/AlCl3

Lần tái sử dụng Hiệu suất (%) Độ chọn lọc (%)

1 88,2 98,2

2 88,0 98,2

3 88,1 97,5

4 87,9 96,4

5 87,3 96,1




Trang 21


2.5.5 Các phản ứ ng khác sử dụng acid Lewis trong chất lỏng ion:

Việc k ết hợ p acid Lewis và chất lỏng ion rõ ràng là một l ĩ nh vực thu hút rất nhiều

nghiên cứu của các khoa học gia trên thế giớ i. Một số nghiên cứu gần đây trên

nhiều phản ứng khác nhau cho thấy đượ c tầm quan trọng của hệ xúc tác này.

Năm 2000, các nhà khoa học của Hàn Quốc thực hiện phản ứng alkil hóa

Friedel-Crafts bằng tác chất alken sử dụng triflat scandium trong nhiều loại

chất lỏng ion như: [emim][SbF6], [emim][BF4], [bmim][PF6],…thu đượ c sản

phẩm vớ i hiệu suất cao trên 90 %. [37]

Năm 2005, Kenneth K. Laali và các cộng sự đã nghiên cứu thành công phản

ứng adamantil hóa một vài hợ p chất hươ ng phươ ng sử dụng xúc tác acid

triflic trong [bmim][OTf]. Hiệu suất phản ứng từ 50 đến 90 % tùy thuộc vào

chất nền sử dụng. [28]

Năm 2002, J.S. Yadav và các cộng sự nghiên cứu tổng hợ p 2,3-

glicopiranosid bất bão hòa sử dụng Dy(OTf)3

trong [bmim][PF6]. Hiệu suất

phản ứng từ 60-70 %. [42]

Năm 2005, Ramesh Alleti và nhóm cộng sự thực hiện phản ứng acetil hóa

một số amin và alcol sử dụng Gd(OTf)3 trong 2 loại chất lỏng ion là

[bmim][BF4] và [bmim][PF6]. Hiệu suất phản ứng đạt từ 80-90 %, tái sử

dụng triflat và chất lỏng ion đến lần thứ 3 mà hoạt tính hầu như không thay

đổi nhiều. [3]

Ngoài ra còn rất nhiều phản ứng khác sử dụng hệ xúc tác acid Lewis và chất

lỏng ion như phản ứng: carbonil hóa amin và nitrobenzen, các phản ứng tạo

nối C-C, C-X, khử nhóm bảo vệ,.. [31]




Trang 22


2.6 VI SÓNG TRONG TỔNG HỢ P HỮ U CƠ [1], [6]

2.6.1 Đại cươ ng về vi sóng

Vi sóng (microwave) hay sóng siêu tần (hyperfrequences) là sóng điện từ lan truyền

vớ i vận tốc ánh sáng.

Năng lượ ng của vi sóng rất yếu, không quá 10-6

eV, trong khi năng lượ ng của nối

cộng hóa trị là 5 eV, do đó bức xạ vi sóng không phải là bức xạ ion hóa.

Vi sóng đượ c sử dụng lần đầu tiên trong l ĩ nh vực truyền thông, rađa và đo đạc.

Ngườ i ta thỏa thuận chỉ sử dụng các tần số sau: 433,92; 896; 915; 2375; 2450;

5800; 24125 MHz. Trong các tần số trên chỉ có tần số 2450 MHz là đượ c sử dụng

trong k ĩ nghệ, nhất là trong nông thực phẩm. Hầu hết các lò vi sóng không đượ c

thất thoát quá 40 dBµV/m đo cách tườ ng nhà chứa thiết bị đó khoảng 30 m.

2.6.2 Tươ ng tác của vi sóng vớ i vật chất

Vi sóng truyền đượ c trong các môi trườ ng vật chất khác nhau. Nó có thể xuyên qua

không khí, gốm, sứ, thủy tinh, nhựa dẻo và phản xạ trên kim loại. Độ xuyên thấu

của vi sóng tỉ lệ nghịch vớ i tần số, khi tần số tăng thì độ xuyên của vi sóng giảm.

Vi sóng dùng trong hóa học chủ yếu là do khả năng làm nóng vật chất, đặc biệt là

ảnh hưở ng mạnh vớ i các chất có moment lưỡ ng cực thườ ng trực. Những phân tử có

lưỡ ng cực định hướ ng theo từ trườ ng nên điện trườ ng xoay chiều có tần số cao sẽ

gây ra sự xáo trộn rất lớ n của phân tử khiến chúng ma sát nhau rất mạnh, đây chính

là nguyên nhân nóng lên của vật chất.

Các phân tử có độ bất đối xứng cao ví dụ như phân tử nướ c là chất lý tưở ng để đun

nóng bằng vi sóng. Ngoài ra các nhóm định chất phân cực như: -OH, -COOH,

NH2,... cũng là những nhóm chịu tác động mạnh mẽ của trườ ng điện từ.

Nhìn chung, vi sóng là một phươ ng pháp mớ i về sự đun nóng không dùng sự truyền

nhiệt thông thườ ng (tức là nhiệt đi từ bề mặt của vật chất vào bên trong) mà vi sóng




Trang 23


xuyên thấu vật chất làm nóng vật chất tại những điểm phân cực hay từ bên trong

của nó. Sự đun nóng của vi sóng rất chọn lọc và nhanh chóng. Ngày nay, vi sóng

đượ c sử dụng rất nhiều trong đờ i sống hằng ngày cũng như trong các l ĩ nh vực công

nghiệp và khoa học.

Vi sóng là phươ ng pháp kích hoạt ít tốn năng lượ ng và thân thiện vớ i môi trườ ng.

Đây là phươ ng pháp kích hoạt Xanh và đang đượ c ứng dụng rất nhiều trong hóa học

cũng như các ngành khoa học khác.

2.6.3 Phân loại lò vi sóng

Lò vi sóng chia làm 2 loại:

Lò vi sóng gia d ụng (multimode): thườ ng đượ c dùng trong cuộc sống hằng

ngày, loại này thì sóng tỏa ra khắp lò. Do chiếu xạ trong lò không đồng đều

nên trướ c khi thực hiện phản ứng trong lò, cần phải tìm vị trí bức xạ vi sóng

tập trung nhiều nhất. Một hạn chế khác của lò vi sóng gia dụng này là công

suất lớ n nên rất khó kiểm soát những phản ứng cần cung cấp nhiệt vừa và ít.

Lò vi sóng chuyên dùng (monomode): bức xạ vi sóng chiếu tập trung vào

mẫu phản ứng từ phía dướ i lên nhờ một ống dẫn sóng đặt hướ ng thẳng vào

mẫu.

2.6.4 Hạn chế và hướ ng phát triển lò vi sóng trong tổng hợ p hữ u cơ

Do lò vi sóng có kích thướ c nhỏ và sự gia nhiệt xảy ra rất nhanh, những chất có độ

phân cực cao sẽ đạt đến điểm sôi rất nhanh tạo ra lượ ng nhiệt rất lớ n, làm áp suất

tăng đột ngột nên dễ gây nổ. Để khắc phục tình trạng này cần phải:

Phải có dụng cụ thích hợ p (bình Teflon), hoặc thực hiện phản ứng trong bình

hở để tránh sự gia tăng áp suất.

Giớ i hạn lượ ng chất sử dụng khoảng 1/10 thể tích bình phản ứng.

Thực hiện phản ứng trong điều kiện không dung môi, đặc biệt trên chất mang

rắn là một giải pháp cần thiết để giảm những rủi ro có thể xảy ra.




Trang 24


Sử dụng những lò vi sóng chuyên dùng có thể kiểm soát đượ c nhiệt độ

cũng như áp suất của hỗn hợ p phản ứng.




Trang 25


Mục tiêu của đề tài là khảo sát phản ứng C -acil hóa một số hợ p chất hươ ng phươ ng

tăng hoạt như: anisol; veratrol; 1,3-dimetoxibenzen; 1,4-dimetoxibenzen; tioanisol;

4-metilanisol vớ i xúc tác triflat trong chất lỏng ion.

O O

O

O

O

O O S O

Anisol (1) Veratrol (2) 1,3-Dimetoxibenzen (3)

1,4-Dimetoxibenzen (4) Tioanisol (5) 4-Metilanisol (6)

Từ đó, tìm hiểu về khả năng xúc tiến phản ứng của hệ xúc tác này trên các chất nền

khác nhau.

