Luận án nghiên cứu tổng hợp pheromone côn trùng dạng alcohol với nhóm methyl và z alken 1 ol

Luận án nghiên cứu tổng hợp pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề và z alken 1 ol, ứng dụng trong kiểm soát sinh học hiệu quả.

• Tác giả: Lê Văn Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Chí Hiền
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp một số pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề và (Z)-alken-1-ol
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu về pheromone
• 1.1. Định nghĩa pheromone
• 1.2. Đặc điểm và phân loại pheromone
• 1.3. Các dạng cấu trúc pheromone thường gặp
• 1.4. Giới thiệu một số pheromone côn trùng ở Việt Nam
• 1.4.1. Bọ hà khoai lang
• 1.4.2. Sâu keo mùa thu
• 1.5. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
• 1.5.1. Tổng hợp một số hợp chất racemic của các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề
• 1.5.2. Tổng hợp các hợp chất chứa một nối đôi (Z)-alken-1-ol
• 1.6. Nội dung nghiên cứu
• 1.6.1. Tổng hợp và thử nghiệm các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề theo quy tắc Cram và xác định cấu trúc (tỷ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro) bằng phổ NMR
• 1.6.2. Tổng hợp một số pheromone côn trùng (Z)-alken-1-ol, ester của các (Z)-alken-1-ol và thử nghiệm chọn lọc trên đồng ruộng
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7.1. Phương pháp xác định cấu trúc
• 1.7.2. Phương pháp xác định các hằng số vật lý
• 1.7.3. Phương pháp tổng hợp các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề theo quy tắc Cram
• 1.7.4. Phương pháp tổng hợp pheromone dạng (Z)-alken-1-ol và ester của nó
• 1.7.5. Hóa chất và thiết bị
• 1.7.6. Tinh chế các chất
• 1.7.7. Quy trình tổng hợp các chất
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp pheromone của các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp pheromone của các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề bằng phản ứng Grignard theo quy tắc Cram và đánh giá tỷ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro trong sản phẩm của các alcohol (a) và (b)
• 3.1.2. Phản ứng oxi hóa alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề thành ketone
• 3.1.3. Hoàn nguyên các ketone (1c-15c) bằng LiAlH4/ether
• 3.2. Tổng hợp các pheromone (Z)-alken-1-ol và ester
• 3.2.1. Kết quả tổng hợp n-bromoalkan-1-ol từ các diol
• 3.2.2. Phương pháp khử alkyne thành (Z)-alkene mà không sử dụng hydrogen phân tử
• 3.3. Thử nghiệm sinh học
• 3.3.1. Kết quả thử nghiệm các pheromone alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề
• 3.3.2. Kết quả thử nghiệm với các pheromone dạng (Z)-alken-1-ol
• KẾT LUẬN
• KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về pheromone

Pheromone là hợp chất hóa học tự nhiên, được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1959 bởi Karlson và Luscher. Định nghĩa này nhấn mạnh rằng pheromone là tín hiệu hóa học giữa các cá thể trong cùng một loài. Chúng thường là những chất dễ bay hơi, được tiết ra từ một cá thể và truyền đến cá thể khác, gây ra những phản ứng đặc biệt. Pheromone có vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa các cá thể, đặc biệt trong việc thu hút bạn tình và đánh dấu lãnh thổ. Đặc điểm của pheromone bao gồm khả năng khuếch tán trong không khí và sự phân hủy nhanh chóng dưới tác động của nhiệt độ và môi trường. Việc hiểu rõ về pheromone giúp phát triển các biện pháp kiểm soát côn trùng hiệu quả hơn.

1.1. Đặc điểm và phân loại pheromone

Pheromone được phân loại thành năm nhóm chính: pheromone ức chế, pheromone phóng thích, pheromone giới tính, pheromone đánh dấu và pheromone báo động. Mỗi loại pheromone có chức năng và đặc điểm riêng, ảnh hưởng đến hành vi và sinh lý của côn trùng. Pheromone ức chế thường được sử dụng trong các loài côn trùng xã hội để ngăn chặn sự sinh sản, trong khi pheromone giới tính có khả năng thu hút bạn tình từ xa. Sự phân loại này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của pheromone mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp và sinh thái học.

II. Tổng hợp pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp các pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề và (Z)-alken-1-ol. Phương pháp tổng hợp sử dụng phản ứng Grignard để tạo ra các alcohol bậc 2, sau đó tiến hành oxi hóa thành ketone và hoàn nguyên để thu được các alcohol mong muốn. Kết quả cho thấy tỷ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro trong sản phẩm có sự thay đổi đáng kể, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả dẫn dụ côn trùng. Việc tổng hợp thành công các pheromone này không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới mà còn có thể ứng dụng trong việc phát triển các bẫy côn trùng hiệu quả.

2.1. Phương pháp tổng hợp

Phương pháp tổng hợp các pheromone côn trùng được thực hiện qua nhiều bước, bắt đầu từ việc tổng hợp các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề. Sử dụng tác chất Grignard và aldehyde, nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỷ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro có thể được điều chỉnh thông qua các điều kiện phản ứng khác nhau. Sau đó, các alcohol này được oxi hóa thành ketone và hoàn nguyên để thu được các pheromone dạng (Z)-alken-1-ol. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí, mở ra cơ hội cho việc sản xuất pheromone quy mô lớn.

III. Thử nghiệm sinh học và ứng dụng thực tiễn

Các pheromone đã tổng hợp được thử nghiệm sinh học để đánh giá khả năng dẫn dụ côn trùng, đặc biệt là đuông dừa. Kết quả cho thấy một số cấu trúc có khả năng dẫn dụ tương đương với pheromone đã biết, điều này chứng tỏ tính khả thi của việc sử dụng các pheromone tổng hợp trong thực tiễn. Việc xác định tỷ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro cũng cho thấy ảnh hưởng lớn đến hiệu quả dẫn dụ, từ đó có thể tối ưu hóa các công thức pheromone để đạt được hiệu quả cao nhất trong việc kiểm soát côn trùng.

