Luận văn Tổng hợp các dẫn xuất của pichromene 1

trong phòng chống bệnh ung thư máu. Tephrosine, acronycine và calanone có tác dụng rất tốt trong ức chế các khối u ác tính. Robustic acid, rottlerin và warangalone có tác dụng ức chế protein kinase [5]. Do đó, việc tổng hợp 2H-chromene luôn được quan tâm và có một vị trí quan trọng trong hóa học hữu cơ. Mặc dù đã có hàng ngàn bài báo cáo về tổng hợp các hợp chất này nhưng vẫn chưa có một con đường chung tổng hợp chúng. Pichromene và dẫn xuất hiện nay được coi là những chất chống ung thư máu rất tốt. Vì vậy, việc tổng hợp chúng là rất cấp thiết trong việc giảm giá thành điều trị bệnh ung thư máu ở Việt Nam cũng như các quốc gia khác. Nghiên cứu của tôi cũng nhằm mục đích đưa ra một con đường tổng hợp chung 2H-chromene với có chứa các nhóm hút electron EWG (-NO2, -CHO) ở vị trí C3 bằng các xúc tác hữu cơ. - 20 - Chương 2 – THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu và phương pháp - Tất cả các chất phản ứng (benzaldehyde và dẫn xuất, salicylaldehyde và dẫn xuất, cinnamaldehyde, DABCO, TMG, D,L-pipecolinic acid, L-proline) đều được thu thập bởi Sigma Aldrich và sử dụng mà không phải tinh chế. - Các dung môi thường sử dụng (triethylamine, nitromethane, methanol, ethanol, n-hexane, ethyl acetate) đều được mua bên ngoài thị trường, làm khan và chưng cất lại để loại bỏ tạp chất. - Sắc ký lớp mỏng được thực hiện trên bản silica gel tráng sẵn DC-Alufolien 60 F254, dày 0,2 mm (Merck). Hiện màu các vệt bằng thuốc thử dung dịch vanilin/H2SO4 1%, Dragendoff-Munier và soi đèn tử ngoại ở bước sóng 254nm. Sắc ký cột (CC) được thực hiện dưới trọng lực của dung môi dưới áp suất khí quyển. Chất hấp phụ cho sắc ký cột là silica gel Merck các cỡ hạt, được nhồi theo phương pháp nhồi. - Nhiệt độ nóng chảy được đo bằng máy đo nhiệt Stuart SMP3 (Có sẵn tại phòng thí nghiệm Hữu cơ, khoa Hóa học) - Phổ khối lượng được ghi bởi thiết bị LTQ Orbitrap XL, của công ty Thermo Scientific (đo tại khoa Hóa học). - Phổ hồng ngoại được ghi bởi thiết bị GX-Perkin Elmer (Mỹ), 400 – 10000 cm- 1, KBr (tại khoa Hóa học). -1H NMR được ghi trên máy Brucker Avance 500. 13C NMR (với chương trình DEPT) được ghi trên máy Brucker Advance 500. TMS (tetrametyl silan) (1H NMR) hoặc tín hiệu của dung môi (13C NMR) là chất chuẩn nội. Độ chuyển dịch hoá học được biểu thị bằng ppm. - 21 - 2.2. Tổng hợp β-nitrostyrene 1a-e Phương pháp điều chế chung: Cốc đựng hỗn hợp benzaldehyde (10g, 95 mmol) và nitromethane (5.8g, 95 mmol) hòa tan bằng dung môi methanol được làm lạnh bằng cách ngâm đá. Dung dịch bão hòa NaOH (3,8g; 95 mmol) được rót chậm từ từ vào hỗn hợp, trong khi nhiệt độ được duy trì ổn định ở 10oC. Ngay lập tức hỗn hợp xuất hiện một chất sệt màu trắng. Sau khi rót hết dung dịch kiềm ta hòa tan chất sệt màu trắng trong 60 mL nước. Thêm 50mL dung dịch acid HCl 14%, ta thu được một chất kết tủa. Ta lọc thu lấy kết tủa bằng màng lọc và làm kết tinh bằng phương pháp dùng dung môi thích hợp. β-nitrostyrene (1a): Phản ứng xảy ra như trên. Làm kết tinh trong ethanol, hiệu suất 80%. Điểm nóng chảy: 