Phươ ng trình phản ứng khảo sát:

+M(OTf)3

O

XRAr-H

chaát loûng ion

O

RAr

Chất nền Tác chất Sản phẩm

Ở đây, chúng tôi nhận thấy sản phẩm tạo thành vớ i độ chọn lọc rất cao (thông

thườ ng trên 95 %). Đối vớ i một số chất nền chỉ thu đượ c sản phẩm là đồng phân

duy nhất.Trong đề tài này, chúng tôi khảo sát phản ứng trên 4 tác chất, so sánh khả năng

phản ứng giữa các tác chất và hiệu ứng lập thể trong phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts:




Trang 26


OO

OAnhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9) O O

O

Aanhidrid benzoic (10)

Sản phẩm từ anisol

Khi cho anisol phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm tươ ng ứng

thu đượ c là:

OO O

O

O

O

1-(4-Metoxiphenil)-2,2-dimetilpropan-1-on (12)

4-Metoxibenzophenon (13)

4-Metoxiacetophenon (11)

Các đồng phân orto tươ ng ứng đượ c kí hiệu tươ ng ứng là 11’, 12’ và 13’




Trang 27


Sản phẩm từ veratrol

Khi cho veratrol phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm tươ ng ứng

thu đượ c là:

O

O

O

O

O

O

O

O

O

3,4-Dimetoxiacetophenon (14)

1-(3,4-Dimetoxiphenil)-2,2-dimetilpropan-1-on (15)

3,4-Dimetoxibenzophenon (16)





Trang 28


Sản phẩm từ 1,3-dimetoxibenzen

Khi cho 1,3-dimetoxibenzen phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm

tươ ng ứng thu đượ c là:

O

O

O

O

O

O

O

O




O




Trang 29


Sản phẩm từ 1,4-dimetoxibenzen

Khi cho 1,4-dimetoxibenzen phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm

tươ ng ứng thu đượ c là:

OOO

O

O

O

OO

O







Trang 30


Sản phẩm từ tioanisol

Khi cho tioanisol phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm tươ ng ứng

thu đượ c là:

O

S

S

O

S

O

4-Metiltioacetophenon (23)

2,2-Dimetil-1-(4-(metiltio)phenil)propan-1-on (24)

4-Metiltiobenzophenon (25)





Trang 31


Sản phẩm từ 4-metilanisol

Khi cho 4-metilanisol phản ứng vớ i 4 tác chất trên thì những sản phẩm tươ ng

ứng thu đượ c là:

O

O

O

O

O

O

2-Metoxi-5-metilacetophenon (26

)

1-(2-Metoxi-5-metilphenil)-2,2-dimetilpropan-1-on (27)

2-Metoxi-5-metilbenzophenon (28)




Trang 32


Sơ đồ 3.1: Qui trình acil hóa Friedel-Crafts

- Cô quay áp suất kém

ở 80oC trong 30 phút

- Tái sử dụng cho lần

k ế tiếp

-Làm lạnh đến nhiệt độ phòng

-Trích vớ i Et2O

-Phươ ng pháp

-Điều kiện phản ứng

-Phươ ng pháp

-Điều kiện phản ứng

-Cô quay áp suất kém

ở 80oC trong 30 phút

-Tái sử dụng cho lần

k ế tiếp

-Làm lạnh đến nhiệt độ phòng

-Ly trích vớ i Et2O

Hỗn hợ p phản ứ ng

- Cân

- GC-MS

- Sắc kí cột

- NMR

- Trung hòa bằ ng Na2CO3 bh

- Rử a lại vớ i nướ c- Làm khan bằ ng Na2SO4 khan

- Lọc và thu hồi dung môi

Chất lỏng ion

+ triflat

Dung dịch

Dietil eter

Sản phẩm thô

Hiệu suất phản ứ ng

Chất nền

Tác chất

Triflat

Chất lỏng ion




Trang 33


Qui trình phản ứng đượ c thực hiện theo sơ đồ 3.1 và bằng phươ ng pháp khuấy từ và

chiếu xạ vi sóng bằng lò vi sóng chuyên dụng thế hệ mớ i CEM Innovation 650 W

(mục đích nhằm so sánh 2 phươ ng pháp). Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóng là phươ ng

pháp mớ i: chưa thấy tài liệu báo cáo về sử dụng vi sóng kích hoạt phản ứng acil hóa

Friedel-Crafts trong chất lỏng ion, tra SciFinder vớ i từ khóa:“ acylation triflate ionic

liquids microwave” 5-2009.

Ở phươ ng pháp đun khuấy từ:

• Tìm hiểu ảnh hưở ng của nhiệt độ.

• Tìm hiểu ảnh hưở ng của thờ i gian.

Ở phươ ng pháp chiếu xạ vi sóng:

• Tìm hiểu ảnh hưở ng của công suất.

• Tìm hiểu ảnh hưở ng của thờ i gian.

Một số điều kiện phản ứng và cách tính hiệu suất đượ c chúng tôi thực hiện

trong luận văn này:

• Hóa chất sử dụng đượ c dùng trong điều kiện tỉ lượ ng:

Chất nền : tác chất = 1 : 1

• Ở phươ ng pháp đun khuấy từ, chúng tôi cố định tốc độ khuấy từ là 500

vòng/phút.

• Tỉ lệ đồng phân orto / para dựa trên k ết quả GC, trong trườ ng hợ p này thì

đồng phân para rất cao (khoảng 95%) so vớ i đồng phân orto (trườ ng hợ p

trên vòng có 1 nhóm thế và tác chất có thể thay thế vào vị trí orto hay para),

còn trong trườ ng hợ p có 2 nhóm thế trên vòng thì khái niệm orto và para

không còn chính xác nữa.

• Hiệu suất phản ứng tính trên tổng số 2 đồng phân orto và para.

• Lò vi sóng CEM có công suất cực đại là 650 W. Khi thực hiện phản ứng,

công suất đượ c tính theo % của công suất cực đại 650 W (chẳng hạn như

thực hiện tại công suất P=10 % Pmax, có ngh ĩ a công suất lò là 65 W).




Trang 34


3.1 KHẢO SÁT HỆ XÚC TÁC TỐI Ư U

Sự k ết hợ p triflat và chất lỏng ion trong phản ứng acil hóa Friedel-Crafts đượ c thực

hiện đầu thế k ỷ 21. Năm 2002, nghiên cứu của J. Ross và J. Xiao về việc sử dụng

triflat đồng trong [bmim][BF4] cho hiệu suất cao vớ i phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts trên các chất nền tăng hoạt như: anisol; 3,5-dimetilanisol; mesitilen; metil β-

naptil eter;...

Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành khảo sát hệ xúc tác tối ưu cho phản ứng acil hóa

Friedel-Crafts từ 3 loại triflat khác nhau ( Cu(OTf)2, Bi(OTf)3, Pr(OTf)3) và trong 2

loại chất lỏng ion ([bmim][BF4] và [bmim][PF6]).

Bảng 3.1: Hiệu suất acetil hóa anisol trong các hệ xúc tác (80oC, 30 phút)

Qua bảng 3.1, nhận thấy hệ xúc tác thích hợ p cho phản ứng là sử dụng Bi(OTf)3

trong [bmim][PF6]. Từ đây, chúng tôi khảo sát ảnh hưở ng của hệ xúc tác này vào

phản ứng acil hóa các hợ p chất hươ ng phươ ng khác nhau bằng nhiều tác chất khác

nhau. Nghiên cứu phản ứng acil hóa Friedel-Crafts trên hệ xúc tác này vẫn chưa

đượ c tiến hành ở Việt Nam và việc đưa vi sóng kích hoạt phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts sử dụng triflat trong chất lỏng ion vẫn chưa đượ c nghiên cứu trên thế giớ i.

Chúng tôi mong muốn đề tài này là bướ c đầu để nghiên cứu và ứng dụng hệ xúc tác

triflat và chất lỏng ion trong tươ ng lai.

Triflat Chất lỏng ionGC

(%)

Hiệu suất

(%)Phụ lục

Cu(OTf)2 [bmim][BF4] 32 30 3.1.1

Cu(OTf)2 [bmim][PF6] 67 63 3.1.2

Bi(OTf)3 [bmim][BF4] 58 53 3.1.3

Bi(OTf)3 [bmim][PF6] 82 80 3.1.4

Pr(OTf)3 [bmim][BF4] 38 35 3.1.5

Pr(OTf)3 [bmim][PF6] 62 58 3.1.6




Trang 35


3.2 TỐI Ư U HÓA HỆ XÚC TÁC Bi(OTf)3 /[BMIM][PF6]

Mở đầu khảo sát phản ứng, chúng tôi thực hiện phản ứng trong điều kiện Hóa học

Xanh ngh ĩ a là tỉ lệ chất nền:tác chất là 1:1, không dùng lượ ng thừa các chất phản

ứng như cách cổ điển.

Khảo sát khối lượ ng xúc tác Bi(OTf)3 và khối lượ ng chất lỏng ion [bmim][PF6] tối

ưu cho phản ứng acil hóa anisol sử dụng tác chất anhidrid acetic bằng phươ ng pháp

đun khuấy từ (cố định tốc độ khuấy từ là 500 vòng/phút).

Để khảo sát khối lượ ng chất lỏng ion sử dụng, cố định khối lượ ng triflat bismuth là

5 % mol theo tác chất. Thực hiện phản ứng vớ i các khối lượ ng chất lỏng ion khác

nhau thu đượ c k ết quả như sau:

Bảng 3.2: Hiệu suất theo khối lượ ng chất lỏng ion sử dụng (80oC, 30 phút)

GC (%)[bmim][PF6]

(g) 1 11 + 11’

Hiệu suất

(%)Phụ lục

0,3 34 66 64 3.2.1

0,5 18 82 80 3.1.4

1,0 17 83 80 3.2.2

Khối lượ ng [bmim][PF6] là 0,5 g là tối ưu cho phản ứng, khi tăng khối lượ ng chất

lỏng ion lên 1,0 g thì hiệu suất tăng không đáng k ể trong khi khối lượ ng chất lỏng

ion tăng lên gấp đôi (không có tính kinh tế do giá thành của chất lỏng ion rất đắt).