3.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào kho tàng kiến thức về tổng hợp pheromone mà còn mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng chúng trong nông nghiệp. Việc sử dụng pheromone để kiểm soát côn trùng giúp giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại, bảo vệ môi trường và duy trì sự cân bằng sinh thái. Hơn nữa, các phương pháp tổng hợp đơn giản và hiệu quả sẽ giúp giảm chi phí sản xuất, từ đó tạo điều kiện cho việc áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Trong bối cảnh nền nông nghiệp hiện đại đang đối mặt với yêu cầu cấp thiết về giảm thiểu hóa chất bảo vệ thực vật độc hại, biện pháp quản lý dịch hại tổng hợp (Integrated Pest Management - IPM) thông qua sử dụng pheromone và các hợp chất dẫn dụ sinh học nổi lên như một giải pháp mang tính chiến lược, bền vững và bảo vệ cân bằng sinh thái. Luận án tiến sĩ hóa học của NCS. Lê Văn Dũng với đề tài "Nghiên cứu tổng hợp một số pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề và (Z)-alken-1-ol" (chuyên ngành Hóa hữu cơ, mã số: 9.14) dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Đặng Chí Hiền và GS. Nguyễn Công Hào tại Học viện Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2023) đã giải quyết trọn vẹn hai nút thắt cốt lõi trong tổng hợp hóa học và sinh học hành vi côn trùng.

Khoảng trống nghiên cứu (Research gap) trọng tâm xuất phát từ thực tế: nhóm pheromone côn trùng dạng racemic của alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề (điển hình như ferrugineol của loài Đuông dừa Rhynchophorus ferrugineus) và các dẫn xuất $(Z)$-alken-1-ol (pheromone của Bọ hà khoai lang Cylas formicarius, Bọ xít muỗi Helopeltis theivora, Sâu tơ Plutella xylostella, Sâu keo mùa thu Spodoptera frugiperda) đóng vai trò sống còn trong kiểm soát dịch hại nhưng gặp rào cản lớn về quy trình tổng hợp. Trong đó:

1. Cơ chế lập thể kiểm soát tỷ lệ đồng phân xuyên lập thể (threo : erythro) theo quy tắc Cram khi kéo dài chuỗi alkyl chưa từng được sáng tỏ một cách có hệ thống trên các tạp chí chuyên ngành quốc tế.
2. Các quy trình tổng hợp liên kết đôi cấu hình $(Z)$ kinh điển phụ thuộc nặng nề vào khí hydro phân tử áp suất cao ($H_2$/Lindlar catalyst dễ gây cháy nổ, thiết bị phức tạp) hoặc tác chất độc hại (như ethylene oxide nồng độ $> 0,1\text{ ppm}$ gây ung thư theo Heath et al., 1986).

Luận án đặt ra hệ thống câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học cụ thể:

• Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Sự biến đổi chiều dài mạch carbon của aldehyde hoặc tác chất Grignard có làm thay đổi tỷ lệ đồng phân lập thể threo : erythro khi hình thành tâm bất đối xứng liền kề hay không?
• Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Liệu có thể thiết lập quy trình chuyển hóa chọn lọc cao nối ba alkyne nội thành liên kết đôi $(Z)$-alkene mà hoàn toàn không sử dụng khí hydro phân tử thông qua các hệ xúc tác nano palladium cải tiến?
• Giả thuyết 1 (H1): Tỷ lệ đồng phân threo : erythro trong phản ứng Grignard của aldehyde phân nhánh tuân theo mô hình trạng thái chuyển tiếp mở Cram và không bị chi phối bởi hiệu ứng lập thể của chuỗi alkyl kéo dài.
• Giả thuyết 2 (H2): Hệ xúc tác transfer hydrogenation $\text{Pd/KOH/DMF}$ (bao gồm cả nano palladium trên chất mang sinh học) cho phép khử chọn lọc liên kết ba thành cấu hình $(Z)$ với hiệu suất $>85%$ và độ chọn lọc lập thể $>95%$.

Khung lý thuyết của công trình được định hình dựa trên sự tích hợp giữa Lý thuyết giao tiếp Pheromone (Karlson & Lüscher, 1959), Quy tắc lập thể Cram (Cram's Rule & Felkin-Anh model), Lý thuyết hydro hóa chuyển dịch xúc tác (Catalytic Transfer Hydrogenation - CTH), và Nguyên lý Hóa học Xanh (Green Chemistry). Phạm vi nghiên cứu bao quát từ tổng hợp 15 cặp dẫn xuất alcohol (1a-15a, 1b-15b), 15 ketone tương ứng (1c-15c), 15 dẫn xuất hoàn nguyên (1d-15d), tối ưu hóa phản ứng trên 4 hệ xúc tác palladium, và thử nghiệm sinh học thực địa (field bioassay) trực tiếp tại vùng sinh thái Đồng bằng sông Cửu Long (Trà Vinh, Bến Tre).

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu về pheromone côn trùng ghi nhận cột mốc lịch sử từ năm 1959 khi Karlson và Lüscher đề xuất thuật ngữ "pheromone" để chỉ các tín hiệu hóa học phát tán qua không gian giữa các cá thể cùng loài. Kể từ đó, tài liệu học thuật quốc tế phân tách thành hai dòng nghiên cứu chính:

Dòng nghiên cứu thứ nhất tập trung vào các pheromone dạng racemic của alcohol bậc 2 có nhánh methyl liền kề. Năm 1977, J. Tappey và cộng sự đã cô lập và tổng hợp $(\pm)$-4-methyl-3-hexanol từ loài nhện Leiobunum nigripalpi, ghi nhận sự tồn tại của đồng phân cấu hình threo và erythro nhưng chưa thể xác định được tỷ lệ cấu hình cụ thể. Cùng năm 1977, R. Eiterz và cộng sự tổng hợp $(\pm)$-4-methyl-3-heptanol nhằm dẫn dụ bọ cánh cứng Scolytus multistriatus, tuy nhiên vấn đề kiểm soát và định lượng tỷ lệ threo : erythro vẫn bị bỏ ngỏ. Năm 1993, R. Hallett cùng cộng sự tại Pakuwon, Java (Indonesia) chứng minh tổ hợp $(\pm)$-4-methyl-5-nonanol (1) và $(\pm)$-4-methyl-5-nonanone (2) theo tỷ lệ $10:1$ đạt hiệu quả bẫy Rhynchophorus ferrugineus tối ưu trong một tuần thử nghiệm. Đến năm 1995, N. Gunawardena và cộng sự tại Sri Lanka tổng hợp ferrugineol từ 2-methylpentan-1-ol và butylbromide với hiệu suất $86%$ và thử nghiệm thành công ở liều lượng $22\text{ mg/bẫy}$. Tại Việt Nam, Đặng Chí Hiền và cộng sự (2009) ghi nhận hiện tượng tách đôi tín hiệu NMR do đồng phân threo-erythro khi tổng hợp $(\pm)$-4-methyl-5-nonanol, đặt ra yêu cầu phải lý giải bản chất hóa học lập thể của dãy đồng đẳng này.

Dòng nghiên cứu thứ hai tập trung vào các pheromone mạch thẳng chứa nối đôi $(Z)$-alken-1-ol. Tamaki et al. (1977) tổng hợp pheromone sâu tơ Plutella xylostella qua chất trung gian acetylenic nhưng đòi hỏi xúc tác $\text{Pd/BaSO}_4$ và dòng khí $H_2$ nghiêm ngặt. Nguyễn Công Hào và cộng sự (1996) phát triển con đường tổng hợp từ 11-undecylenic acid (nhiệt phân dầu thầu dầu) hoặc từ cis-2-butene-1,4-diol, tuy nhiên quy trình kéo dài 8-10 giai đoạn dẫn đến hiệu suất toàn phần thấp ($18,6%$) và sử dụng chất khử nguy hiểm $\text{LiAlH}_4$. Đối với bọ hà khoai lang Cylas formicarius, công trình kinh điển của R. Heath et al. (1986) sử dụng ethylene oxide độc hại; S. Subbaraman (1999) và Sureda (2001) đã cải tiến phản ứng Wittig hoặc dùng 3-butyn-1-ol nhưng vẫn dựa vào xúc tác Lindlar và dòng khí $H_2$.

Nghiên cứu	Tác giả & Năm	Đối tượng côn trùng	Phương pháp tổng hợp chính	Hạn chế chính
Hallett et al.	Hallett et al. (1993)	Rhynchophorus ferrugineus	Phản ứng Grignard từ 2-methylpentanal và n-BuLi ($96%$)	Chưa giải thích cơ chế lập thể threo : erythro
Gunawardena et al.	Gunawardena et al. (1995)	Rhynchophorus ferrugineus	PCC oxy hóa 2-methylpentanol + Grignard ($86%$)	Không khảo sát ảnh hưởng độ dài mạch alkyl
Heath et al.	Heath et al. (1986)	Cylas formicarius	Ghép 1-decyne với Ethylene Oxide + Lindlar $\text{H}_2$	Dùng hóa chất gây ung thư, khí $\text{H}_2$ nguy hiểm
Luận án Lê Văn Dũng	Lê Văn Dũng (2023)	R. ferrugineus, C. formicarius, H. theivora, P. xylostella	Grignard có định hướng Cram + Transfer Hydrogenation (Pd nano/DMF/KOH)	Khắc phục toàn bộ việc dùng khí $\text{H}_2$, làm chủ tỷ lệ threo:erythro

Luận án này định vị chính xác điểm giao thoa giữa hóa tổng hợp hữu cơ hiện đại và sinh thái học hóa học: thay vì chỉ dừng lại ở việc tạo ra phân tử mục tiêu, tác giả đã làm sáng tỏ cơ chế chọn lọc lập thể nội tại của phản ứng Grignard trên dãy 15 aldehyde đồng đẳng, đồng thời tiên phong áp dụng các hệ xúc tác nano palladium không dùng khí hydro phân tử để tổng hợp pheromone quy mô lớn, giá thành thấp.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những đóng góp lý thuyết căn bản cho hóa học hữu cơ lập thể và hóa sinh côn trùng:

1. Mở rộng và chuẩn hóa Quy tắc Cram trên hệ mạch aliphatic dài: Phản ứng cộng nucleophile của tác chất Grignard không phân nhánh vào aldehyde có tâm lập thể liền kề dạng $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_m\text{CH}(\text{CH}_3)\text{CHO}$ luôn dẫn đến sự ưu tiên tấn công từ hướng ít bị che chắn không gian nhất giữa nhóm thế lớn ($R = \text{CH}_3(\text{CH}_2)_m-$) và nhóm thế nhỏ ($H$), tạo ra sản phẩm chính là đồng phân threo với tỷ lệ threo : erythro xấp xỉ $2:1$. Luận án chứng minh một định luật thực nghiệm quan trọng: việc kéo dài mạch carbon ($m = 1, 2, 4$; $n = 1 \dots 6$) hoàn toàn không làm thay đổi tỷ lệ lập thể này. Ngược lại, khi cho aldehyde không phân nhánh phản ứng với tác chất Grignard mang tâm bất đối $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_m\text{CH}(\text{MgBr})\text{CH}_3$, tỷ lệ threo : erythro luôn xấp xỉ $1:1$ do phản ứng không chịu sự kiểm soát bất đối xứng nội phân tử từ cơ chất carbonyl.
2. Xác lập chu trình chuyển hóa quang phổ chứng minh tính bất đối xứng: Thông qua chuỗi phản ứng "Alcohol $\to$ Ketone $\to$ Alcohol hoàn nguyên", luận án cung cấp bằng chứng thực nghiệm vững chắc trên phổ $^{13}\text{C}$-NMR. Khi oxy hóa alcohol (1a-15a) thành ketone (1c-15c), tâm bất đối tại carbon mang nhóm $-\text{OH}$ biến mất, kéo theo sự triệt tiêu hoàn toàn của hiện tượng tách đôi mũi phổ. Khi hoàn nguyên trở lại bằng $\text{LiAlH}_4$, hai đồng phân threo và erythro xuất hiện trở lại với các độ dời hóa học đặc trưng, khẳng định bản chất của hiện tượng nhân đôi tín hiệu trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp ba trụ cột lý thuyết độc lập thành một hệ thống đồng nhất:

• Mô hình lập thể học hữu cơ (Stereochemical Organic Model): Vận dụng mô hình trạng thái chuyển tiếp Felkin-Anh và Quy tắc Cram để giải thích sự phân bố mật độ electron và tương tác lập thể giữa tác nhân Grignard và nhóm carbonyl.
• Mô hình xúc tác khử chuyển hóa pha xanh (Green Catalytic Transfer Hydrogenation): Khai thác phản ứng phân hủy DMF dưới sự hiện diện của base KOH để giải phóng in-situ nguồn hydride hoạt tính khử liên kết ba alkyne thành liên kết đôi cis mà không cần áp suất khí $H_2$.
• Mô hình phản ứng sinh thái hóa học (Chemical Ecology Efficacy Model): Đánh giá tương quan giữa cấu trúc lập thể (tỷ lệ threo:erythro, cấu hình hình học $(Z)/(E)$) với ái lực gắn kết trên thụ thể khứu giác (Olfactory Receptor Neurons - ORNs) của côn trùng mục tiêu ngoài đồng ruộng.

Điều kiện biên (Boundary conditions) được xác định rõ: phản ứng cộng Cram đạt tỷ lệ $2:1$ tối ưu trong dung môi ether khan; phản ứng oxy hóa IBX vận hành hiệu quả nhất trong acetonitrile ($\text{CH}_3\text{CN}$) ở điều kiện hồi lưu 6 giờ hoặc chiếu xạ vi sóng ($450\text{ W}$, 20 phút); phản ứng khử transfer hydrogenation yêu cầu môi trường khan nước và nhiệt độ kiểm soát trong khoảng $100-145^\circ\text{C}$.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án được thiết kế theo trường phái thực chứng thực nghiệm (Positivism / Experimental Realism) với cấu trúc đa tầng, liên kết chặt chẽ giữa tổng hợp hóa học hữu cơ đa bước, phân tích cấu trúc phổ nghiệm độ phân giải cao và thử nghiệm sinh học thực địa (Bioassay) theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (Randomized Complete Block Design - RCBD).

Quy mô chọn mẫu và đối tượng nghiên cứu được chuẩn hóa nghiêm ngặt:

• Dãy alcohol bậc 2 chứa nhóm methyl liền kề: Tổng hợp và khảo sát 15 hợp chất dãy (a), 15 hợp chất dãy (b), 15 ketone dãy (c), và 15 hợp chất hoàn nguyên dãy (d).
• Dãy pheromone dẫn xuất $(Z)$-alken-1-ol: Tổng hợp chọn lọc pheromone của 4 loài côn trùng gây hại kinh tế nghiêm trọng (Helopeltis theivora, Plutella xylostella, Cylas formicarius, Spodoptera frugiperda).
• Mẫu thực nghiệm đồng ruộng: Thử nghiệm hoạt tính dẫn dụ Đuông dừa Rhynchophorus ferrugineus tại Bến Tre/Trà Vinh; thử nghiệm bẫy Bọ hà khoai lang Cylas formicarius với các nghiệm thức liều lượng, độ cao bẫy ($0\text{ cm}$, $10\text{ cm}$, $20\text{ cm}$, $40\text{ cm}$), và vật liệu bẫy khác nhau.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu tuân thủ các chuẩn mực tổng hợp và kiểm định khắt khe:

1. Thay thế dung môi độc hại bằng dung môi thân thiện: Trong phản ứng tổng hợp các $n$-bromoalkan-1-ol (với $n = 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10$) từ các alkanediol tương ứng, luận án đã thay thế hoàn toàn dung môi benzene và toluene (các chất độc hại, gây ung thư) bằng $n$-heptane, đạt hiệu suất phản ứng cao và an toàn môi trường.
2. Khảo sát hệ thống điều kiện oxy hóa bằng IBX: Nghiên cứu đã tiến hành 13 nghiệm thức thực nghiệm so sánh hiệu năng của IBX trên nhiều hệ dung môi ($\beta\text{-CD/H}_2\text{O/acetone}$, acetone, DMF, $\text{CH}_3\text{CN}$, DMSO, THF, $\text{CHCl}_3$) dưới hai phương thức kích hoạt: khuấy từ hồi lưu ($6-24\text{ giờ}$) và chiếu xạ vi sóng microwave ($450\text{ W}$, 20 phút). Kết quả xác định $\text{CH}_3\text{CN}$ và acetone dưới tác xạ vi sóng cho hiệu suất chuyển hóa ketone vượt trội ($>90%$).
3. Quy trình khử chọn lọc không dùng hydro phân tử: Sử dụng 4 hệ xúc tác palladium: $\text{Pd(OAc)}_2/\text{KOH/DMF}$, $\text{Pd(dba)}_2/\text{KOH/DMF}$, $\text{PdNPs/PEG/KOH/DMF}$ và vật liệu nano sinh học $\text{PdNPs@pectin/KOH/DMF}$. Quá trình chuyển hóa alkyne nội thành $(Z)$-alkene diễn ra êm dịu, bảo toàn nhóm bảo vệ tetrahydropyranyl (THP ether).
4. Quy trình tam giác hóa cấu trúc (Structural Triangulation): Mọi cấu trúc hóa học đều được kiểm chứng chéo qua hệ thống thiết bị đo đạc hiện đại: phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H}$-NMR ($500\text{ MHz}$), $^{13}\text{C}$-NMR ($125\text{ MHz}$), phổ DEPT-90 và DEPT-135, sắc ký khí ghép khối phổ GC-MS, phổ hồng ngoại FT-IR, đo năng suất quay cực quang học $[\alpha]_D$, và kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký lớp mỏng (TLC).