80.2 – 82.5 oC 4-chloro-β-nitrostyrene (1b): Phản ứng tuân theo phương pháp điều chế chung. Kết tinh trong ethanol, hiệu suất 75%. Điểm nóng chảy: 115.6 – 117.8 oC 4-fluoro-β-nitrostyrene (1c): Phản ứng tuân theo phương pháp điều chế chung. Kết tinh trong ethanol, hiệu suất 80%. Điểm nóng chảy: 99.8 – 100.5 oC - 22 - 2-bromo-5-fluoro-β-nitrostyrene (1d): Phản ứng tuân theo phương pháp điều chế chung. Kết tinh trong ethanol, hiệu suất 40%. Điểm nóng chảy: 83.5 – 84.7 oC 3,4,5-trimethoxy-β-nitrostyrene (1e): Phản ứng tuân theo phương pháp điều chế chung. Kết tinh trong ethanol, hiệu suất 60%. Điểm nóng chảy 122.5 – 123.8 oC Kết quả tổng hợp được ghi trong bảng 1 và dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMRcủa tất cả dẫn xuất β-nitrostyrene được ghi trong bảng 2. 3.3. Tổng hợp 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene 3a-i Phương pháp chung: Hỗn hợp salicylaldehyde (0.3 g, 2.45 mmol, 1 eq) và β- nitrostyrene (0.44 g, 2.95 mmol, 1.2 eq) được hòa trong 2 mL dung môi toluene được đựng trong bình cầu 25mL, pipecolinic acid (64 mg, 0.49 mmol, 0.2 eq) được thêm vào vào hỗn hợp được đun hồi lưu trong 24 giờ đồng hồ cho đến khi salicylaldehyde biến mất (theo dõi bằng bản mỏng TLC). Toluene sau đó được lấy ra sử dụng phương pháp cô quay, còn chất cạn thì được lọc bởi ethyl acetate (30 mL), sau đó được rửa bằng HCl 10% và nước muối (làm hai lần). Chất cặn sau đó được làm khô bằng Na2SO4 và ethyl acetate được lấy ra. Ta làm sạch sản phẩm thô thu được sắc ký cột (ethyl acetate / n-Hexane) để thu được 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene tinh chất. - 23 - 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene (3a): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 70%. Nhiệt độ nóng chảy: 90.1 – 92.8oC 2-(4’-chlorophenyl)-8-ethoxy-3-nitro-2H-chromene (3b): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 70%. Nhiệt độ nóng chảy: 114.5 – 115.4oC 8-ethoxy-2-(4’-fluorophenyl)-3-nitro-2H-chromene (3c): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 3, hiệu suất 60%. Nhiệt độ nóng chảy: 118.4 – 120.0oC 2-(4’-chlorophenyl)-8-methoxy-3-nitro-2H-chromene (3d): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 74%. Nhiệt độ nóng chảy: 155.1 – 157.0oC - 24 - 2-(2’-bromo-5’-fluorophenyl)-8-methoxy-3-nitro-2H-chromene (3e): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 80%. Nhiệt độ nóng chảy: 160.7 – 162.3oC 2-(3’,4’,5’-trimethoxyphenyl)-8-methoxy-3-nitro-2H-chromene (3f): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 3, hiệu suất 53%. Nhiệt độ nóng chảy: 152.3 – 154.1oC 2-(2’-bromo-5’-fluorophenyl)-7-methoxy-3-nitro-2H-chromene (3g): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 80%. Nhiệt độ nóng chảy: 135.6 – 137.4oC 2-(4’-chlorophenyl)-7-methoxy-3-nitro-2H-chromene (3h): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 10, hiệu suất 65%. Nhiệt độ nóng chảy: 115.9 – 118.1oC - 25 - 6-bromo-2-(2’-bromo-5’-fluorophenyl)-3-nitro-2H-chromene (3i): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-Hexane = 1 / 25, hiệu suất 68%. Nhiệt độ nóng chảy: 140.9 – 143.2oC Kết quả tổng hợp được ghi trong Bảng 4. Phổ khối lượng và phổ cộng hưởng từ hạt nhân của tất cả dẫn xuất 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene được ghi trong Bảng 5. 