Cố định khối lượ ng chất lỏng ion là 0,5 g, tiến hành tối ưu hóa khối lượ ng triflat

bismuth sử dụng.




Trang 36


Bảng 3.3: Hiệu suất theo khối lượ ng triflat bismuth trong 0,5 g [bmim][PF6]

GC (%)Bi(OTf)3 /tác chất

(%mol) 1 11 +11’

Hiệu suất

(%) Phụ lục

1 % mol 49 51 47 3.2.3

5 % mol 18 82 80 3.1.4

10 % mol 10 90 87 3.2.4

Cũng như khối lượ ng chất lỏng ion, khi tăng khối lượ ng triflat bismuth từ 5 % lên

10 % thì hiệu suất phản ứng tăng từ 80 % lên 87 %. Hiệu suất tăng chỉ 7 % nhưng

lượ ng xúc tác triflat phải dùng gấp đôi. Xét về tính kinh tế, việc tăng lượ ng triflat

lên 10 % là không có lợ i. Nếu giảm lượ ng triflat bismuth xuống 1 % thì hiệu suất

phản ứng giảm mạnh. Vì vậy, chúng tôi xem như lượ ng triflat bismuth 5 % mol

theo tác chất là tối ưu hóa cho phản ứng.

Từ các k ết quả trên, khối lượ ng hệ xúc tác tối ưu cho phản ứng là: 5 % mol triflat

bismuth trong 0,5 g [bmim][PF6]. Các phản ứng đượ c khảo sát sau đây đều sử dụngđồng lượ ng hệ xúc tác này.

3.3 ACIL HÓA ANISOL:

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa anisol đượ c thực hiện trong luận văn:




Trang 37


+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O

Anhidrid benzoic (10)

OO

O

O

O

+ + CH3COOH

(11) (11')1

O

1

+O

O O

O+ + HCl

(12) (12')

O

1

+O

O

O

O

+ + HCl

O

1

+

O

O

O

O

+ + C6H5COOH

(13) (13')

(14) (14')

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

3.3.1 Phươ ng pháp đun khuấy từ

Đầu tiên, thực hiện phản ứng acetil hóa anisol vớ i tác chất là anhidrid acetic bằng

phươ ng pháp đun khuấy từ. Phản ứng đượ c thực hiện trong điều kiện tỉ lượ ng, cố

định thờ i gian phản ứng là 30 phút, thực hiện khảo sát ảnh hưở ng của nhiệt độ phản

ứng trên hiệu suất phản ứng.

Bảng 3.4: Hiệu suất acetil hóa anisol phản ứng theo nhiệt độ (ĐKT, 30 phút)

GC (%)Nhiệt độ

(oC) 1 11 + 11’

Hiệu suất

(%)Phụ lục

50 30 70 66 3.3.1

80 18 82 80 3.1.4120 17 83 81 3.3.2

150 15 85 82 3.3.3




Trang 38


Căn cứ vào bảng 3.4, tại nhiệt độ 80oC hiệu suất phản ứng đạt 80 %. Khi tăng nhiệt

lên 120oC, 150

oC thì hiệu suất phản ứng tăng thêm không đáng k ể. Nhằm tiết kiệm

năng lượ ng và tăng tính kinh tế của phản ứng, chúng tôi chọn nhiệt độ 80 oC là tối

ưu cho phản ứng này.

Cố định nhiệt độ là 80oC, tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của thờ i gian.

Bảng 3.5: Hiệu suất phản ứng acetil hóa anisol theo thờ i gian (80oC)

GC (%)Thờ i gian

(phút) 1 11 + 11’

Hiệu suất

(%)Phụ lục

15 36 64 60 3.3.4

30 18 82 80 3.1.4

60 19 81 80 3.3.5

90 16 84 82 3.3.6

Sau khi thực hiện phản ứng trong thờ i gian 30 phút tại nhiệt độ 80oC thì hiệu suất

phản ứng đạt đượ c là 80 %. Kéo dài thờ i gian phản ứng, tại thờ i điểm 60 phút hiệu

suất vẫn là 80 %, tại thờ i điểm 90 phút hiệu suất tăng lên không đáng k ể 82 %. Từ

k ết quả này, chúng tôi chọn nhiệt độ 80oC và thờ i gian 30 phút là điểm tối ưu khi

acetil hóa anisol bằng anhidrid acetic trong phươ ng pháp đun khuấy từ.

Từ điểm tối ưu này, tăng khối lượ ng Ac2O để khảo sát ảnh hưở ng của khối lượ ng

tác chất sử dụng lên phản ứng acetil hóa anisol trong phươ ng pháp đun khuấy từ.




Trang 39


Bảng 3.6: Hiệu suất phản ứng theo khối lượ ng anhidrid acetic (80oC, 30 phút)

GC (%)Anhidrid acetic

(mmol) 1 11 + 11’

Hiệu suất

(%) Phụ lục

1 mmol 19 81 80 3.1.4

2 mmol 11 89 87 3.3.7

4 mmol 03 97 95 3.3.8

8 mmol 08 92 90 3.3.9

20 mmol 17 83 80 3.3.10

Căn cứ vào bảng 3.6, hiệu suất phản ứng tăng khi tăng khối lượ ng Ac2O trong phản

ứng acetil hóa anisol. Điều này phù hợ p vớ i nguyên lý dịch chuyển cân bằng trong

phản ứng hóa học. Nhưng điều này chỉ đúng khi tăng khối lượ ng Ac2O lên 4 mmol,

khi tăng thêm nữa thì hiệu suất sẽ giảm. Điều này đượ c giải thích như sau: khi tăng

khối lượ ng Ac2O lên quá nhiều thì chất lỏng ion có trong hệ phản ứng không còn

đóng vai trò là dung môi phản ứng, lúc này Ac2O sẽ đóng vai trò là dung môi phản

ứng, lúc này trạng thái trung gian trong dung môi Ac2O ít đượ c an định hơ n khi chất

lỏng ion đượ c dùng làm dung môi cho phản ứng, k ết quả hiệu suất phản ứng sẽ

giảm.

Tóm lại, khi tăng khối lượ ng anhidrid acetic để phản ứng đạt hiệu suất cao thì cần

phải chú ý đến giớ i hạn tối đa khối lượ ng Ac2O sử dụng. Khi tăng quá giớ i hạn cho

phép thì hiệu suất phản ứng sẽ giảm. Điều này giúp thấy rõ vai trò chất lỏng ion

trong phản ứng acil hóa Friedel-Crafts.

3.3.2 Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóng

Phươ ng pháp sử dụng vi sóng kích hoạt phản ứng acil hóa Friedel-Crafts xúc tác

triflat trong chất lỏng ion chưa đượ c nhà khoa học nào trên thế giớ i nghiên cứu.

Tiến hành khảo sát phản ứng trong lò vi sóng chuyên dụng CEM INNOVATION

(đây là lò vi sóng chuyên dụng thế hệ mớ i vớ i khả năng chiếu xạ vi sóng tập trung –




Trang 40


monomode dùng để khảo sát các phản ứng hữu cơ trong qui mô phòng thí nghiệm,

công suất chiếu xạ vi sóng tối đa của thiết bị này là 650 W).

Cố định tỉ lệ phản ứng 1:1 và lượ ng chất lỏng ion [bmim][PF6] 0,5 g và triflat

bismuth 5 % mol như tại điểm tối ưu trong đun khuấy từ, tiến hành khảo sát phản

ứng trong kích hoạt vi sóng nhằm giảm tối đa thờ i gian phản ứng và tiết kiệm năng

lượ ng.

Cố định thờ i gian phản ứng trong lò vi sóng là 10 phút, tiến hành khảo sát ảnh

hưở ng công suất chiếu xạ của lò vi sóng đến phản ứng acetil hóa anisol.

Bảng 3.7: Hiệu suất phản ứng theo công suất chiếu xạ vi sóng (10 phút)

GC (%)Công suất

(W) 1 11 + 11’

Hiệu suất

(%)Phụ lục

6,5 42 58 55 3.3.11

32,5 25 75 73 3.3.12

65 23 77 74 3.3.13

130 30 70 66 3.3.14

195 0 0 Cháy

Hiệu suất phản ứng tăng khi tăng công suất chiếu xạ từ 6,5 W lên 32,5 W. Chất lỏng

ion là hợ p chất rất phân cực nên rất hữu hiệu khi k ết hợ p vớ i vi sóng. Khi tăng công

suất lên 65 W thì một phần sản phẩm bị cháy do nhiệt độ quá cao. Khi tăng công

suất lên 130 W và 195 W t

ất c

ảsản ph

ẩm

đều b

ịcháy, không còn th

ấy tín hi

ệu trên

máy GC. Do đó, công suất chiếu xạ vi sóng phải thích hợ p cho phản ứng, nếu thấp

quá thì phản ứng cho hiệu suất thấp, còn nếu chiếu xạ công suất cao hơ n công suất

tối ưu sẽ tạo nên hiện tượ ng cháy sản phẩm. Điều này đượ c giải thích do chất lỏng

ion là một hợ p chất rất phân cực nên hấp thụ rất tốt vi sóng làm nhiệt độ trong bình

phản ứng tăng cao, dẫn đến sản phẩm bị cháy hay bị phân hủy.




Trang 42


gian của phản ứng nên hiệu suất phản ứng giảm. Lượ ng anhidrid acetic dùng gấp

đôi anisol cho hiệu suất cao nhất (95 %).