Data và phân tích

Phân tích định lượng tỷ lệ threo : erythro dựa trên tích phân diện tích mũi cộng hưởng proton trên phổ $^1\text{H}$-NMR tại vị trí carbon mang nhóm hydroxyl ($-\text{CHOH}-$). Trên phổ $^1\text{H}$-NMR, tín hiệu proton của nhóm $-\text{CHOH}-$ đối với đồng phân threo xuất hiện ở vùng $\delta \approx 3,38-3,42\text{ ppm}$ dạng doublet of doublet ($dd$), trong khi đồng phân erythro dịch chuyển về vùng $\delta \approx 3,45-3,50\text{ ppm}$. Hằng số ghép cặp spin-spin ($J$) giữa các proton lân cận được tính toán chính xác: $J_{HA-HB} \approx 6,5-7,0\text{ Hz}$ và $J_{HC-HD} \approx 10,5-11,0\text{ Hz}$ (đối với liên kết đôi cis $(Z)$), xác nhận độ tinh khiết lập thể hình học $(Z) > 95%$.

Dữ liệu thử nghiệm sinh học đồng ruộng được xử lý thống kê phân tích phương sai (ANOVA) và kiểm định Duncan để so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ($p < 0,05$).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Quy luật bất biến của tỷ lệ lập thể threo : erythro theo độ dài mạch: Khảo sát toàn diện 15 alcohol (1a-15a) chỉ ra rằng khi tổng hợp từ aldehyde có nhánh methyl liền kề với tác chất Grignard mạch thẳng, tỷ lệ threo : erythro luôn ổn định ở mức xấp xỉ $65 : 35$ đến $68 : 32$ (tương đương tỷ lệ $2 : 1$). Ngược lại, đối với 15 alcohol (1b-15b) tổng hợp từ aldehyde mạch thẳng với tác chất Grignard phân nhánh, tỷ lệ này luôn duy trì ở mức xấp xỉ $50 : 50$ ($1 : 1$). Độ dài của chuỗi alkyl ($R^1$ từ $C_2$ đến $C_5$; $R^2$ từ $C_2$ đến $C_8$) không tạo ra bất kỳ sự xáo trộn có ý nghĩa thống kê nào đối với tỷ lệ đồng phân.
2. Xác lập quy trình oxy hóa chọn lọc bằng IBX thay thế kim loại nặng: Tác nhân IBX trong $\text{CH}_3\text{CN}$ cho phép oxy hóa sạch các alcohol bậc 2 mạch dài thành ketone tương ứng (1c-15c) với hiệu suất cô lập đạt $91-96%$, loại bỏ hoàn toàn các chất thải độc hại chứa Chromium ($\text{CrO}_3$, PCC, $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) vốn có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
3. Đột phá trong phản ứng Semihydrogenation bằng nano xúc tác xanh: Hệ xúc tác nano $\text{PdNPs@pectin/KOH/DMF}$ và $\text{Pd(dba)}_2/\text{KOH/DMF}$ đã khử thành công hợp chất 3-hexyn-1-yl tetrahydropyran-2-yl ether thành $(Z)$-3-hexen-1-yl tetrahydropyran-2-yl ether với hiệu suất $>88%$ và độ chọn lọc cấu hình $(Z) > 97%$, tạo bước ngoặt kỹ thuật trong tổng hợp pheromone quy mô lớn mà không cần bình khí $H_2$ áp suất cao.
4. Phát hiện các cấu trúc tương đồng mới dẫn dụ Đuông dừa: Thử nghiệm sinh học khẳng định các hợp chất mới như alcohol (11a), (11b), ketone (11c) và đặc biệt là tổ hợp phối trộn (11a + 11c) có hoạt tính dẫn dụ đuông dừa Rhynchophorus ferrugineus ngoài tự nhiên tương đương với tổ hợp pheromone tự nhiên chuẩn (10a + 10c - ferrugineol/ferruginone).
5. Xác định các thông số bẫy bọ hà khoai lang tối ưu: Thử nghiệm thực địa với pheromone $(Z)$-3-dodecenyl $(E)$-2-butenoate xác định bẫy đặt ở độ cao cách mặt luống $10-20\text{ cm}$ với liều lượng $10-20\text{ mg/bẫy}$ bằng vật liệu chai nhựa hở hai đầu cho hiệu quả bắt bọ hà khoai lang cao nhất, kéo dài hoạt lực dẫn dụ liên tục trên 60 ngày.

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết (Theoretical Advances): Cung cấp bằng chứng thực nghiệm hệ thống, lấp đầy khoảng trống dữ liệu quang phổ và hóa lập thể của dãy đồng đẳng alcohol phân nhánh liền kề trong tài liệu học thuật quốc tế.
• Về mặt phương pháp luận (Methodological Innovations): Mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng vật liệu xúc tác nano tái tạo ($\text{PdNPs@pectin}$) và kỹ thuật kích hoạt vi sóng trong tổng hợp hóa dược và hóa chất nông nghiệp xanh.
• Về mặt ứng dụng thực tiễn (Practical Applications): Tạo điều kiện cho các doanh nghiệp sinh học trong nước tự chủ hoàn toàn quy trình sản xuất bẫy bả pheromone với giá thành chỉ bằng $20-30%$ so với chế phẩm nhập khẩu từ nước ngoài.
• Về mặt chính sách nông nghiệp (Policy Pathways): Cung cấp cơ sở khoa học cho Cục Bảo vệ Thực vật và Bộ Nông nghiệp & PTNT ban hành các hướng dẫn kỹ thuật mở rộng diện tích ứng dụng IPM trên cây ăn trái và rau màu tại Việt Nam.

Limitations và Future Research

Luận án thừa nhận một số giới hạn nghiên cứu khách quan:

1. Giới hạn về phân tách đồng phân quang hoạt tinh khiết (Enantiopurity): Nghiên cứu tập trung vào dạng racemic và tỷ lệ diastereomer threo : erythro do mục tiêu tối ưu hóa chi phí sản xuất công nghiệp, chưa tiến hành phân tách hoặc tổng hợp bất đối xứng chọn lọc từng enantiomer tinh khiết quang học ($(4S,5S)$ vs $(4R,5R)$) để đối chiếu điện sinh lý thần kinh khứu giác (EAG).
2. Giới hạn về quy mô địa lý thử nghiệm: Thử nghiệm sinh học thực địa mới tập trung chủ yếu tại các tỉnh phía Nam (Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang), chịu chi phối bởi điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc thù của vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
3. Động học phóng thích pheromone: Chưa nghiên cứu sâu công nghệ vi bọc nano (nanoencapsulation) hoặc màng polymer thông minh để kiểm soát tốc độ bay hơi trong điều kiện mùa mưa kéo dài.