3.4. Tổng hợp dẫn xuất của 2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde Phương pháp chung điều chế 4a-c: dung dịch hỗn hợp của 3- methoxysalicylaldehyde (80 mg, 0.53 mmol, 1eq) và cinnamaldehyde (70 mg, 0.53 mmol, 1eq) được hòa tan trong 0.5 mL dung môi toluene (có cho thêm 15 mg TMG). Dung dịch hỗn hợp sau đó được làm nóng đến 80oC và khuấy mạnh liên tục trong 48 giờ đồng hồ. Toluene trong dung dịch hỗn hợp được loại bỏ bằng phương pháp rotavap, hỗn hợp thô sau đó được tinh chế sử dụng sắc ký cột (ethyl acetate / n- hexane). 8-methoxy-2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde (4a): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-hexane = 1/20. Hiệu suất 50%. Nhiệt độ nóng chảy tại: 118.5 – 120.1oC 6-bromo-2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde (4b): - 26 - Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: gradient, n-hexane 100% (150 mL), ethyl acetate / n-hexane = 1% (150 mL), 2% (100 mL). Hiệu suất 50%. Nhiệt độ nóng chảy tại: 137.5 – 139.0oC 6,8-dibromo-2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde (4c): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: gradient, n-hexane 100% (150 mL), ethyl acetate / n-hexane = 1% (150 mL), 2% (100 mL). Hiệu suất 43%. Phương pháp chung điều chế 4d-f: hỗn hợp của 4-methoxy salicylaldehyde 4d (76 mg, 0.5 mmol, 1eq), cinnamaldehyde 2a (75.43 μL, 0.6mmol, 1.2 eq ), TMG (12.52 μL, 0.1mmol, 0.2 eq ) và 4-nitrobenzoic acid (16.7 mg, 0.1mmol, 0.2 eq) được khuấy mạnh ở nhiệt độ 800C trong 48 giờ trong 1 mL toluene dưới áp suất của nitơ. Sau 48 giờ, toluene bay hơi hết và còn lại hỗn hợp thô, ta làm sạch bằng sắc ký cột (ethyl acetate/ n-hexane) để thu được sản phẩm tinh khiết. 7-methoxy-2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde (4d): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-hexane= 1/8. Hiệu suất 45%. - 27 - 8-ethoxy-2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde (4e): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate /n-hexane= 1/8. Hiệu suất 65 %. 3-phenyl-3H-benzo[f]chromene-2-carbaldehyde (4f): Phản ứng tuân theo phương pháp chung. Sắc ký cột: ethyl acetate / n-hexane= 1/8. Hiệu suất 46 %. Kết quả tổng hợp và tính chất vật lý của các chất thu được được ghi trong Bảng 8. Phổ khối lượng và phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các dẫn xuất 3-phenyl-2H- chromene-3-carbaldehyde được ghi trong Bảng 9. - 28 - Chương 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene và dẫn xuất. 3.1.1. Sơ đồ điều chế 2H-chromene 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene được tổng hợp qua hai phản ứng (Sơ đồ 20). Phản ứng thứ nhất dựa trên phản ứng ngưng tụ của Henry, dùng benzaldehyde và nitromethane, với sự tham gia của β-nitrostyren. Phản ứng thứ hai là sự ngưng tụ salicylaldehyde và β-nitrostyrene có dùng các xúc tác hữu cơ. Sơ đồ 20. Sơ đồ chung tổng hợp 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene 2.1.2. Tổng hợp β-nitrostyrene và dẫn xuất Dựa trên phản ứng của Henry giữa benzaldehyde và nitromethane, ta tiến hành tổng hợp β-nitrostyrene bằng cách loại nước dưới sự có mặt của xúc tác base vô cơ trong môi trường acid. Dễ dàng nhìn thấy trong sơ đồ 21, carbanion (hình thành bởi tương tác giữa α- hydrogen của nitromethane và OH-) tấn công vào nhóm carbonyl cho ra 2-hydroxy-1- nitroethan. Sản phẩm sau đó được loại nước bởi HCl 14%,cho ta một kết tủa màu vàng. - 29 - Sơ đồ 21. Cơ chế phản ứng Henry Tiếp theo ta tiến hành ổng hợp β-nitrostyrene tinh khiết. Cấu trúc của dẫn xuất β-nitrostyrene được xác định bằng phổ IR và NMR. Phổ IR cho thấy hai dải hấp thụ mạnh ở gần 1512 cm-1 và 1341 cm-1 (nhóm-NO2), và không cho hấp thụ nào ở 1700 cm-1 (Bảng 1). Bảng 1. Tổng hợp β-nitrostyrene Hợp chất Công thức Khối lượng pt Hiệu suất mp (oC) IR νNO2 (cm-1) 1a 149.15 80% 80.2 – 82.5 1512, 1341 1b 183.59 75% 115.6 – 117.8 1494, 1342 1c 167.14 80% 99.8 – 100.5 1506, 1340 - 30 - 1d 246.03 40% 83.5 – 84.7 1520, 1346 1e 239.22 60% 122.5 – 123.8 1499, 1321 Phổ 1H-NMR cho thấy 2 đỉnh ở 8.00 ppm (hằng số tương tác 13.8 Hz), tương ứng với H của C liên kết với nhóm –NO. Bảng 2 cho ta thấy phổ NMR đầy đủ của các hợp chất này. Bảng 2. Dữ liệu phổ NMR của các dẫn xuất β-nitrostyrene Hợp chất 1H-NMRδ 13C-NMRδ 1a 8.05 (d, J=13.5Hz, 1H), 7.83 – 7.47 (m, 6H). 139.11, 137.13, 132.17, 130.07, 129.42, 129.17 1b 7.99(dd, J=13.8Hz and J=1.9 Hz, 1H), 7.59 (dd, J=13.8Hz and J=1.9Hz, 1H), 7.51– 7.41 (m, 4H) 138.34, 137.70, 137.45, 130.29, 129.78, 128.56 1c 8.01 (d, J=13.8Hz, 1H), 7.60 – 7.53 (m, 3H), 7.18 ppm (t, J=9Hz, 2H) 166.62, 163.24, 137.87, 136.84, 131.39, 116.92 1d 8.32 (d, J=13.7 Hz, 1H), 7.68 – 7.64 (dd, J=4.8Hz and J=3Hz, 1H), 7.52 (d, J=13.6 Hz, 1H), 7.30 (dd, J=8.9Hz and J=2.9Hz, 1H), 7.12 – 7.08 (m, 1H) 162.84, 160.85, 139.72, 136.49, 135.38, 132.02, 120.32, 115.33 1e 7.96 (d, J=13.6 Hz, 1H), 7.57 (d, J=13.6 Hz, 1H), 6.77 (s, 2H), 3.92 and 3.91 (s, 9H, CH3) 153.66, 140.38, 137.60, 135.10, 125.31, 107.63, 105.51, 57.24. - 31 - 3.1.3. Khảo sát xúc tác sử dụng trong phản ứng giữa salicylaldehyde và β-nitrostyrene Phản ứng trùng ngưng salicylaldehyde và β-nitrostyrene được chọn để tổng hợp 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene. Phản ứng được xúc tác bởi base hữu cơ hoặc vô cơ như K2CO3, triethylamine, DABCO, L-proline và pipecolinic acid (Hình 7). Hình 7. Các xúc tác sử dụng cho phản ứng trùng ngưng Với mỗi phản ứng, ta tiến hành thí nghiệm nhiều lần với điều kiện phản ứng khác nhau (tỉ lệ phản ứng, thời gian phản ứng, nhiệt độ và dung môi). Đối với xúc tác K2CO3 thì không có ảnh hưởng gì đến phản ứng vì (thí nghiệm số 1 và 2) K2CO3 không tan trong dung môi hữu cơ. Không có sản phẩm nào được tạo thành khi sử dụng K2CO3. Triethylamine (thí nghiệm 3) được thử để làm chất xúc tác và sản phẩm được phân lập. Tuy nhiên, hiệu suất rất là thấp so với các công bố trước đó (Bảng 3). Bảng 3. Khảo sát xúc tác sử dụng trong phản ứng salicylaldehyde và