Chúng tôi tiến hành phản ứng acil hóa anisol vớ i nhiều tác chất khác nhau để khảo

sát một cách trọn vẹn phản ứng acil hóa trên chất nền anisol. Tiến hành đun khuấy

từ ở nhiệt độ 80oC trong khoảng thờ i gian tối ưu 30 phút, tiến hành khảo sát một

loạt tác chất sau:

Bảng 3.10: Hiệu suất phản ứng trên các tác chất acil hóa anisol (80oC, 30 phút)

GC (%)Tác chất

acil hóa 1 Sản phẩm

Hiệu suất

(%) Sản phẩm Phụ lục

(CH3CO)2O 18 82 80 11 + 11’ 3.1.4

(CH3)3CCOCl 5 95 90 12 + 12’ 3.3.20

C6H5COCl 8 92 90 13 + 13’ 3.3.21

(C6H5CO)2O 20 80 77 13 + 13’ 3.3.22

Khi thay đổi tác chất acil hóa khác nhau, do clorur acid có hoạt tính mạnh hơ n

anhidrid nên hiệu suất của phản ứng cho bở i các tác chất này cao hơ n so vớ i

anhidrid tươ ng ứng.

Tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của các tác chất khác nhau này đến phản ứng trong vi

sóng, vẫn sử dụng điều kiện tối ưu trong vi sóng (32,5 W, 10 phút)

Bảng 3.11: Hiệu suất phản ứng trên các tác chất acil hóa anisol (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất

(%)Sản phẩm Phụ lục

(CH3CO)2O 25 75 73 11 + 11’ 3.3.12

(CH3)3CCOCl 30 70 68 12 + 12’ 3.3.23

C6H5COCl 5 95 93 13 + 13’ 3.3.24

(C6H5CO)2O 32 68 65 13 + 13’ 3.3.25




Trang 43


Hiệu suất phản ứng trong vi sóng cũng gần bằng vớ i phươ ng pháp đun khuấy từ.

Nhưng trong vi sóng thờ i gian phản ứng ngắn hơ n chỉ bằng 1/3 so vớ i phươ ng pháp

đun khuấy từ. Từ đây, chứng minh rằng vi sóng là phươ ng pháp kích hoạt phản ứng

thân thiện, nhanh chóng và tiết kiệm năng lượ ng (trong khi các phươ ng pháp đun

thông thườ ng khác thì nhiệt lượ ng mất mát do tỏa ra môi trườ ng là 2/3, còn vi sóng

không có hiện tượ ng thất thoát nhiệt).

Hiệu suất phản ứng cao nhất vớ i tác chất clorur benzoil. Trong vi sóng, do cấu trúc

của clorur pivaloil bị chướ ng ngại lập thể so vớ i các chất còn lại, nên hiệu suất kém

hơ n trong trườ ng hợ p kích hoạt bằng vi sóng.

Sản phẩm sau phản ứng đượ c định danh bằng máy MS Agilent GC-6890N và máy

cộng hưở ng từ hạt nhân Varian Mercury NMR (300 MHz).

Sản phẩm 11

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.93 (d, 2H, J = 9.0), 6.92 (d, 2H, J =

9.0), 3.86 (s, 3H), 2.54 (s, 3H). (Phụ lục NMR1)

MS (m/z, 70 ev, EI): 150, 135, 107, 92, 77, 63. (Ph

ụlục GC-MS1)

Sản phẩm 12


9.0), 3.84 (s, 3H), 1.37 (s, 9H). (Phụ lục NMR2)

MS (m/z, 70 ev, EI): 192, 149, 135, 121, 107, 92, 77, 64, 57, 51. (Phụ

lục GC-MS2)

Sản phẩm 13

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.83 (d, 2H, J = 9.0), 7.75 - 7.47 (m,

5H), 6.96 (d, 2H, J = 9.0), 3.88 (s, 3H). (Phụ lục NMR3)

MS(m/z, 70 ev, EI): 212, 181, 169, 152, 135, 115, 105, 92, 77, 64, 51.

(Phụ lục GC-MS3)




Trang 44


3.4 ACIL HÓA VERATROL

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa veratrol đượ c thực hiện trong luận văn:

+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O


++ CH3COOH

(14) (14')2

+ ++ HCl

(15')

+ + + HCl

+ + +C6H5COOH

(16')

(16')

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

O

O

O

O

O

O

OO

2

O

O

2

O

O

2

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O O

O

O

(15)

(16)

O

O

O

O

O

O(16)

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3


Chúng tôi tiến hành áp điều kiện tối ưu của anisol sang khảo sát veratrol.

Tiến hành phản ứng 80oC trong khoảng thờ i gian 30 phút, tỉ lệ phản ứng 1:1

Bảng 3.12: Hiệu suất phản ứng acil hóa veratrol (80 °C, 30 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất

(%)Sản phẩm

Phụ lục

(CH3CO)2O 14 86 83 14 + 14’ 3.4.1

(CH3)3CCOCl 25 75 73 15 + 15’ 3.4.2

C6H5COCl 2 98 95 16 + 16’ 3.4.3

(C6H5CO)2O 22 78 76 16 + 16’ 3.4.4




Trang 45


So sánh vớ i trườ ng hợ p chất nền là anisol thì hiệu suất phản ứng trong trườ ng hợ p

veratrol tăng lên một ít. Điều này đượ c giải thích do veratrol có đến 2 nhóm tăng

hoạt trên vòng benzen, làm cho các tác nhân thân điện tử dễ dàng tác kích lên vòng

benzen.


Cố định công suất 32,5 W tiến hành phản ứng trong 10 phút, khảo sát phản ứng acil

hóa veratrol:

Bảng 3.13: Hiệu suất phản ứng acil hóa veratrol (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chấtacil hóa 2 Sản phẩm

Hiệu suất(%)

Sản phẩmPhụ lục

(CH3CO)2O 15 85 82 14 + 14’ 3.4.5

(CH3)3CCOCl 45 55 52 15 + 15’ 3.4.6

C6H5COCl 3 97 95 16 + 16’ 3.4.7

(C6H5CO)2O 33 67 65 16 + 16’ 3.4.8

So vớ i anisol, veratrol có 2 nhóm thế tăng hoạt (-OCH3) nên tính thân hạch của

vòng benzen mạnh hơ n anisol. Điều này thể hiện khi sử dụng tác chất là anhidrid

acetic, đối vớ i veratrol cho hiệu suất acetil hóa cao hơ n anisol trong cả 2 phươ ng

pháp đun khuấy từ và vi sóng. Nhưng khi tăng số nhóm thế cũng đồng ngh ĩ a vớ i

việc tăng hiệu ứng lập thể lên vòng benzen. Hiệu suất giảm đáng k ể khi sử dụng tác

chất cồng k ềnh như clorur pivaloil, hiệu suất phản ứng giảm so vớ i chất nền anisol.


cộng hưở ng từ hạt nhân Varian Mercury NMR (300 MHz):

Sản phẩm 14

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.83 (d, 1H, J = 8.7), 6.52 (dd, 1H, J =

2.3, 8.7), 6.46 (d, 1H, J = 2.3), 3.87 (d, 6H), 2.57 (s, 3H). (Phụ lục

NMR4)




Trang 46


MS (m/z, 70 ev, EI): 180, 165, 149, 137, 122, 107, 92, 79, 51. (Phụ

lục GC-MS4)

Sản phẩm 15

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.56 (dd, 1H, J = 2.1, 8.4), 7.43 (d,

1H, J = 2.1), 6.86 (d, 1H, J = 8.5), 3.94 (s, 3H), 3.93 (s, 3H), 1.40 (s,

9H). (Phụ lục NMR5)

MS (m/z, 70 ev, EI): 222, 179, 165, 137, 107, 92, 79, 51. (Phụ lục

GC-MS5)

Sản phẩm 16 1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.76 (dd, 2H, J = 1.3, 8.4), 7.56 (d,

1H, J = 8.3), 7.49 (m, 3H), 7.38 (dd, 1H, J = 2.0, 8.3), 6.90 (d, 1H, J =

8.4), 3.96 (s, 3H), 3.95 (s, 3H) (Phụ lục NMR6)

MS (m/z, 70 ev, EI): 242, 211, 165, 128, 105, 92, 77, 63, 51. (Phụ lục

GC-MS6)




Trang 47


3.5 ACIL HÓA 1,3-DIMETOXIBENZEN

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa 1,3-dimetoxibenzen đượ c thực hiện trong luận

văn:

+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O


++ CH3COOH

(17) (17')3

+ + + HCl

(18')

+ + + HCl

+ + C6H5COOH

(19')

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

(18)

(19)

O

O

3

O

O

3

O

O

3

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O

+

(19')(19)O

OO

O

O

O

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3


Chúng tôi tiến hành áp điều kiện tối ưu của anisol sang khảo sát 1,3-

dimetoxibenzen.