Chương trình nghiên cứu tương lai cần tập trung vào:

• Phát triển xúc tác bất đối xứng sinh học (biocatalysis / chiral enzymatic resolution) để tổng hợp các pheromone quang hoạt tinh khiết.
• Mở rộng thử nghiệm hiệu lực bẫy pheromone trên diện rộng đối với sâu keo mùa thu (Spodoptera frugiperda) trên cây bắp và sâu tơ (Plutella xylostella) trên rau họ thập tự ở các vùng sinh thái Tây Nguyên và miền Bắc.
• Ứng dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT) tích hợp bẫy pheromone thông minh để tự động giám sát và cảnh báo mật độ côn trùng theo thời gian thực.

Tác động và ảnh hưởng

• Ảnh hưởng học thuật: Các phát hiện về quy luật Cram trên chuỗi aliphatic dài và phương pháp transfer hydrogenation không dùng khí $H_2$ mở ra tiềm năng trích dẫn cao trên các tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE về Hóa hữu cơ tổng hợp và Hóa sinh nông nghiệp (như Journal of Organic Chemistry, Green Chemistry, Pest Management Science).
• Chuyển đổi ngành công nghiệp bảo vệ thực vật: Cung cấp công nghệ nền tảng giúp chuyển đổi mô hình từ sử dụng thuốc trừ sâu hóa học gốc lân hữu cơ độc hại sang sản xuất chế phẩm sinh thái học tương thích cao, giảm thiểu nguy cơ bùng phát dịch hại thứ cấp và hiện tượng kháng thuốc.
• Tác động môi trường và xã hội: Giúp người nông dân giảm $70-80%$ lượng thuốc trừ sâu phun xịt trực tiếp trên ruộng khoai lang và vườn dừa, bảo vệ nguồn nước ngầm, nâng cao chất lượng nông sản đạt tiêu chuẩn xuất khẩu GlobalGAP, gia tăng giá trị kinh tế cho các vùng chuyên canh nông nghiệp.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và nhà khoa học Hóa hữu cơ: Tiếp cận bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về độ dời hóa học, hằng số ghép phổ NMR, và các kỹ thuật tổng hợp xanh không dùng hydro phân tử.
• Các viện nghiên cứu nông nghiệp và sinh thái: Nắm bắt quy trình chế tạo mồi nhử pheromone chọn lọc cao để phục vụ công tác điều tra, dự tính dự báo tình hình dịch hại cây trồng.
• Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Nhận chuyển giao công nghệ quy trình tổng hợp với nguyên liệu sẵn có, dung môi an toàn ($n$-heptane), xúc tác tái sử dụng được nhiều lần, giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị áp lực cao.
• Nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nông nghiệp: Có luận cứ vững chắc để hoàn thiện khung chính sách khuyến khích ứng dụng công nghệ sinh thái trong đề án phát triển nông nghiệp hữu cơ quốc gia.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã phát triển lý thuyết nào?
Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc chuẩn hóa và chứng minh tính bất biến của Quy tắc Cram (Donald J. Cram) trên hệ thống 15 cặp đồng đẳng racemic alcohol bậc 2 có nhánh methyl liền kề. Nghiên cứu chứng minh sự kéo dài chuỗi alkyl không làm thay đổi tỷ lệ lập thể threo : erythro ($\approx 2:1$ khi dùng aldehyde bất đối và $\approx 1:1$ khi dùng tác chất Grignard bất đối), giải tỏa hoàn toàn nghi vấn học thuật kéo dài hàng thập kỷ về ảnh hưởng không gian của mạch carbon dài.

2. Đột phá phương pháp luận của luận án so với các công trình quốc tế tiêu biểu?
So với công trình kinh điển của R. Heath et al. (1986) sử dụng ethylene oxide gây ung thư và khí $H_2$/Lindlar nguy hiểm, hoặc quy trình 10 bước của Nguyễn Công Hào (1996) với hiệu suất chỉ $18,6%$, luận án đã thiết lập quy trình rút ngắn qua trung gian alkyne với hệ xúc tác $\text{PdNPs@pectin/KOH/DMF}$ và $\text{Pd(dba)}_2/\text{KOH/DMF}$. Phương pháp này hoàn toàn không sử dụng khí $H_2$, đạt độ chọn lọc $(Z) > 97%$ và hiệu suất cô lập $>88%$, an toàn tuyệt đối ở quy mô phòng thí nghiệm lẫn sản xuất thử nghiệm.

3. Phát hiện bất ngờ nhất trong quá trình thực nghiệm sinh học là gì?
Phát hiện bất ngờ nhất là các hợp chất đồng đẳng mới tổng hợp chưa từng công bố trong tự nhiên như alcohol (11a), (11b) và ketone (11c) (hoặc tổ hợp 11a + 11c) lại thể hiện hoạt tính sinh học dẫn dụ đuông dừa Rhynchophorus ferrugineus tương đương với pheromone tự nhiên (10a + 10c). Điều này chứng minh thụ thể khứu giác của đuông dừa có độ linh hoạt không gian nhất định đối với các cấu trúc tương đồng.

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập thực nghiệm (Replication Protocol) hoàn chỉnh không?
Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ quy trình tổng hợp, các thông số nhiệt độ, tỷ lệ mol tác chất, phổ $^1\text{H}$-NMR, $^{13}\text{C}$-NMR, DEPT, GC-MS, điểm sôi, độ quay cực quang học và bảng phân tích 13 nghiệm thức phản ứng oxy hóa IBX, đảm bảo khả năng tái lập thực nghiệm chính xác $100%$.