β- nitrostyrene Lần TN Tỉ lệ (2a:1a) Xúc tác Dung môi Nhiệt độ Thời gian Hiệu suất 1 1:1 K2CO3 (1eq) Dioxane Hồi lưu 2h Không 2 1:1 K2CO3 (1eq) DMF Phòng 12h Không - 32 - 3 1:1 Et3N Et3N Hồi lưu 0.5h 20% 4 1:1 DABCO (1eq) none 40oC 1.5h 40% 5 4:1 DABCO (1eq) none 40oC 1.5h 90% 6 1:1.2 L-proline (20%) toluene Hồi lưu 24h 60% 7 1:1.2 pipecolinic acid (20%) toluene Hồi lưu 8h 30% 8 1:1.2 pipecolinic acid (20%) toluene Hồi lưu 24h 70% Sử dụng DABCO (thí nghiệm số 4 và 5) làm chất xúc tác cũng cho kết quả rất khả quan. Hiệu suất của dung môi salicylaldehyde và β-nitrostyrene trong sự có mặt của DABCO đã tăng cao đáng kể, từ 40% (tỉ lệ chất phản ứng 1:1, 40oC, 0.5 h) lên 90% (tỉ lệ chất phản ứng 4:1, 40oC, 1.5 h). Nhược điểm của xúc tác loại này là tỉ lệ chất phản ứng cao và khó khuấy đều và làm nóng do tính chất tan. Gần đây, những dẫn xuất mới của pyrollidine và piperidine đã được nghiên cứu để làm chất xúc tác cho phản ứngtrùng ngưng giữa salicylaldehyde và β-nitrostyrene [12]. Trong nghiên cứu này, amino acid L-proline (thí nghiệm số 6) và D,L-pipecolinic acid (thí nghiệm số 7 và 8) được sử dụng. Kết quả thí nghiệm cho thấy phản ứng đạt hiệu suất cao với cả hai loại amino acid (dung môi toluene, hồi lưu, 24 h). Với kết quả đạt được, chúng tôi đề xuất phản ứng tổng hợp 3-nitro-2phenyl-2H- chromene bằng việc sử dụng D,L-pipecolinic acid (20 mol%) làm xúc tác, dung môi toluene (hồi lưu, 24 h). 3.1.4. Dữ liệu phổ của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene Cấu trúc của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene được xác định bởi các phương pháp phổ hiện đại. Giống như β-nitrostyrene, phổ IR của 3-nitro-2-phenyl-2H- chromene cho ta dải hấp thụ mạnh ở 1510 cm-1 và 1326 cm-1 (-NO2). Hơn nữa, phổ cũng cho ta thấy sự hấp thụ trung bình ở 1217 cm-1và 1069 cm-1 tương ứng với liên kết - 33 - C-O-C. Phổ khối lượng (ESI, phần 6, phụ lục), cho thấy đỉnh của ion phân tử M.- (m/z = 252.96) rõ hơn đỉnh của [M-H].-. Ta có thể giải thích rằng hợp chất dễ dàng nhận một electron để thành ion âm hơn là mất đi proton. Đỉnh ở m/z = 207.12 tương ứng với ion được tạo thành do mất nhóm nitro ở ion phân tử. Kết quả này cũng tương ứng với các dữ liệu phổ khối lượng về các hợp chất chứa nhóm nitro. Phổ 1H-NMR của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene (phụ lục, phần 6) cho ta hai đỉnh singlet ở 8.07 và 6.60 ppm tương ứng với H của liên kết đôi (H4) và H của C bậc ba (H2). 13C-NMR của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene cho đỉnh đặc trưng ở 74.27 ppm, tương ứng với C bậc ba ( vị trí 2). 3.1.5. Cơ chế đề xuất cho phản ứng trùng ngưng của salicylaldehyde và β-nitrostyrene dưới xúc tác hữu cơ. Như đã miêu tả trong hình 8, phản ứng tuân theo cơ chế oxa-Michael. Dẫn xuất của Salicylaldehyde phản ứng với D,L-pipecolinic acid, mất đi một phân tử nước, tạo thành các dẫn xuất iminium của salicylaldehyde. Cặp electron tự do ở nguyên tử oxy của dẫn xuất iminium này sau đó tấn công vào liên kết đôi của phân tử β-nitrostyrene, liên hợp với cặp electron π của nguyên tử C. Sau cùng, sản phẩm trung gian tiếp tục phản ứng khử để thu được 2H-chromene và thu hồi D,L-pipecolinic acid. - 34 - Hình 8. Cơ chế phản ứng oxa-Michael 2.1.6. Tổng hợp một vài dẫn xuất 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene Sử dụng điều kiện phản ứng như trên (D,L-pipecolinic 20% mol, toluene, hồi lưu), vài dẫn xuất của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene đã được tổng hợp với hiệu suất tương đối tốt. Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất salicylaldehyde ban đầu được biểu diễn ở hình 9. Hình 9. Cấu trúc hóa học một vài dẫn xuất salicylaldehyde Kết quả thí nghiệm tổng hợp dẫn xuất 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene được thống kê ở bảng 4, bao gồm cả khối lượng phân tử, nhiệt độ nóng chảy, hiệu suất cũng như phổ IR. Phổ 1H-NMR của dẫn xuất 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene cho ta hai đỉnh singlet ở gần 8 ppm and 6.5 ppm.Phổ 13C-NMR cho một đỉnh đặc trưng ở 74 ppm, tương ứng với C bậc ba C2. Phổ MS và NMR được biểu diễn ở bảng 5. Bảng 4. Tổng hợp 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene Hợp chất Công thức hóa học Khối lượng phân tử Hiệu suất mp (oC) IR νNO2 (cm-1) 3a 253.25 70% 90.1 – 92.8 1510, 1326 - 35 - 3b 331.75 70% 114.5 – 115.4 3c 315.30 60% 118.4 – 120.0 1504, 1318 3d 317.72 74% 155.1 – 157.0 1506, 1319 3e 380.17 80% 160.7 – 162.3 3f 373.36 53% 152.3 – 154.1 1481, 1322 3g 380.17 74% 135.6 – 137.4 1497, 1305 3h 317.72 65% 115.9 – 118.1 1495, 1304 3i 429.04 68% 140.9 – 143.2 Bảng 5. Phổ NMR cho các dẫn xuất của 3-nitro-2-phenyl-2H-chromene 1H-NMR 13C-NMR δ 3a 8.07 (s, 1H), 7.41–7.31 (m, 7H), 7.05– 6.99 (m, 1H), 6.88–6.86 (m, 1H), 6.60 ppm (s, 1H) 153.56, 141.19, 136.79, 134.31, 130.44, 129.48, 129.28, 128.85, 127.03, 122.54, 117.94, 117.29, - 36 - 74.24 3b 8.03 (s, 1H), 7.34–7.25 (m, 4H), 6.96– 6.85 (m, 3H), 6.63 ppm (s, 1H), 4.08– 3.97 (m, 2H), 1.40 (t, J=7.2Hz, 3H) 147.98, 142.89, 141.11, 135.25, 129.61, 128.94, 128.25, 122.68, 118.89, 118.59, 73.16, 65.01, 14.71 3c 8.03 (s, 1H), 7.39–7.35 (m, 2H), 6.99– 6.92 (m, 5H), 6.64 (s, 1H), 4.04–3.99 (q, J=6.9Hz, 2H), 1.36 (t, J=6.9Hz, 3H) 164.15, 162.18, 147.94, 142.92, 141.27, 132.58, 129.42, 128.81, 122.55, 122.19, 118.87, 115.75, 73.20, 65.05, 14.66 3d 8.04 (s, 1H), 7.35–7.28 (m, 4H), 6.98– 6.93 (m, 3H), 6.63 (s, 1H), 3.83 (s, 3H) 148.61, 142.37, 141.02, 135.36, 135.10, 129.43, 129.00, 128.30, 122.66, 122.07, 118.56, 116.75, 73.41, 56.26 3e 8.16 (s, 1H), 7.66–7.62 (dd, J=8.7Hz and J=5.2Hz,1H), 7.03–6.93 (m, 6H), 3.77 ppm (s, 3H, CH3) 163.13, 160.66, 148.80, 142.19, 139.91, 136.64, 135.17, 130.50, 122.81, 122.28, 118.43, 118.23, 117.97, 115.67, 72.86, 56.58 3f 8.05 (s, 1H), 6.98–6.95 (m, 3H), 6.62 (s, 3H), 3.86 (s, 3H, CH3), 3.80 (s, 3H, CH3), 3.77 (s, 6H, CH3) 153.30, 146.62, 141.49, 138.75, 132.00, 129.20, 122.60, 121.96, 118.83, 116.57, 103.95, 74.02, 60.74, 56.23, 56.03 3g 8.17 (s, 1H), 7.66 (dd, J = 8Hz and J = 4Hz, 1H), 7.30 (s, 1H), 6.97 (m, 3H), 6.61 (td, J=8Hz and J=4Hz, 1H), 6.38 (s, 1H), 3.79 (s, 3H, CH3). 