Tiến hành phản ứng 80oC trong khoảng thờ i gian 30 phút, tỉ lệ phản ứng vẫn giữ là

1:1




Trang 48


Bảng 3.14: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,3-dimetoxibenzen (80oC, 30 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 38 62 60 17 + 17’ 3.5.1

(CH3)3CCOCl 43 57 55 18 + 18’ 3.5.2

C6H5COCl 18 82 80 19 + 19’ 3.5.3

(C6H5CO)2O 29 71 68 19 + 19’ 3.5.4

So vớ i anisol và veratrol, khi thực hiện đun khuấy từ 1,3-dimetoxibenzen cho hiệu

suất thấp hơ n. Nguyên nhân là do hiệu ứng lập thể: nhóm acil gắn vào ở vị trí orto

so vớ i nhóm metoxi. Chính vì thế, các tác nhân thân điện tử khó thế vào những vị trí

này làm cho hiệu suất phản ứng giảm.

3.5.2 PHƯƠ NG PHÁP CHIẾU XẠ VI SÓNG

Cố định công suất 32,5 W tiến hành phản ứng trong 10 phút, khảo sát phản ứng acil

hóa 1,3-dimetoxibenzen:

Bảng 3.15: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,3-dimetoxibenzen (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 56 44 40 17 + 17’ 3.5.5

(CH3)3CCOCl 27 73 71 18 + 18’ 3.5.6

C6H5COCl 4 96 93 19 + 19’ 3.5.7

(C6H5CO)2O 4 96 92 19 + 19’ 3.5.8

Khi thực hiện phản ứng trong vi sóng thì hiệu suất phản ứng acil hóa 1,3-

dimetoxibenzen tăng lên so vớ i trườ ng hợ p đun khuấy từ. Điều này cho thấy: vi

sóng kích hoạt phản ứng hiệu quả hơ n, nhanh chóng hơ n so vớ i đun khuấy từ.

Trườ

ng hợ

p dùng tác chất là Ac2O thì khi kích ho

ạt b

ằng vi sóng thì hi

ệu su

ất ph

ản




Trang 49


ứng giảm so vớ i đun khuấy từ: nguyên nhân là do anhidrid acetic hấp thu vi sóng

yếu hơ n các tác chất khác.



Sản phẩm 17


2.3, 8.7), 6.46 (d, 1H, J = 2.3), 3.89 (s, 3H), 3.85 (s, 3H), 2.57 (s, 3H)

(Phụ lục NMR7)

MS (m/z, 70 ev, EI) : 180, 165, 150, 135, 122, 107, 79, 51. (Phụ lục

GC-MS7)

Sản phẩm 18

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 6.98 (d, 1H, J = 8.8), 6.46 (m, 2H),

3.81 (s, 3H), 3.77 (s, 3H), 1.20 (s, 9H). (Phụ lục NMR8)

MS (m/z, 70 ev, EI) 222, 179, 165, 150, 122, 107, 92, 77, 63. (Phụ lục

GC-MS8)

Sản phẩm 19

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.77 (dd, 2H, J = 1.4, 8.4), 7.51 (m,

1H), 7.41 (m, 3H), 6.55 (dd, 1H, J = 2.3, 8.4), 6.51 (d, 1H, J = 2.3),

3.86 (s, 3H), 3.69 (s, 3H) (Phụ lục NMR9)

MS (m/z, 70 ev, EI) 242, 225, 197, 165, 122, 107, 77, 63, 51. (Phụ lục

GC-MS9)




Trang 50


3.6 ACIL HÓA 1,4-DIMETOXIBENZEN

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa 1,4-dimetoxibenzen đượ c thực hiện trong luận

văn:

+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O


+ CH3COOH

204

+ + HCl

+ + HCl

++C6H5COOH

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

(21)

(22)

OO OO

O

OO

O

O

O

O

(22)O

O

O

4

OO

4

OO

4

OO

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3


Chúng tôi tiến hành áp điều kiện tối ưu của anisol sang khảo sát 1,4-

dimetoxibenzen.





Trang 51


Bảng 3.16: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,4-dimetoxibenzen (80oC, 30 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 72 28 25 20 3.6.1

(CH3)3CCOCl 63 37 35 21 3.6.2

C6H5COCl 20 80 78 22 3.6.3

(C6H5CO)2O 100 0 Vết 22 3.6.4

Trong trườ ng hợ p chất nền là 1,4-dimetoxibenzen, gồm 2 nhóm thế metoxi trên

vòng nên bị chướ ng ngại lập thể lớ n. Mặt khác các vị trí gắn nhóm thế không đượ c

tán trợ điện tử (ở vị trí orto so vớ i nhóm metoxi này nhưng lại là vị trí meta đối vớ i

nhóm metoxi còn lại) như trong trườ ng hợ p 1,3-dimetoxibenzen. Ở đây, anhidrid

benzoic không cho phản ứng vì khả năng phản ứng của anhidrid kém hơ n so vớ i

clorur acid tươ ng ứng, và do bị chướ ng ngại lập thể nên anhidrid benzoic phản ứng

kém hơ n anhidrid acetic.


Bảng 3.17: Hiệu suất phản ứng acil hóa 1,4-dimetoxibenzen (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 80 20 18 20 3.6.5

(CH3)3CCOCl 57 43 41 21 3.6.6C6H5COCl 20 80 77 22 3.6.7

(C6H5CO)2O 37 63 60 22 3.6.8

Khi sử dụng vi sóng thì hiệu suất phản ứng tăng, do sự hiện diện của chất lỏng ion

nên hỗn hợ p phản ứng đượ c đun nóng hơ n so vớ i trườ ng hợ p đun khuấy từ. Vi sóng

kích hoạt phản ứng tốt trong thờ i gian ngắn, cho hiệu suất khả quan hơ n đun khuấy




Trang 52


từ, nhưng trong trườ ng hợ p 1,4-dimetoxibenzen do chướ ng ngại lập thể lớ n nên

hiệu suất phản ứng thấp hơ n so vớ i chất nền còn lại.



Sản phẩm 20

MS (m/z, 70 eV, EI) 180, 165, 150, 137, 122, 107, 92, 79, 51. (Phụ

lục GC-MS10)

Sản phẩm 21

MS (m/z, 70 eV, EI) 222, 165, 150, 122, 107, 92, 77, 63. (Phụ lục

GC-MS11)

Sản phẩm 22

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.82 (dd, 2H, J = 3.0, 8.4), 7.55 (m,

1H), 7.43 (m, 2H), 7.01 (dd, 1H, J = 3.0, 8.4), 6.92 (m, 2H), 3.78 (s,

3H), 3.66 (s, 3H) (Phụ lục NMR10)

MS (m/z, 70 eV, EI) 242, 225, 184, 165, 151, 105, 92, 77, 51. (Phụ

lục GC-MS12)




Trang 53


3.7 ACIL HÓA TIOANISOL

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa tioanisol đượ c thực hiện trong luận văn:

+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O


++ CH3COOH

(23) (23')

+ ++ HCl

(24')

+ + + HCl

+ +C6H5COOH

(25')

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

(24)

(25)

5

S

5

S

5

S

5

S

S

O

S

O

S

O

S

O

O

S

O

S

+

(25')(25)O

S

O

S

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3


Chúng tôi tiến hành áp điều kiện tối ưu của anisol sang khảo sát tioanisol.





Trang 54


Bảng 3.18: Hiệu suất phản ứng acil hóa tioanisol (80oC, 30 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 50 50 48 23 + 23’ 3.7.1

(CH3)3CCOCl 57 43 40 24 + 24’ 3.7.2

C6H5COCl 0 100 95 25 + 25’ 3.7.3

(C6H5CO)2O 13 87 84 25 + 25’ 3.7.4

Phản ứng acil hóa tioanisol cho hiệu suất tươ ng đối thấp hơ n trong trườ ng hợ p

anisol. Điều này đượ c giải thích do nhóm CH3S- tăng hoạt kém hơ n nhóm metoxi

(lưu huỳnh sử dụng vân đạo 3p che phủ vớ i vân đạo 2p của carbon vòng benzen khó

hơ n là oxigen sử dụng vân đạo 2p che phủ vớ i nguyên tử carbon này). Chính vì thế,

trong trườ ng hợ p của tioanisol thì vị trí orto và para đối vớ i nhóm CH3S- sẽ kém

giàu điện tử hơ n trong trườ ng hợ p của anisol.

3.7.2 Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóngBảng 3.19: Hiệu suất phản ứng acil hóa tioanisol (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 56 44 42 23 + 23’ 3.7.5

(CH3)3CCOCl 52 48 45 24 + 24’ 3.7.6

C6H5COCl 10 90 88 25 + 25’ 3.7.7(C6H5CO)2O 13 87 85 25 + 25’ 3.7.8

Khảo sát phản ứng acil hóa tioanisol trong điều kiện chiếu xạ vi sóng hiệu suất phản

ứng cũng tươ ng tự như trườ ng hợ p đun khuấy từ. Nhưng vi sóng kích hoạt phản ứng

trong thờ i gian ngắn hơ n đun khuấy từ (chỉ 1/3 thờ i gian) và năng lượ ng tiêu tốn

cũng ít hơ n nhiều.




