Tổng hợp 2, 3 - Bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2, 3 - dichloroquinoxaline bằng phản ứng sonogashira sử dụng xúc tác nano pd (0)

điều chế hạt nano nhằm ngăn cản sự keo tụ hóa này. Trong một vài trường hợp, một số chất làm bền này cũng hấp phụ mạnh những hạt nano trên bề mặt làm mất hoạt tính của chúng[15] . Gần đây, xúc tác nano Pd được ứng dụng để nghiên cứu phản ứng Heck[22] , phản ứng Suzuki và phản ứng Sonogashira[25] . Hạt nano Pd trong dung dịch colloid cũng như trên các chất mang khác nhau như PVP, Fe3O4, PEG... được dùng làm xúc tác trên phản ứng Sonogashira. Nano Pd colloid được bền vững hóa trên chất mang PVP (poly(vinylpyrrolidone)) bằng cách đun nóng Pd(OAc)2 trong sự hiện diện của PVP với tác nhân khử là MeOH[26] hay khử H2PdCl2 trong sự hiện diện của PVP với tác nhân khử là EtOH. Kích thước của nano Pd/PVP bị ảnh hưởng nhiều bởi loại tác nhân khử và nồng độ tác nhân khử. Do đó, sự lựa chọn alcohol với nồng độ thích hợp là quan trọng trong việc điều khiển kích thước hạt nano Pd. PVP làm bền vững hóa hạt nano Pd ngăn cản sự keo tụ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 8 hóa. Năm 1986, H. Hirai và cộng sự[27] cho rằng nhóm carbonyl trên PVP tạo liên kết phối trí trên bề mặt nguyên tố Pd của hạt nano Pd. Đồng thời chuỗi mạch chính của PVP cũng được cho là hấp phụ nguyên tố Pd trên bề mặt bởi tương tác kỵ nước. Nano Pd cluster trên chất mang PEG được điều chế bằng cách đun nóng PdCl2 trong PEG[6] . Khả năng phản ứng của nano Pd/PEG tương tự như hầu hết các nano Pd colloid khác. Trong trường hợp này PEG đóng vai trò là chất khử, khử Pd(II) thành Pd(0), đồng thời cũng là chất mang làm bền hạt nano Pd(0). Hệ xúc tác nano Pd/PEG đã được sử dụng cho phản ứng Heck hiệu quả . Phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd có thể được thực hiện trong nhiều loại dung môi khác nhau như dung môi hữu cơ (DMF, EtOH, acetone,...), nước, hay chất lỏng ion. Chu trình xúc tác nano Pd(0) trong phản ứng Sonogashira[7] được trình bày theo sơ đồ sau: HPh + Cl R Pd R XPh PdCl R X base base -H+ Ph R +X X + RCl RCl X + Cl Pd - cluster khö t¸ch céng oxi hãa chuyÓn kim lo¹i céng oxi hãa dung m«i dung m«i B A Pd(0) nguyªn tö recluster sau ph¶n øng Pd(II) leaching Pd(0) leaching X: Cl, NO3, OAc Sơ đồ 4 Chu trình xúc tác nano Pd - cluster trong phản ứng Sonogashira KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 9 − Con đường A liên quan đến việc gạn lọc Pd(0) (Pd(0) leaching) từ các vị trí khiếm khuyết trên các cluster rồi sau đó được ổn định bởi các anion phối hợp và các dung môi để tạo thành một phức đồng thể của Pd(0). Tiếp theo là sự cộng oxi hóa của alkyl chloride (RCl) vào phức Pd(0) cho phức Pd(II), tham gia vào chu trình xúc tác. − Con đường B, đầu tiên alkyl chloride (RCl) tấn công vào một vị trí khiếm khuyết trên các cluster của Pd, giải phóng phức Pd(II) vào trong dung dịch, tham gia vào chu trình xúc tác. Sự tấn công ái nhân của phenylacetylene trên phức alkyl-Pd(II)-Cl(dung môi)X diễn ra đồng thời với quá trình deproton hóa của phenylacetylene. Cuối cùng, dung dịch của Pd có thể tạo cluster mới trở lại (re-cluster) nhưng các hạt nhỏ hơn sau khi qua bước khử tách. Cơ chế này là phù hợp với kết quả thu được từ phân tích TEM và nghiên cứu động học[7] . 1.3 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ 2,3-DICHLOROQUINOXALINE (DCQ) o Công thức cấu tạo o Khối lượng phân tử 199,04 g/mol o 2,3-dichloroquinoxaline là một dihalide của quinoxaline, chất này ở dạng bột mịn màu vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy là 1520C (ghi trên nhãn lọ hóa chất). 