165.42, 163.23, 160.76, 154.90, 137.02, 135.18, 131.81, 130.94, 118.36, 118.13, 115.62, 115.38, 110.34, 102.31, 73.06, 55.69 3h 8.04 (s, 1H), 7.29 – 7.22 (m, 5H), 6.58 (dd, J=8.5Hz and J=2.4Hz, 1H), 6.52 (s, 1H), 6.38 (d, J=2.7Hz, 1H), 3.78 (s, 165.23, 155.32, 137.94, 135.51 135.32, 131.79, 129.96, 129.04, 128.41, 110.92, 109.95, 102.24, - 37 - 3H, CH3) 73.73, 55.65 3i 8.09 (s, 1H), 7.68 (dd, J=8.8Hz and J=5.4Hz, 1H), 7.51 (d, J=2.4Hz, 1H), 7.44 (dd, J=8.7Hz and J=2.3Hz, 1H) 7.00 – 6.95 (m, 2H), 6.88 (dd, J=8.8Hz and J=2.9Hz), 6.77 (d, J=8.8Hz, 1H) 163.19, 160.72, 151.75, 137.08, 136.26, 135.39, 132.47, 129.00, 119.20, 118.68, 118.47, 115.57, 115.33, 114.92, 72.98 3.2. Tổng hợp dẫn xuất của 2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde 3.2.1. Khảo sát xúc tác dùng trong phản ứng tổng hợp 2H-chromene-3-carbaldehyde 2H-chromene-3-carbaldehyde được tổng hợp bởi phản ứng trùng ngưng giữa salicylaldehyde và cinnamaldehyde trong sự có mặt của base hữu cơ. Các chất xúc tác khác nhau đã được thử và cho ta kết quả ở bảng 6. Bảng 6. Các xúc tác dùng cho phản ứng giữa 3-methoxysalicylaldehyde và cinnamaldehyde Thí nghiệm Tỉ lệ Xúc tác Dung môi Nhiệt độ Thời gian Hiệu suất 1 1 : 1 DABCO (1eq) không 80oC 24h không 2 1 : 1 L-Proline (20%) Toluene 80oC 48h không 3 1 : 1 Pipecolinic acid (20%) Toluene 80oC 48h 10% 4 1 : 1 TMG (20%) Toluene 80oC 48h 50% - 38 - Chất xúc tác phải làm tăng hiệu suất phản ứng nhưng không được tham gia vào phản ứng giữa salicylaldehyde và β-nitrostyrene. Nhìn vào bảng ta có thể thấy xúc tác DABCO và L-Proline không cho ra sản phẩm, trong khi xúc tác D,L-Pipecolinic acid cho hiệu suất rất thấp. Tiến hành phản ứng với xúc tác là một base mạnh là 1,1,3,3-tetramethyl guanidine (TMG) phản ứng xảy ra tốt với hiệu suất chấp nhận được ( xấp xỉ 50%). Với kết quả này, tôi tin là xúc tác TMG (20%, toluene, 80oC, 48h) là thích hợp nhất cho phản ứng giữa 3-methoxysalicylaldehyde và cinnamaldehyde. Những nghiên cứu gần đây dựa trên sự tổng hợp benzopyran, những xúc tác bằng acid cũng đóng một vai trò quan trọng làm tăng tốc độ phản ứng cũng như là tính chọn lọc cấu hình. Người ta đã chứng minh rằng xúc tác acid hoàn toàn ảnh hưởng đến phản ứng, đối với xúc tác acid mạnh thì không có phản ứng, còn đối với acid yếu như benzoic lại có ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của dẫn xuất iminium. Do đó, xúc tác 4-nitrobenzoic acid đã được chọn để làm tăng hiệu suất phản ứng điều chế 2H- chromene-3-carbaldehyde. Bảng 7. Khảo sát dung môi có sử dụng đồng xúc tác 4-nitrobenzoic acid Thí nghiệm Tỉ lệ Dung môi Nhiệt độ(0C) Thời gian Hiệu suất 1 1:1 DMF Rt 24 Không 2 1:1 DCM Rt 24 Không 3 1:1 Et2O Rt 48 Không 4 1:1 DCM Rt 72 5* 1:1 toluene 80 48 Không - 39 - 6 1:1 toluene 80 24 Không 7 2:1 toluene 80 48 65 *: sử dụng TMG thay vì xúc tác acid Như trên bảng ta thấy điều kiện tối ưu để tổng hợp các dẫn xuất của 2- phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde bằng phản ứng giữa salicylaldehyde và cinnamaldehyde là TMG 20 mol%, 4-nitrobenzoic acid 20 mol% trong toluene ở 800C trong 48 giờ Hơn nữa, việc thay đổi tỉ lệ chất phản ứng từ 1:1 sang 2:1 đã có tác động hiệu quả trong việc cải thiện hiệu suất. Nó không chỉ tăng hiệu suất, giảm lượng sản phẩm phụ mà còn làm việc tinh chế đơn giản hơn (thực hiện lại phản ứng đối với 5- bromosalicylaldehye 3b cho hiệu suất 57% thay vì 45% đối với phản ứng chỉ sử dụng xúc tác TMG). 