Trang 55




Sản phẩm 23

MS (m/z, 70 eV, EI) 166, 151, 136, 123, 108, 79, 69, 63, 51. (Phụ lục

GC-MS13)

Sản phẩm 24


8.8), 2.51 (s, 3H), 1.36 (s, 9H) (Phụ lục NMR11)

MS (m/z, 70 eV, EI) 208, 165, 151, 123, 108, 79, 69, 57. (Phụ lụcGC-MS14)

Sản phẩm 25

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 8.13 (m, 1H), 7.76 (m, 4H), 7.50 (m,

2H), 7.30 (d, 2H, J = 8.7), 2.54 (s, 3H) (Phụ lục NMR12)

MS (m/z, 70 eV, EI) 228, 181, 151, 165, 123, 105, 77, 69, 51. (Phụ

lục GC-MS15)




Trang 56


3.8 ACIL HÓA 4-METILANISOL

Các phươ ng trình phản ứng acil hóa 4-metilanisol đượ c thực hiện trong luận văn:

+

OO

O

Anhidrid acetic (7)

O

Cl

Clorur pivaloil (8)

O

Cl

Clorur benzoil (9)

O O

O


++ CH3COOH

(26) (26')

+ + HCl

+ + + HCl

++ C6H5COOH

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

[bmim[PF6]

6

O

O

O

O

O

6

O

6

O

6

O

+O

O

(27) (27')

O

O

O

O

O

O

(28')(28)

+

O

O

O

O

(28')(28)

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3

Bi(OTf)3


Chúng tôi tiến hành áp điều kiện tối ưu của anisol sang khảo sát 4-metilanisol.


Bảng 3.20: Hiệu suất phản ứng acil hóa 4-metilanisol (80oC, 30 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 77 23 20 26 + 26’ 3.8.1

(CH3)3CCOCl 48 52 50 27 + 27’ 3.8.2

C6H5COCl 7 93 90 28 + 28’ 3.8.3

(C6H5CO)2O 6 94 90 28 + 28’ 3.8.4




Trang 57


Cũng như trong trườ ng hợ p của 1,4-dimetoxibenzen, 4-metilanisol bị chướ ng ngại

lập thể khi thực hiện phản ứng thế thân điện tử lên vòng. Sự hiện diện đồng thờ i

nhóm metoxi và nhóm metil làm cho tác chất cồng k ềnh như clorur pivaloil khó tác

kích vào hệ thống vòng. Phản ứng cho hiệu suất thấp vớ i tác chất anhidrid acetic

cũng giống như trong trườ ng hợ p của 1,4-dimetoxibenzen, điều này đượ c giải thích

là do khả năng tán trợ điện tử anhidrid acetic yếu hơ n so vớ i các tác chất còn lại.

Trong phản ứng này, chỉ thu đượ c sản phẩm orto đối vớ i nhóm metoxi, còn sản

phẩm orto đối vớ i nhóm metil chỉ hiện diện vết sản phẩm.

3.8.2 Phươ ng pháp chiếu xạ vi sóngBảng 3.21: Hiệu suất phản ứng acil hóa 4-metilanisol (32,5 W, 10 phút)

GC (%)Tác chất


Hiệu suất


(CH3CO)2O 82 18 15 26 + 26’ 3.8.5

(CH3)3CCOCl 56 44 40 27 + 27’ 3.8.6

C6H5COCl 0 100 97 28 + 28’ 3.8.7(C6H5CO)2O 5 95 92 28 + 28’ 3.8.8

Dướ i sự hiện diện của chất lỏng ion trong hỗn hợ p phản ứng, vi sóng một lần nữa tỏ

ra kích hoạt hiệu quả cho phản ứng acetil hóa Friedel-Crafts. Ngay cả đối vớ i tác

chất cồng k ềnh như là clorur pivaloil hiệu suất phản ứng cũng tăng lên đáng k ể.

Phươ ng pháp kích hoạt vi sóng cũng chỉ tại ra sản phẩm orto đối vớ i nhóm metoxi.



Sản phẩm 26


2.4, 8.4), 6.86 (d, 1H, J = 8.4), 3.88 (s, 3H), 2.60 (s, 3H), 2.30 (s, 3H).

(Phụ lục NMR13)




Trang 58


MS (m/z, 70 eV, EI) 164, 149, 134, 121, 105, 91, 77, 65, 51. (Phụ lục

GC-MS16)

Sản phẩm 27

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ: 7.11 (m, 1H), 6.81 (m, 2H), 3.76 (s,

3H), 2.28 (s, 3H), 1.21 (s, 9H) (Phụ lục NMR14)

MS (m/e, 70 eV, EI) 206, 190, 163, 149, 134, 115, 106, 91, 78, 65, 57.

(Phụ lục GC-MS17)

Sản phẩm 28

1

H NMR (300 MHz, CDCl3)δ: 7.81 (dd, 2H, J = 1.4, 8.4), 7.53 (d,

1H, J = 7.4), 7.43 (m, 2H), 7.24 (m, 1H), 7.16 (d, 1H, J = 2.3), 6.88

(d, 1H, J = 8.4), 3.68 (s, 3H), 2.32 (s, 3H) (Phụ lục NMR15)

MS (m/z, 70 eV, EI) 226, 209, 181, 165, 149, 135, 105, 91, 77, 65,

51. (Phụ lục GC-MS18)

3.9 THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG HỆ XÚC TÁC Bi(OTf)3 /[bmim][PF6]

Chúng tôi tiến hành thu hồi và tái sử dụng hệ triflat và chất lỏng ion trong phản ứng

acetil hóa anisol. Sau khi thực hiện phản ứng xong, trích vớ i dung môi dietil eter,

phần chất lỏng ion và triflat bismuth đượ c đem đi cô quay dướ i áp suất kém ở 80 °C

trong khoảng thờ i gian 30 phút rồi đem đi tái sử dụng

Bảng 3.22: Thu hồi và tái sử dụng Bi(OTf)3 /[bmim][PF6] trong phản ứng acetil

hóa anisol (80°C, 30 phút)

Lần tái sử dụng Hiệu suất (%) Phụ lục

0 80 3.1.4

1 78 3.9.1

2 75 3.9.2

3 73 3.9.3

4 70 3.9.4




Trang 59


Hệ xúc tác Bi(OTf)3 /[bmim][PF6] rất thích hợ p cho phản ứng acil hóa Friedel-

Crafts. Xúc tác phản ứng trong thờ i gian ngắn, cho hiệu suất cao, quá trình cô lập

sản phẩm dễ dàng, sản phẩm có độ chọn lọc cao (trên 95 % đồng phân). Hệ xúc

tác đượ c thu hồi và tái sử dụng lại nhiều lần vớ i hoạt tính không đổi.




Trang 60


4.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ

Hóa chất, dung môi sử dụng từ Aldrich và Merck vớ i độ tinh khiết cao.

Lò vi sóng chuyên dụng MSD-2000, CEM Innovation. Bếp đun khuấy từ điều nhiệt

IKA-RET. Phổ cộng hưở ng từ đượ c đo trong dung môi CDCl3 vớ i nội chuẩn TMS ở

tần số 300 MHz trên máy Varian Mercury 300 NMR spectrometer. Máy sắc ký khí

GC-5890, máy GC-MS Hewleett Packard 5890 Series II vớ i đầu dò MS Hewlett

Packard 5791A (cột: RTX-5MS, 30 m, 0,25 mm, 0,25 µm).

4.2 QUI TRÌNH ACIL HÓA ANISOL

Cho vào bình cầu 5 ml hay ống nghiệm lò vi sóng chuyên dụng CEM (đườ ng kính 5

mm, dài 10 cm) anisol (1 mmol, 0,108 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào từng loại tác

chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur pivaloil: 0,120 g,

clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng xúc tác triflat kim

loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất (Cu(OTf)2: 0,181 g, Bi(OTf)3: 0,328 g,

Pr(OTf)3: 0,294 g), khối lượ ng chất lỏng ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiệntrong đun khuấy từ điều nhiệt và vi sóng chuyên dụng. Phản ứng k ết thúc, để nguội

đến nhiệt độ phòng, sau đó tiến hành ly trích vớ i dung môi dietil eter (40 ml, 3 lần).

Sau đó, dịch trích dietil eter đượ c trung hòa bở i Na2CO3 bão hòa, rửa lại vớ i nướ c

cất, làm khan. Tiến hành thu hồi dung môi. Hiệu suất phản ứng đượ c xác định dựa

vào khối lượ ng cân và % GC. Tiến hành sắc ký cột thu sản phẩm tinh khiết, sản

phẩm đượ c định danh bằng MS và1H NMR.

4.3 QUI TRÌNH ACIL HÓA VERATROL


mm, dài 10 cm): veratrol (1 mmol, 0,138 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào từng loại

tác chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur pivaloil: 0,120

g, clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng xúc tác triflat kim

loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất Bi(OTf)3 (0,328 g), khối lượ ng chất lỏng




Trang 61


ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiện trong đun khuấy từ điều nhiệt 80 °C, 30 phút

và vi sóng chuyên dụng 32,5 W, 10 phút. Phản ứng k ết thúc, để nguội đến nhiệt độ

phòng, sau đó tiến hành ly trích vớ i dung môi dietil eter (40 ml, 3 lần). Sau đó, dịch

trích dietil eter đượ c trung hòa bở i Na2CO3 bão hòa, rửa lại vớ i nướ c cất, làm khan.

Tiến hành thu hồi dung môi. Hiệu suất phản ứng đượ c xác định dựa vào khối lượ ng

cân và % GC. Tiến hành sắc ký cột thu sản phẩm tinh khiết, sản phẩm đượ c định

danh bằng MS và1H NMR.