5. Định hướng chương trình nghiên cứu 10 năm (10-year research agenda) được vạch ra như thế nào?
Chương trình nghiên cứu dài hạn hướng tới: (1) Ứng dụng xúc tác sinh học enzyme để tổng hợp enantiomer siêu tinh khiết; (2) Phát triển vật liệu nano nhả chậm thông minh (smart slow-release dispensers) chịu nhiệt đới hóa; (3) Tích hợp bẫy pheromone vào mạng lưới cảm biến nông nghiệp số (Smart Agriculture IoT) trên phạm vi toàn quốc.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của NCS. Lê Văn Dũng đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với những dấu ấn khoa học nổi bật:

1. Tổng hợp thành công và xác lập thư viện cấu trúc 15 cặp alcohol bậc 2 chứa nhóm methyl liền kề (1a-15a, 1b-15b), 15 ketone (1c-15c) và 15 alcohol hoàn nguyên (1d-15d), chứng minh tính phổ quát của Quy tắc Cram trên chuỗi aliphatic dài.
2. Thiết lập cơ chế quang phổ $^{13}\text{C}$-NMR xác nhận sự triệt tiêu và tái lập của hiện tượng đồng phân lập thể threo : erythro qua chu trình chuyển hóa Alcohol $\to$ Ketone $\to$ Alcohol.
3. Cải tiến đột phá quy trình tổng hợp $n$-bromoalkan-1-ol bằng cách thay thế dung môi benzene/toluene độc hại bằng $n$-heptane an toàn sinh thái.
4. Tiên phong áp dụng các hệ xúc tác nano palladium phân tán trong DMF/KOH ($\text{PdNPs@pectin}$, $\text{Pd(dba)}_2$) để khử chọn lọc alkyne nội thành $(Z)$-alkene với độ chọn lọc $(Z) > 97%$ mà không dùng khí $H_2$.
5. Hoàn thiện quy trình tổng hợp pheromone của 4 loài côn trùng gây hại nguy hiểm (Helopeltis theivora, Plutella xylostella, Cylas formicarius, Spodoptera frugiperda) với hiệu suất vượt trội.
6. Thử nghiệm sinh học thực địa thành công, xác định tổ hợp pheromone tối ưu dẫn dụ đuông dừa và bọ hà khoai lang, mở ra hướng ứng dụng thương mại hóa các chế phẩm bẫy bả sinh học phục vụ nền nông nghiệp bền vững tại Việt Nam và khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Ở Việt Nam, người ta diệt côn trùng và sâu hại cây trồng thường dùng các biện pháp hóa học như phun thuốc, bả độc đối với loài mối, hoặc bắt thủ công như bọ dừa. Tuy nhiên, các giải pháp trên vẫn thiếu tính bền vững và ổn định lâu dài. Để khắc phục những hạn chế trên thì biện pháp sử dụng pheromone và chất dẫn dụ côn trùng là một biện pháp có nhiều ưu thế đồng thời hạn chế được hầu hết các tác hại và nhược điểm của các biện pháp trên mà không gây mất cân bằng sinh thái. Qua đó có thể kiểm soát được mật độ mối gây hại hiệu quả trên một diện tích rộng.

Trong đó, nhiều nhóm pheromone côn trùng gây hại cây trồng trên thế giới cũng như ở Việt Nam tồn tại dưới dạng racemic của alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề và dẫn xuất trên nền alkenol. Chính vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp một số pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm methyl liền kề và (Z)- alken-1-ol”. Tính cấp thiết đề tài: Nhóm pheromone côn trùng dạng racemic của alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl được ưu tiên sử dụng trong bẫy bắt côn trùng vì chi phí sản xuất chúng thường thấp và phương pháp tổng hợp đơn giản hơn các hợp chất quang hoạt. Mặc dù vậy sẽ còn rất nhiều vấn đề phải nghiên cứu để góp phần ứng dụng hiệu quả các racemic alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề vào việc bẫy bắt côn trùng.

Trong quá trình nghiên cứu trước đây khi tổng hợp ()-4-methyl-5- nonanol là pheromone tập hợp của Đuông dừa Rhynchophorus ferrugineus tại Việt Nam đã cho thấy xuất hiện hiện tượng đồng phân cấu hình threo : erythro trong sản phẩm. Tương tự ()-4-methyl-5-nonanol, nếu các racemic của alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề khác đều tồn tại đồng phân cấu hình threo : erythro trong hợp chất thì tỷ lệ hai đồng phân cấu hình đó sẽ là bao nhiêu và nên sử dụng tác chất Grignard, aldehyde nào thì cho được tỷ lệ cấu hình threo : erythro tối ưu để bẫy côn trùng hiệu quả. Do đó, đây là một vấn đề mới cần phải nghiên cứu và giải đáp vì chưa có công trình nào công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước. Bên cạnh đó, đối với các pheromone có cấu trúc là đồng phân hình học, đặc biệt là đồng phân (Z) thì những phương pháp tổng hợp có độ chọn lọc cao, đơn giản và tiện lợi luôn được ưu tiên lựa chọn.

Con đường tổng hợp các dẫn xuất (Z)-alken-1-ol từ các 1-alkyne với hệ xúc tác thích hợp mà không cần sử dụng hydrogen phân tử như: Pd(OAc)2/KOH/DMF, Pd(dba)2/KOH/DMF, PdNPsPEG/KOH/DMF và PdNPs@pectin-KOH/DMF đã 9 đóng vai trò quyết định trong việc chuyển một hợp chất chứa nối ba thành nối đôi có cấu hình chọn lọc, kèm theo đó là những kỹ thuật đơn giản hơn, cho phép tạo ra một lượng pheromone đủ lớn phục vụ cho chế phẩm tạo mồi nhử trong bẫy bắt côn trùng lại vừa giảm chi phí. Đây cũng là một vấn đề mới khác sẽ được nghiên cứu trong đề tài. Mục tiêu đề tài: Tổng hợp cấu trúc một số pheromone côn trùng dạng alcohol chứa nhóm thế methyl liền kề và dạng (Z)-alken-1-ol. Sau đó, thử nghiệm hoạt tính sinh học một số cấu trúc pheromone thích hợp trên đồng ruộng.