1.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHENYL ACETYLENE o Công thức cấu tạo N N 22,,33--ddiicchhlloorrooquuiinnooxxaalliinnee Cll Cll KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 10 Phenyl acetylene o Khối lượng phân tử: 102,133 g/mol o Khối lượng riêng : 0,93 g/ml o Phenyl acetylene là một hydrocarbon thuộc hợp chất alkyne có chứa nhóm phenyl. Phenyl acetylene tồn tại ở thể lỏng không màu và nhớt. Trong nghiên cứu đôi khi người ta sử dụng phenyl acetylene như acetylene. Qui trình tổng hợp phenyl acetylene:Trong phòng thí nghiệm phenyl acetylene có thể được điều chế bằng cách tách hydrobromide từ dibromide styrene với xúc tác là NaNH2 (amide natri) trong amoniac. Ngoài ra cũng có thể điều chế phenyl acetylene bằng cách tách hydro bromide từ bromostyrene với xúc tác là KOH nóng chảy. Sơ đồ 5 tổng hợp phenyl acetylene 1.5 GIỚI THIỆU VỀ SIÊU ÂM 1.5.1 Định nghĩa siêu âm Siêu âm là âm thanh có tần số nằm ngoài ngưỡng nghe của con người (16 Hz - 18 kHz). Sóng siêu âm ứng dụng trong lĩnh vực hóa học cũng như trong công nghệ tẩy rửa hóa chất, thường là vùng có tần số khoảng (20-100 KHz)[28] . Công dụng của siêu âm trong dãy tần số cao được chia làm hai vùng[28] : - Vùng thứ nhất (2-10 MHz): sóng siêu âm có năng lượng thấp, tần số cao. Nó được sử dụng trong y khoa, phân tích hóa học và nghiên cứu hiện tượng thư giãn. Brr Brr NaaNH2 NH3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 11 - Vùng thứ hai (20-100 KHz): sóng siêu âm có năng lượng cao, tần số thấp. Nó được sử dụng trong việc rửa, hàn plastic và ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học. Hình 1 Tần số sóng âm Nếu trong môi trường có nước, dưới tác dụng của siêu âm nước sẽ bị phân giải thành các gốc tự do. H2O → H• + OH• OH• + OH• → H2O2 OH• + OH• → H2O + O• OH• + OH• → H2 + O2 H• + O2 → HO2• OH• + H2O → H2O2 + H• Các gốc tự do này sẽ oxide hóa hoặc hoàn nguyên các chất có trong môi trường và kết quả là phát quang với độ dài sóng thuộc vùng khả kiến. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 12 1.5.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp Nó cung cấp một hình thức năng lượng để thúc đẩy phản ứng hóa học khác với các hình thức trước đây như nhiệt, ánh sáng và áp suất. Siêu âm ảnh hưởng lên các phản ứng thông qua sự tạo bọt. Bọt khí được hình thành trong suốt chu kỳ sóng khi chất lỏng bị tách ra thành từng phần để hình thành những bọt nhỏ và bị vỡ trong chu kỳ nén kế tiếp. Sự vỡ bọt khí sẽ tạo ra áp suất khoảng hàng trăm atm và nhiệt độ khoảng hàng ngàn độ. Hình 2 Quá trình phát triển của bọt khí 1.5.3 Thiết bị siêu âm Thiết bị siêu âm chủ yếu được sử dụng là thanh siêu âm (20 kHz) Hình 3 Thanh siêu âm KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 13 Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu âm được làm bằng hợp kim titanium. Năng lượng siêu âm được phát ra từ thanh và được tạo ra bởi sự tạo rung của chóp thanh. Thông thường, thanh siêu âm chỉ có một tần số 20 kHz nhưng trong một vài thiết bị hiện đại đã cho phép việc lựa chọn tần số. Loại thanh này có sự tập trung năng lượng cao, gọn, có thể điều chỉnh những tần số khác nhau nhưng có thể làm nhiễm bẩn chất lỏng vì chóp thanh bị gỉ sau một thời gian sử dụng[28] . 