3.2.2. Tổng hợp các dẫn xuất của 3-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde sử dụng xúc tác 1,1,3,3-tetramethyl guanidine (TMG) Các dẫn xuất từ 4a đến 4f, được tổng hợp dưới điều kiện chuẩn (TMG 20 mol%, toluene, 80oC, 48h) cho ta hiệu suất trung bình (bảng 8), dữ liệu phổ được biểu diễn ở bảng 9. Bảng 8. Tổng hợp dẫn xuất của 3-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde - 40 - Hợp chất Tỉ lệ Thời gian Công thức hóa học Khối lượng phân tử Hiệu suất 4a 1:1 48h 266.29 50% 4b 1:1 48h 315.16 45% 4c 1:1 48h 394.06 43% 4d 1:1 72h 266.29 không 4e 1:1 72h 280.32 không 4f 1:1 72h 286.32 không Cơ chế của phản ứng cũng tuân theo phản ứng ngưng tụ oxa-Michael. Đầu tiên, xúc tác TMG sẽ được hoạt hóa bởi tác nhân Michael, một cặp electron không liên kết của nguyên tử N trong TMG sẽ tấn công vào nhóm carbonyl của cinnamaldehyde để tạo thành dẫn xuất iminium. Dẫn xuất iminium sẽ kết hợp với salicylaldehyde bằng cách đóng góp một cặp electron chưa liên kết của nguyên tử O trong nhóm –OH và tạo thành enamine. Sau đó enamine sẽ tấn công vào nhóm aldehyde, tham gia phản ứng - 41 - thủy phân và loại nước, thu được 2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehydes và thu hồi lại TMG. Hình 10. Cơ chế phản ứng của phản ứng oxa-Michael/aldol Theo kết quả thu được trên bảng 8, có ba phản ứng của cinnamaldehyde và salicylaldehyde 3d-f với thời gian phản ứng dài (72h) là không có phản ứng. Sắc ký bản mỏng TLC được sử dụng chỉ cho ta thấy dấu hiệu của hai điểm của chất ban đầu. Hơn nữa quá trình tinh chế làm sạch sản phẩm bằng sắc ký cột là khá phức tạp, do đó chỉ có các phản ứng còn lại là có thể chấp nhận được. 3.2.3. Dữ liệu phổ của 2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde Cấu trúc của sản phẩm 4a được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại. Phổ IR cho ta một dải hấp thụ mạnh ở 1700 cm-1 (nhóm carbonyl) và trung bình ở 1220 cm-1và 1080 cm-1 (liên kết C-O-C). Phổ 1H-NMR cho ta ba đỉnh singlet ở 9.67 ppm, 7.40 ppm và 6.43 ppm, tương ứng với H ở nhóm cacbonyl, H ở liên kết đôi (H4) và H - 42 - ở cacbon bậc ba (H2). Phổ 13C-NMR của 4a có đỉnh ở 74.15 ppm, tương ứng với cacbon bậc ba (C2) (Phụ lục, phần 15) Bảng 9. Phổ khối lượng và NMR các dẫn xuất 2-phenyl-2H-chromene-3-carbaldehyde Chất 1H NMR (CDCl3): δ(ppm) 13C NMR (CDCl3): δ(ppm) 4a 9.67 (s, 1H, -CHO), 7.40 (s, 1H), 7.37–7.35 (m, 2H), 7.28–7.25 (m, 3H), 6.94–6.87 (m, 3H), 6.43 (s, 1H), 3.84 (s, 3H, -OCH3) 190.07, 148.53, 144.18, 140.80, 138.98, 134.03, 128.54, 128.48, 126.55, 121.52, 121.26, 120.76, 116.17, 74.14, 56.36 4b 9.65 (s, 1H, -CHO), 7.38–7.27 (m, 8H), 6.76 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 6.32 (s,1H) 189.67, 153.80, 138.98, 138.47, 136.00, 134.57, 131.39, 128.90, 128.65, 126.78, 12