4.4 QUI TRÌNH ACIL HÓA 1,3-DIMETOXIBENZEN


mm, dài 10 cm): 1,3-dimetoxibenzen (1 mmol, 0,138 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào

từng loại tác chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur

pivaloil: 0,120 g, clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng

xúc tác triflat kim loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất Bi(OTf)3 (0,328 g),

khối lượ ng chất lỏng ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiện trong đun khuấy từ điều

nhiệt 80 °C, 30 phút và vi sóng chuyên dụng 32,5 W, 10 phút. Phản ứng k ết thúc, để

nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó tiến hành ly trích vớ i dung môi dietil eter (40 ml,

3 lần). Sau đó, dịch trích dietil eter đượ c trung hòa bở i Na2CO3 bão hòa, rửa lại vớ i

nướ c cất, làm khan. Tiến hành thu hồi dung môi. Hiệu suất phản ứng đượ c xác định

dựa vào khối lượ ng cân và % GC. Tiến hành sắc ký cột thu sản phẩm tinh khiết, sản


4.5 QUI TRÌNH ACIL HÓA 1,4-DIMETOXIBENZEN


mm, dài 10 cm): 1,4-dimetoxibenzen (1 mmol, 0,138 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào

từng loại tác chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur

pivaloil: 0,120 g, clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng

xúc tác triflat kim loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất Bi(OTf)3 (0,328 g),

khối lượ ng chất lỏng ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiện trong đun khuấy từ điều




Trang 62


nhiệt 80 °C, 30 phút và vi sóng chuyên dụng 32,5 W, 10 phút. Phản ứng k ết thúc, để

nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó tiến hành ly trích vớ i dung môi dietil eter (40 ml,

3 lần). Sau đó, dịch trích dietil eter đượ c trung hòa bở i Na2CO3 bão hòa, rửa lại vớ i

nướ c cất, làm khan. Tiến hành thu hồi dung môi. Hiệu suất phản ứng đượ c xác định

dựa vào khối lượ ng cân và % GC. Tiến hành sắc ký cột thu sản phẩm tinh khiết, sản


4.6 QUI TRÌNH ACIL HÓA TIOANISOL


mm, dài 10 cm): tioanisol (1 mmol, 0,124 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào từng loại

tác chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur pivaloil: 0,120

g, clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng xúc tác triflat kim

loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất Bi(OTf)3 (0,328 g), khối lượ ng chất lỏng

ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiện trong đun khuấy từ điều nhiệt 80 °C, 30 phút

và vi sóng chuyên dụng 32,5 W, 10 phút. Phản ứng k ết thúc, để nguội đến nhiệt độ

phòng, sau đó tiến hành ly trích vớ i dung môi dietil eter (40 ml, 3 lần). Sau đó, dịch

trích dietil eter đượ c trung hòa bở i Na2CO3 bão hòa, rửa lại vớ i nướ c cất, làm khan.

Tiến hành thu hồi dung môi. Hiệu suất phản ứng đượ c xác định dựa vào khối lượ ng

cân và % GC. Tiến hành sắc ký cột thu sản phẩm tinh khiết, sản phẩm đượ c định

danh bằng MS và1H NMR.

4.7 QUI TRÌNH ACIL HÓA 4-METILANISOL


mm, dài 10 cm): 4-metilanisol (1 mmol, 0,122 g) và 1 mmol tác chất (tùy vào từng

loại tác chất, khối lượ ng cân khác nhau: anhidrid acetic: 0,102 g, clorur pivaloil:

0,120 g, clorur benzoil: 0,140 g, anhidrid benzoic: 0,226 g), khối lượ ng xúc tác

triflat kim loại 5 % mol theo tác khối lượ ng tác chất Bi(OTf)3 (0,328 g), khối lượ ng

chất lỏng ion là 0,5 g. Phản ứng đượ c thực hiện trong đun khuấy từ điều nhiệt 80

°C, 30 phút và vi sóng chuyên dụng 32,5 W, 10 phút. Phản ứng k ết thúc, để nguội




Trang 64


Kết quả nghiên cứu của luận án đã thực hiện sự acil hóa Friedel-Crafts trên 6 chất

nền sử dụng 4 tác chất, tổng cộng điều chế đượ c 24 sản phẩm. Kết quả nghiên cứu

của đề tài có thể tóm tắt lại như sau:

1. Khảo sát hệ xúc tác: triflat kim loại/ chất lỏng ion để tìm hệ xúc tác tối ưu cho

phản ứng. Trong 3 loại triflat kim loại Cu(OTf)2, Bi(OTf)3 và Pr(OTf)3 và 2 chất

lỏng ion [bmim][BF4] và [bmim][PF6], chúng tôi đã khảo sát đượ c triflat bismuth

trong [bmim][PF6] là hệ xúc tác tốt nhất cho phản ứng.

2. Nghiên cứu khả năng của hệ xúc tác này trên 6 chất nền và 4 loại tác chất khác

nhau. Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng đây là hệ xúc tác ưu việt, độ chọn lọc

sản phẩm cao (trên 95 % đồng phân) , các chất có chướ ng ngại lập thể lớ n cũng cho

hiệu suất phản ứng khá cao trong khoảng thờ i gian ngắn.

3. Vi sóng kích hoạt phản ứng trong thờ i gian ngắn, hiệu suất phản ứng cao hơ n

phươ ng pháp đun truyền thống ở cùng điều kiện phản ứng.

4. Hệ xúc tác bao gồm triflat bismuth và [bmim][PF6] đượ c tái sử dụng lại 4 lần mà

hoạt tính xúc tác hầu như không thay đổi.

5. Các phản ứng xảy ra trong điều kiện êm dịu, sản phẩm và hệ xúc tác đượ c cô lập

dễ dàng, không tạo ra chất thải độc hại cho môi trườ ng. Phù hợ p vớ i tiêu chí hóa

học xanh và dễ dàng triển khai sản xuất v ĩ mô trong công nghiệp.




TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

[1] Lê Ngọc Thạch (2003), Tinh Dầu, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh.

[2] Lê Văn Thớ i (1972), Hóa học H ữ u cơ C ơ C ấ u, Nhà xuất bản Khoa học Đại học

Đườ ng Sài Gòn.

Tiếng Anh:

[3] Alleti, R., Oh, W.S., Perambuduru, M., Afrasiabi, F., Sinn, E., Reddy, V.

(2005), "Gadolinium triflate immobilized in imidazolium based ionic liquids: a

novel recyclable catalyst and green solvent for acetylation of alcohols and

amines", Green Chem., 7, 203-206.

[4] Ballini, R., Bosica, G., Carloni, S., Maggi, R., Sartori, G. (1998), "Zeolite

HSZ-360 as a new reusable catalyst for the direct acetylation of alcohols and

phenols under solventless conditions", Tetrahedron Lett., 39, 6094.

[5] Bhattacharyya, K.G., Talukdar, A.K., Das, P., Sivasanker, S. (2001),

“Acetylation of phenol with Al-MCM-41”, Catal. Commun., 2, 105.[6] Deng, W., Xu, Y. (2005), "Solventless Friedel-Crafts acylation under

microwave activation", Chinese Chem. Lett., 16(3), 327-330.

[7] Desmurs, J.R., Labrouillere, M. (1997), "Surprising catalytic activity of

bismuth triflate in the Friedel-Crafts acylation reaction", Tetrahedron Lett.,

38(51), 8871-8874.

[8] Duris, F. (2002), "Lanthanide bis(trifluoromethylsulfonyl)amide vs.

trifluoromethylsulfonates as catalysts for Friedel-Crafts acylations", J. Mol. Cat.,

188, 97-104.

[9] Farkas, F., Bekassy, S., Agai, B., Hegedus, M., Figueras, F. (2000),

“Acylation of resorcinol on clay catalysts”, Synth. Commun., 30, 2479.

[10] Gmouh, S., Yang, H., Vautier, M. (2003),"Acylation of Bismuth (III)

derivatives in ionic liquid: novel and recyclable catalytic systems for Friedel-

Crafts acylation of aromatic compounds", Org. Lett., 5(13), 2219-2222.




[11] Gopalakrishnan, M., Sureshkumar, P. (2005), "Aluminium metal powder

(atomized) catalyzed Friedel-Crafts acylation in solvent-free conditions: A facile

and rapid synthesis of aryl ketones under microwave irradiation", Catal.

Commun., 6, 753-756.

[12] Graenacher, C. (1934), US Pat., 1943176.

[13] Hachiya, I., Moriwaki, M. (1995), "Catalytic Friedel-Crafts acylation

reactions using Hafnium triflate as a catalyst in lithium perchlorate-

nitromethane", Tetrahedron Lett., 36(3), 409-412.

[14] Hakala, U. (2009), Ionic Liquids and Microwaves in Promotion of Organic

Synthesis, Academic Dissertation, University of Helsinki, Finland.

[15] Hao, X., Yoshida, A. (2005), "Hf[N(SO2C8F17)2]4-catalyzed Friedel-Crafts

acylation in a fluorous biphase system", Tetrahedron Lett., 46, 2697-2700.

[16] http://www.cdniso.com/msds/D-5037.pdf.

[17] http://www.chemicalland21.com.

[18] http://www.norquaytech.com.

[19] Iiussey, C.L. (1998), "Room temperature haloaluminate ionic liquids. Novelsolvent for transition metal solution chemistry", Pure & Appl. Chem., 60 (12),

1763-1772.