1.5.4 Ưu nhược điểm của siêu âm 1.5.4.1 Ưu điểm của siêu âm − Phản ứng được gia tốc mà không cần tác chất khác đưa vào. − Sản phẩm thu được không lẫn tạp chất. − Sử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn phản ứng vẫn xảy ra. − Có thể giảm bớt các bước phản ứng trung gian. Trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, siêu âm có những đóng góp đáng chú ý: xáo trộn rất tốt hỗn hợp phản ứng, làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử các chất đạt đến mức tối đa giữa các pha khí - khí, khí - lỏng (phản ứng ozone hóa), lỏng - lỏng (phản ứng ester hóa), lỏng - rắn (phản ứng Grignard) mà các phương tiện khác như khuấy cơ, khuấy từ, không tốt hơn được. Từ đó, siêu âm giúp làm gia tăng tốc độ của hầu hết các phản ứng hữu cơ[28] . 1.5.4.2 Nhược điểm của siêu âm Bồn siêu âm chỉ có một tần số cố định, đôi khi không kiểm soát được nhiệt độ (khi siêu âm trong thời gian dài), không thực hiện được ở nhiệt độ thấp. 1.6 NHỮNG NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY 1.6.1 Ngoài nước Trong thời gian gần đây xúc tác nano Pd(0) trên các chất mang khác nhau được nghiên cứu và ứng dụng nhiều vào phản ứng Sonogashira. Tuy nhiên, chúng tôi chỉ trình bày một số công trình được xem là đáng chú ý liên quan đến đề tài. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 14 1.6.1.2 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP Năm 2005, Lei Wang và cộng sự[25] đã tiến hành ghép các aryl halide với các alkyne đầu mạch bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP cho hiệu quả tốt (96%) và 90% khi sử dụng xúc tác Pd(OAc)2/n-Bu4NBr (xúc tác Jeffery). Phản ứng Sonogashira được thực hiện mà không có sự hiện diện của CuX, amine và PPh3 trong phản ứng. Tác giả đã chỉ ra rằng các hạt nano Pd(0) trên chất mang PVP (kích thước hạt 7 nm) được tìm thấy trong vùng từ 0,5-5,0 %mol khi sử dụng 1 %mol xúc tác nano Pd(0)/PVP thì phản ứng cho hiệu suất cao nhất 95%. R1 X HR Pd(0)/PVP-K2CO3-EtOH R1 R+ X: F, Br R: CH3, C6H5 R1: CH3, CF3, NO2, CN Sơ đồ 6 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP Tác giả đã khảo sát hàng loạt các yếu tố khác như dung môi và base để tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng. Vì tính chất phân cực của PVP, phản ứng được thực hiện trong dung môi MeOH và EtOH đem lại hiệu quả cao nhất. DMSO và DMF cũng được sử dụng nhưng phản ứng xảy ra chậm hơn, và không có sản phẩm ghép cặp mong muốn khi sử dụng toluene, dichloromethane, THF và acetonitrile. Phản ứng được tiến hành với nhiều loại base khác nhau, K2CO3 là base tốt nhất trong trường hợp này. Những base khác như KOAc, KF và K3PO4 về căn bản là kém hiệu quả hơn. Khi dùng KOH thì sản phẩm chỉ thu được ở dạng vết. Với triethylamine, piperidine và dibenzylamine phản ứng có xảy ra nhưng hiệu suất thấp. Ngoài tính hiệu quả, đơn giản và dễ thực hiện của phản ứng, xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PVP có thể thu hồi và tái dụng sau 8 lần phản ứng mà không bị mất hoạt tính. 1.6.1.2 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) dưới điều kiện siêu âm KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 15 X HR2 CH3COCH3 hay [bbim]BF4 R2+R1 R1TEA, PdCl2, 30OC, siêu âm R1 = H, CH3, NO2, CHO R2 = aryl, cyclohexyl X = I, Br Sơ đồ 7 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) dưới điều kiện siêu âm Khác với L. Wang, K. V. Srinivasan và cộng sự [37] đã tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0) trong dung môi acetone và chất lỏng ion ([bbim]BF4, 1,3-di-n-butylimidazolium tetrafluoroborate) cho hiệu quả cao (65-93%). Phản ứng dưới sự hỗ trợ của siêu âm đã diễn ra êm dịu ở nhiệt độ phòng. Thậm chí có sự hiện diện xúc tác của muối CuX và PPh3. Khi thực hiện phản ứng trong dung môi acetone kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 3-8 nm và phản ứng chuyển hóa tốt từ 15-90 phút. Còn khi thực hiện phản ứng trong chất lỏng ion kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 10-20 nm và phản ứng chuyển hóa từ 2-3 giờ. Trong dung môi acetone, việc thu hồi và tái sử dụng lại các hạt nano palladium là rất khó khăn. Tuy nhiên, trong môi trường chất lỏng ion [bbim]BF4, xúc tác nano Pd(0) có thể tái sử dụng 5 lần mà không bị giảm hoạt tính. Sản phẩm ghép cặp Glaser chỉ thu được ở dạng vết đối với iodobenzene, và từ 6-7% đối với bromobenzene. Đồng thời tác giả cũng chỉ ra rằng dưới sự hỗ trợ của siêu âm, phản ứng diễn ra nhanh hơn. Siêu âm không chỉ tạo ra những hạt nano Pd(0) là xúc tác hoạt tính cho phản ứng mà còn làm tăng hoạt tính của những xúc tác này trong chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira. Đây là cơ sở để chúng tôi ứng dụng kỹ thuật siêu âm vào sơ đồ tổng hợp. 1.6.1.3 Tổng hợp dẫn xuất 1-cyano-4-phenylethynylbenzene bằng xúc tác nano Pd(0) Trong công trình nghiên cứu của B. Thathagar và cộng sự[7], hạt nano Pd(0) - cluster được tổng hợp từ Pd(NO3)2 với tetraoctylammonium glycolate trong DMF. Sau đó, chúng được dùng làm xúc tác cho phản ứng giữa phenylacetylene và 4-bromobenzonitrile KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 16 trong dung môi DMF, base được sử dụng là tetrabutylammonium acetate (TBBA). Hạt nano Pd(0) được tạo ra ở dạng đám (cluster) có hoạt tính tương tự như phức Pd(dba)2 đồng thể. CNHPh + Br CNPhxt Pd Bu4NOAc, 50oC hay Sơ đồ 8 Tổng hợp 1-cyano-4-phenylethynylbenzene bằng xúc tác nano Pd(0) 1.6.1.4 Tổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim loại chuyển tiếp Pd Năm 2003, Leadbeater và cộng sự[29] đã tổng hợp dẫn xuất aryl alkyne bằng phản ứng Sonogashira mà không có sự hiện diện của xúc tác kim loại chuyển tiếp Pd. Phản ứng được thực hiện trong môi trường nước dưới điều kiện vi sóng. NaOH đóng vai trò base, và PVP được sử dụng như là một chất xúc tác chuyển pha. Tuy nhiên phản ứng bị giới hạn chỉ dùng cho aryl iodide và alkyne đầu mạch có chứa vòng thơm. R1 X HR R1 R+ X: Br, I R: Ph, C4H9 R1: H, CH3, COMe, NO2 PEG, NaOH H2O, vi sãng Sơ đồ 9 Tổng hợp aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim loại chuyển tiếp Pd 1.6.2 Trong nước Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác là phức Pd(0) Năm 2011, trong công trình nghiên cứu của Nguyễn Thanh Quyên[33], sinh viên trường ĐH Sư Phạm TP HCM, tác giả đã tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline từ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 17 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ là siêu âm, với xúc tác phức Pd(0) có sự hiện diện của muối CuI trong dung môi DMF xảy ra ở nhiệt độ phòng, trong điều kiện không có không khí, (C2H5)3N (triethylamine) được sử dụng như một base. Độ chuyển hóa đạt 65,71%. N N Cl Cl HC C N N C C C C + Pd2(dba)3 CuI PPh3 2,3-dichloquinoxaline phenyl acetylene (C2H5)3N, N2,DMF DAPQ + 2 2HCl Sơ đồ 10 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác là phức Pd(0) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 18 Chương 2 NGHIÊN CỨU 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 19 2.1.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1.1 Tổng hợp xúc tác Pd(0) trên chất mang PEG Hạt nano Pd(0) có thể được điều chế bằng cách khử muối Pd(II) trong dung dịch nước hay trong dung môi hữu cơ với các tác nhân khử khác nhau như hydrazine[36], hydrogene[30,31] và sodium borohydride[32]. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành điều chế hạt nano Pd(0) trên chất mang PEG mà không dùng bất kỳ tác nhân khử nào khác. PEG đóng vai trò là chất khử đồng thời bảo vệ những hạt nano Pd(0) tránh sự keo tụ hóa. PEG có phân tử lượng càng lớn thì tính khử càng cao[6]. Năm 2005, C. Luo và cộng sự[12] đã chỉ ra rằng hạt nano Pd(0)/PEG có độ bền cao (có thể bảo quản hàng tháng mà không bị mất hoạt tính) và có thể tái sử dụng 6 lần trong phản ứng Heck. 2.1.1.2 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG Hợp chất 2,3-dichloquinoxaline là dẫn xuất dihalide của quinoxaline, một hợp chất dị vòng có nhiều ứng dụng trong hóa học hữu cơ. Để tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline chỉ cần thực hiện qua một giai đoạn là ghép cặp 2,3-dichloquinoxaline với phenylacetylene. Năm 2010, A. V. Gulevskaya và cộng sự[35] đã tiến hành tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline trên thiết bị khuấy từ, với xúc tác Pd(PPh3)2Cl2/CuI/Et3N trong thời gian 4 giờ, cho hiệu suất 69%. Tuy nhiên xúc tác phức palladium với ligand PPh3 thường nhạy cảm với không khí và độ ẩm nên phản ứng phải được thực hiện trong môi trường khí N2. Nếu kiểm soát môi trường khí trơ không tốt, sự có mặt của O2 không khí trong sự hiện diện của CuI thúc đẩy sự tạo thành sản phẩm phụ diphenyldiacetylene (ghép cặp Glaser)[3] đi kèm với sản phẩm chính, đồng thời ligand triphenylphosphine là một hóa chất mang tính độc hại lại vừa đắt tiền. Để cải tiến những hạn chế trên, chúng tôi chọn lựa giải pháp sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG dưới điều kiện siêu âm để tiến hành phản ứng. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 20 C CH CuI Et3N, O2 2 Diphenyldiacetylene Sơ đồ 11 Phản ứng ghép cặp Glaser tạo diphenyldiacetylene Như vậy, dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đây chúng tôi chọn Sơ đồ 12 để tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) từ nguồn nguyên liệu đầu 2,3-dichloroquinoxaline , xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG, phản ứng được mô tả qua sơ đồ sau: N N Cl Cl N N DAPQ 2,3-Dichloroquinoxaline nano Pd(0)/DMF, base, siêu âm + Phenylacetylene Sơ đồ 12 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline  Đặc điểm của sơ đồ - Ứng dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG vào qui trình tổng hợp để thay thế cho xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3/Et3N góp phần giải quyết vấn đề về môi trường. Phản ứng xảy ra không có sự hiện diện của CuI nên tránh được sự ghép cặp Glaser tạo sản phẩm phụ dialkynylarene. - Ứng dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ cụ thể là kỹ thuật siêu âm để thực hiện các phản ứng trong Sơ đồ 12 nhằm nâng cao hiệu suất. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 21 2.1.2 Các phương pháp nghiên cứu Xác định cấu trúc sản phẩm được thực hiện bằng các phương pháp phân tích hiện đại: − Phổ khối MS − Kích cỡ và hình dạng hạt nano được xác định bởi SEM (JEOL-JSM-7401F) và TEM (JEM-1400-Nhật) − Xác định Pd(0) và PEG bằng phổ XRD trên máy D8ADVANCE - Brucker Đức. − Sản phẩm được kiểm tra các hằng số vật lý như điểm nóng chảy. 2.1.2.1 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng − Khảo sát trên thanh siêu âm, tỷ lệ mol giữa chất nền 2,3-dichloquinoxaline và tác chất phenyl acetylene, biên độ của thanh siêu âm, môi trường base để xác định điều kiện mà phản ứng cho độ chuyển hóa tốt nhất (TLC monitoring). − So sánh các kết quả với phương pháp truyền thống. 2.1.2.2 Qui ước và tính toán - Hiệu suất cô lập của các chất tổng hợp, được tính theo công thức (%) .100tt lt mH m = Trong đó: o mtt: khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (gam) o mlt: khối lượng sản phẩm tính toán theo lý thuyết (gam) o H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được (%) 2.2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 2,3-BIS(PHENYLETHYNYL) QUNIXALINE 2.2.1 Qui trình tổng hợp KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 22 2.2.2 Giải thích quy trình Phản ứng Sonogashira được thực hiện trên chất nền là 2,3-dichloquinoxaline và tác chất là phenylacetylene ,cả hai đều là những phổ biến, được bán sẵn trên thị trường. Phản ứng được thực hiện trong môi trường base, xúc tác là nano Pd(0) và dung môi DMF đã được xử lý. Hỗn hợp phản ứng sau khi thực hiện xong được cô trong chân không để đuổi dung môi DMF. Sau khi đã sấy khô, hòa tan chất rắn bằng dichloromethane và nước cất,lớp nước được chiết tiếp với diethyl ether (2x30ml). Dung dịch chiết được làm khan trong MgSO4, lọc qua giấy lọc rồi cô quay dung dịch chiết để đuổi hết dung môi. Thu sản phẩm nhờ sắc kí cột. Thu sản phẩm sạch và tính hiệu suất. Hòa tan bằng CH2Cl2, nước, chiết với diethyl ether 2,3-dichloroquinoxaline Phenyl acetylene Nano Pd(0), DMF, Base Hỗn hợp sản phẩm Siêu âm Hỗn hợp chất rắn Bốc hơi chân không Dung dịch chiết 1.Rửa nước, nước muối 2.Làm khan bằng MgSO4 3.Cô quay loại bỏ dung môi Sản phẩm thô Lọc cột silicagel Sản phẩm sạch Hiệu suất KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 23 2.2.3 Thực hiện khảo sát các điều kiện tiến hành phản ứng 2.2.3.1 Khảo sát tỉ lệ số mol giữa tác chất và chất nền Để tiến hành khảo sát tỉ lệ mol tác chất và chất nền, cố định số mol chất nền 2,3-dichloroquinoxaline, môi trường base, biên độ siêu âm, thời gian phản ứng. Lần lượt thay đổi số mol của tác chất để tìm ra điều kiện tối ưu về số mol. Các thông số về số mol chất nền, thời gian phản ứng và điều kiện phản ứng được chọn như sau: - Cố định số mol chất nền là 0,502 mmol (0,1g) - Thời gian phản ứng là 4 giờ - Biền độ siêu âm là 50% (công suất 40w) - Môi trường base được tạo bởi K2CO3 - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi số mol phenyl acetylene 2.2.3.2 Khảo sát môi trường base Sau khi tìm ra được số mol tối ưu của phenyl acetylene, tiếp tục khảo sát để tìm ra môi trường base tốt nhất của phản ứng. Các thông số về chất nền, tác chất và điều kiện phản ứng được chọn như sau: - Số mol chất nền là 0,502 mmol. - Số mol tác chất là 1,506 mmol (theo tỉ lệ 1:3). - Cố định biên độ siêu âm là 50% (công suất 40w) - Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi các chất tạo môi trường base cho phản ứng 2.2.3.3 Khảo sát biên độ siêu âm Sau khi tìm được chất tạo môi trường base tốt nhất, tiếp tục khảo sát để tìm ra biên độ siêu âm tối ưu của phản ứng. Các thông số cho phản ứng được cụ thể như sau: - Số mol chất nền là 0,502 mmol. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 24 - Số mol tác chất là 1,506 mmol (theo tỉ lệ 1:3). - Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ - Cố định môi trường base là K2CO3 - Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi biên độ siêu âm 2.