[20] Kaur, J., Griffin, K. (2002), "Friedel-Crafts acylation catalysed by

Heteropoly Acids", Journal of Catal., 208, 448-455.

[21] Kobayashi, S., Iwamoto, S. (1998), "Catalytic Friedel-Crafts acylation of

Benzene, chlorobenzene, and fluorobenzene using novel catalyst system,

Hafinium triflate and trifluoromethanesulfonic acid", Tetrahedron Lett., 39,

4697-4700.

[22] Kobayashi, S., Manabe, K. (2000), "Green Lewis acid catalysis in organic

synthesis", Pure Appl. Chem., 72 (7), 1373-1380.

[23] Kobayashi, S., Sugiura, M., Kitagawa , H. (2002), “Rare earth metal triflates

in organic synthesis”, Chem. Rev., 102, 2227-2302.




[24] Komoto, I., Matsuo, J. (2002), "Catalytic Friedel-Crafts acylation of

heteroaromatics", Topic in Catal., 19 (1), 43-47.

[25] Koshima, H., Kubota, M. (2003), "High-Throughput synthesis of alkylbenzophenones with Indium Triflate in the absence of solvents using

microwave", Synth. commun., 33(22), 3983-3988.

[26] Leon M. Stock (1968), Aromatic Substitution Reactions, Prentice-Hall, New

Jersey.

[27] Li, C., Liu, W. (2007), "Efficient synthesis of benzophenone derivatives in

Lewis acid ionic liquids", Catal. Commun., 8, 1834-1837.

[28] Liaali, K.K., Sarca, V.D., Okazaki, T., Brock, A. (2005), "Triflic acid-

catalyzed admantylation of aromatics in [bmim][OTf] ionic liquid, synthetic

scope and mechanistic insight", Org. Biomol. Chem., 3, 1034-1042.

[29] Pai, S.G., Bajpai, A.R., Deshpande, A.B., Samant, S.D. (1997), “Friedel-

Crafts benzylation of arenes using FeCl3 impregnated montmorillonite K10”,

Synth. Commun., 27, 2267.

[30] Parvulescu, A.N, Gagea, B.C (2006), "Acylation of alcohols and activatedaromatic compounds on silica embedded-triflate catalysts", Appl. Catal., 301,

133-137.

[31] Pârvulescu, V.I., Hardacre, C. (2007), "Catalysis in ionic liquids", Chem.

Rev., 107, 2615-2665.

[32] Percec, V., Bae, J.Y., Zhao, M. (1995), "Aryl mesylates in metal-catalyzed

homocoupling and cross-coupling reactions. simple and general method for the

synthesis of 2,2'-diaroyl-4,4'-dihydroxybiphenyls", J. Org. Chem., 60, 1066-

1069.

[33] Prakask, G.K, Yan, P. (2003), "Gallium (III) trifluoromethanesulfonate: a

water-tolerant, reusable Lewis acid catalyst for Friedel-Crafts reactions",

Catalysis Lett., 85 (1), 1-5.

[34] Ross, J., Xiao, J. (2002), "Friedel-Crafts acylation reactions using metal

triflates in ionic liquid", Green chem., 4, 129-133.




[35] Sarvari, M., Sharghi, H. (2004), “Reactions on a solid surface. A simple,

economical and efficient Friedel-Crafts acylation reaction over zinc oxide (ZnO)

as a new catalyst”, J. Org. Chem., 69, 6953-6956.[36] Smith, K., Butters, M. (2003), "Acetylation of aromatic ethers using acetic

anhydride over solid acid catalysts in a solvent-free system. Scope of the

reaction for substituted ethers", Org. Biomol. Chem., 1, 1560-1564.

[37] Song, C.E., Shim, W.H., Roh, E.J. (2000), "Scandium(III) triflate

immobilised in ionic liquids: a novel and recyclable catalytic system for Friedel-

Crafts alkylation of aromatic compounds with alkenes", Chem. Commun., 1695-

1696.

[38] The Merck Index on CD-ROM, Version 12:3, Merck & Co. Inc, Pulished

on CD by Chapman & Hall/CRC Press, 2002.

[39] Veverkova, E., Meciarova, M. (2002), "Microwave assisted acylation of

methoxyarenes catalyzed by EPZG catalyst", Green Chemistry, 4, 361-365.

[40] Wasserscheid, P., Welton, T. (2008), Ionic Liquids in Synthesis, Second

Edition, Wiley-VCH, Weinheim.[41] Xin-hua, Y., Min, C., Qi-xun, D., Xiao-nong, C. (2009), "Friedel-Crafts

acylation of anthracene with oxalyl chloride catalyzed by ionic liquid of

[bmim]Cl/AlCl3", Chem. Eng. J., 146, 266-269.

[42] Yadav, J.S., Reddy, B.V.S, Reddy, J.S.S. (2002), "Dy(OTf)3-immobilized

in ionic liquids: a novel and recyclable reaction media for the synthesis of 2,3-

unsaturated glycopyranosides", J. Chem. Soc.(Perkin Trans. 1), 2390-2394.




PHỤ LỤC GC-MS1




PHỤ LỤC GC-MS2

PHỤ LỤC GC-MS3




PHỤ LỤC GS-MS4




PHỤ LỤC GC-MS5

PHỤ LỤC GC-MS6




PHỤ LỤC GC-MS9




PHỤ LỤC GC-MS10

PHỤ LỤC GC-MS11




PHỤ LỤC GC-MS12




PHỤ LỤC GC-MS13




PHỤ LỤC GC-MS14




PHỤ LỤC GC-MS15




PHỤ LỤC GC-MS16




PHỤ LỤC GC-MS17




PHỤ LUC GC-MS18




PHỤ LỤC NMR1




PHỤ LỤC NMR2




PHỤ LỤC NMR3




PHỤ LỤC NMR4




PHỤ LỤC NMR5




PHỤ LỤC NMR 6




PHỤ LỤC NMR7




PHỤ LỤC NMR8




PHỤ LỤC NMR9




PHỤ

LỤ

C NMR10




PHỤ LỤC NMR11




PHỤ LỤC NMR12




PHỤ LỤC NMR13




PHỤ LỤC NMR14




PHỤ

LỤ

C NMR15




PHỤ LỤC 3.1.1




PHỤ LỤC 3.1.2




PHỤ LỤC 3.1.3




PHỤ LỤC 3.1.4




PHỤ LỤC 3.1.5




PHỤ LỤC 3.1.6




PHỤ LỤC 3.2.1




PHỤ LỤC 3.2.2




PHỤ LỤC 3.2.3




PHỤ LỤC 3.2.4




PHỤ LỤC 3.3.1




PHỤ LỤC 3.3.2




PHỤ LỤC 3.3.3




PHỤ LỤC 3.3.4




PHỤ LỤC 3.3.5




PHỤ LỤC 3.3.6




PHỤ LỤC 3.3.7




PHỤ LỤC 3.3.9




PHỤ LỤC 3.3.10




PHỤ LỤC 3.3.11




PHỤ LỤC 3.3.12




PHỤ LỤC 3.3.13




PHỤ LỤC 3.3.14




PHỤ LỤC 3.3.16




PHỤ LỤC 3.3.17




PHỤ LỤC 3.3.18




PHỤ LỤC 3.3.19




PHỤ LỤC 3.3.20




PHỤ LỤC 3.3.21




PHỤ LỤC 3.3.22




PHỤ LỤC 3.3.23




PHỤ LỤC 3.3.24




PHỤ LỤC 3.4.1




PHỤ LỤC 3.4.3




PHỤ LỤC 3.4.4




PHỤ LỤC 3.4.5




PHỤ LỤC 3.4.6




PHỤ LỤC 3.4.7




PHỤ LỤC 3.4.8




PHỤ LỤC 3.5.1




PHỤ LỤC 3.5.2




PHỤ LỤC 3.5.3




PHỤ LỤC 3.5.4




PHỤ LỤC 3.5.5




PHỤ LỤC 3.5.6




PHỤ LỤC 3.5.7




PHỤ LỤC 3.5.8




PHỤ LỤC 3.6.1




PHỤ LỤC 3.6.2




PHỤ LỤC 3.6.3




PHỤ LỤC 3.6.4




PHỤ LỤC 3.6.5




PHỤ LỤC 3.6.6




PHỤ LỤC 3.6.7




PHỤ LỤC 3.6.8




PHỤ LỤC 3.7.1




PHỤ LỤC 3.7.2




PHỤ LỤC 3.7.3




PHỤ LỤC 3.7.4




PHỤ LỤC 3.7.5




PHỤ LỤC 3.7.6




PHỤ LỤC 3.7.7




PHỤ LỤC 3.7.8




PHỤ LỤC 3.8.1




PHỤ LỤC 3.8.2




PHỤ LỤC 3.8.3




PHỤ LỤC 3.8.4




PHỤ LỤC 3.8.5




PHỤ LỤC 3.8.6




PHỤ LỤC 3.8.7




PHỤ LỤC 3.8.8




PHỤ LỤC 3.9.1




PHỤ LỤC 3.9.2




PHỤ LỤC 3.9.3


thẠc sỸ nghiên cứu phản ứng acil hóa friededl-crafts sử dụng triflat bismuth trong...

Documents