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.3.1 Tổng hợp xúc tác Pd(0) trên chất mang PEG Xúc tác nano Pd(0)/PEG được điều chế rất đơn giản trên máy khuấy từ. Khuấy hỗn hợp của PdCl2 và PEG theo tỉ lệ mol 1:10 ở 80oC, hỗn hợp phản ứng chuyển dần sang màu đen sau 2 giờ. Cơ chế tạo nano Pd(0) trên chất mang PEG mà không dùng bất kỳ tác nhân khử nào khác được cho là do có phản ứng oxi hóa - khử giữa nhóm −OH của PEG và Pd(II) để hình thành Pd(0) và nhóm −CHO. Trên phổ 1H-NMR của PEG sau phản ứng xuất hiện proton ở độ dịch chuyển hóa học δH = 9,75 ppm của nhóm aldehyde[40]. Trên phổ XRD (phụ lục 4) xuất hiện 2 peak của PEG có cường độ mạnh tại 2θ = 19,2 và 23,3°, cho thấy có sự hiện diện của polymer. Peak đặc trưng của Pd(0) tại 2θ = 39,7°. Trên ảnh SEM (phụ lục 3) có sự hiện diện của Pd(0) ở kích thước nano (nhỏ hơn 50 nm), các hạt nano tập trung ở dạng đám (cluster) trên PEG. Kích thước trung bình của hạt nano Pd(0) đạt khoảng 5 nm trên ảnh TEM (phụ lục 4). 2.3.2 Tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline với xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG N N C CH N N Cl Cl DMF, siêu âm + Nano Pd(0)/PEG, base DAPQ2,3-Dichloroquinoxaline N N Cl + m-DAPQ Sơ đồ 13 Tổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 25 Sản phẩm (DAPQ) được tổng hợp từ 2,3-dichloroquinoxaline và phenylacetylene (tỉ lệ mol 1:3) trên xúc tác nano Pd(0), base, DMF mà không cần tới sự có mặt của ligand và CuI (Sơ đồ 13). Xúc tác Pd(0) được sử dụng với hàm lượng 2% theo đương lượng mol so với tác chất. Khi cho xúc tác nano Pd(0)/PEG vào hỗn hợp, dung dịch phản ứng có màu nâu sau đó đen dần trên thanh siêu âm sau 2 phút. Sản phẩm phản ứng được theo dõi trên TLC. Tương tự như trường hợp dùng xúc tác Pd2(dba)3/CuI/PPh3, phản ứng điều chế DAPQ luôn chứa sản phẩm phụ một nhóm thế monophenylethynyl (m-DAPQ)( 2-chloro- 3-(phenylethynyl)quinoxaline). Tỷ lệ tạo thành giữa m-DAPQ và DAPQ được khảo sát với sự thay đổi các điều kiện phản ứng. 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa chất nền và tác chất đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ Điều kiện phản ứng được lựa chọn như sau: − Cố định số mol chất nền 2,3-dichloroquinoxaline là 0,502 mmol (0,1g) − Cố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2 %mol − Cố định biên độ siêu âm 50% (công suất 40w) − Cố định thời gian phản ứng là 4 giờ − Môi trường base được tạo bởi K2CO3 − Thay đổi số mol phenylacetylene  Kết quả quan sát trên TLC Hình 4 Tổng hợp DAPQ với tỉ lệ mol chất nền và tác chất là (1) 1:2, (2) 1:3, (3) 1:4 (1) (2) (3) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 26  Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng sau Bảng 1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol chất nền và tác chất đến hiệu suất (H%) của phản ứng tổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) STT DCQ (mmol) Phenyl acetylene (mmol) Thời gian (giờ) Sự chuyển hóa m-DAPQ (theo TLC) Sự chuyển hóa DAPQ (theo TLC) Khối lượng cô lập DAPQ (g) Hiệu suất cô lập DAPQ (%) 1 2 3 1 1 1 2 3 4 4 4 4 Còn vết đậm Không còn vết Còn vết mờ Vết đậm Vết đậm Vết đậm 0,0613 0,1171 0,1082 36,52 70,54 65,21 Đồ thị 1 Biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất theo tỷ lệ mol 36.52 70.54 67.21 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 3 4 ti le mol Phenylacetylene: DCQ hiệu suất (%) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 27 Nhận xét và biện luận Dựa theo kết quả bảng 1 cho thấy với số mol phenyl acetylene là 3 mmol và 4 mmol lượng chất thu được chênh lệch nhau không đáng kể, nếu so sánh hiệu suất và lượng tác chất phải sử dụng thì tỷ lệ mol phenyl acetylene là 3 mmol được chọn để thực hiện phản ứng nhằm mục đích tiết kiệm hóa chất mà vẫn cho hiệu suất tốt. 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất tạo môi trường base đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ Điều kiện phản ứng được lựa chọn như