Đóng góp mới của luận án: - Tổng hợp các racemic của alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề. Chứng minh sự hiện diện và tỉ lệ của đồng phân cấu hình threo : erythro thông qua các bước: + Tổng hợp các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề từ các aldehyde chứa nhóm thế methyl dạng (CH3(CH2)mCH(CH3)CHO với m = 1, 2, 4) với tác chất Grignard không mang nhóm thế methyl dạng (CH3(CH2)nCH2MgBr với n = 1, 2, 3, 4, 5, 6) tương ứng với các alcohol (1a-15a) và các aldehyde không mang nhóm thế methyl dạng (CH3(CH2)nCH2CHO với n = 1, 2, 3, 4, 5, 6) với tác chất Grignard mang nhóm thế methyl dạng (CH3(CH2)mCH(MgBr)CH3 với m = 1, 2, 4) tương ứng với các alcohol (1b-15b). + Sử dụng IBX/CH3CN làm tác nhân oxi hóa thành công các alcohol (1a-15a) thành các ketone tương ứng (1c-15c). Qua đó, chứng minh sự biến mất của đồng phân cấu hình threo : erythro trong cấu trúc các ketone (1c-15c).

+ Hoàn nguyên các ketone (1c-15c) bằng LiAlH4/(C2H5)2O về dạng alcohol. Qua đó, chứng minh và giải thích sự xuất hiện lại đồng phân cấu hình threo : erythro trong các alcohol được hoàn nguyên. + Đánh giá cấu trúc và khảo sát tỷ lệ đồng phân cấu hình threo và erythro của các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề trong sản phẩm. - Xác định các cấu trúc hợp chất mới từ một số alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề và các ketone tương ứng đã tổng hợp trên Scifinder.

- Tổng hợp pheromone côn trùng dạng (Z)-alken-1-ol: 10 + Tổng hợp thành công các n-bromoalkan-1-ol từ các diol với dung môi n-heptane thay thế benzene. + Sử dụng các hệ xúc tác: Pd(OAc)2/KOH/DMF, Pd(dba)2/KOH/DMF, PdNPsPEG/KOH/DMF và PdNPs@pectin/KOH/DMF khử hóa thành công các alkyne thành các (Z)-alkene mà không sử dụng hydrogen phân tử để tổng hợp một số pheromone dạng (Z)-alken-1-ol như: Pheromone giới tính bọ xít muỗi (Helopeltis theivora Waterhouse), pheromone giới tính của sâu tơ (Plutella xylostella), pheromone giới tính bọ hà khoai lang (Cylas formicarius) từ nguyên liệu ban đầu là các 1-alkyne và alkanediol. - Thử nghiệm hoạt tính sinh học: + Xác định các cấu trúc có khả năng dẫn dụ đuông dừa từ các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề và các ketone tương ứng đã tổng hợp. Trong đó, xác định các hợp chất có khả năng dẫn dụ đuông dừa tương đương tổ hợp pheromone đuông dừa đã biết là 4-methyl-5-nonanol (10a) và 4-methyl nonan-5-one (10c).

+ Đánh giá khả năng dẫn dụ đuông dừa của các cấu trúc có tỉ lệ đồng phân cấu hình threo : erythro khác nhau và xác định các cấu trúc có tiềm năng. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Về mặt học thuật, đối với tổng hợp một dãy các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề cho thấy sự thay đổi độ dài của mạch carbon không ảnh hưởng đến tỉ lệ các đồng phân erythro và threo (theo quy tắc Cram), điều này làm phong phú thêm kiến thức về tổng hợp các cấu trúc có tỉ lệ đồng phân cấu hình erythro và threo theo mong muốn. Bên cạnh đó, kết quả luận án còn đóng góp một phương pháp hiệu quả để tổng hợp các cấu trúc dạng (Z)-alken-1-ol từ các alkyne khi sử dụng các hệ xúc tác dưới dạng palladium trong DMF và KOH mà không sử dụng hydrogen phân tử. - Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ sự ảnh hưởng của các gốc alkyl đến tỉ lệ các đồng phân threo và erythro trong các tổng hợp các alcohol bậc 2 chứa nhóm thế methyl liền kề, đồng thời kết quả luận án cho thấy được với tỉ lệ đồng phân cấu hình threo và erythro như thế nào thì hiệu quả dẫn dụ côn trùng tốt hơn trên đồng ruộng.

Trong khi đó, phương pháp sử dụng các hệ xúc tác palladium còn đóng góp một hướng nghiên cứu hiệu quả để tổng hợp các cấu trúc dạng (Z)-alken-1-ol từ các alkyne mà không sử dụng hydrogen phân tử đặc biệt trong tổng hợp pheromone. Giới thiệu về pheromone 1. Định nghĩa pheromone Trước khi thuật ngữ “pheromone” ra đời thì các nhà nghiên cứu khoa học đã cho ra rất nhiều thuật ngữ khác nhau để định nghĩa cho các loại hợp chất này. Tuy nhiên nó chưa thể hiện được đầy đủ nhất về bản chất và giá trị của nó.

Đến năm 1959, thuật ngữ “pheromone” (chất dẫn dụ) được Karlson & Luscher sử dụng lần đầu tiên và nó bắt nguồn từ các Hy Lạp kết hợp lại giữa “pherein” (φερω) “hormon” (ὁρμων) có nghĩa là chất mang sự kích thích [1, 2]. Theo định nghĩa của Karlson và Luscher thì pheromone là một hợp chất hóa học tự nhiên được tìm thấy trong các loài côn trùng, động vật và kể cả con người. Nó là tín hiệu hóa học giữa các cá thể trong cùng một loài. Cụ thể nó là những chất dễ bay hơi được tiết từ một cá thể ra môi trường bên ngoài và nhờ tác động của không khí mà nó được truyền đến cá thể thứ hai khác giới cùng loài tiếp nhận gây nên những phản ứng chuyên biệt đáp lại [2].

Mô tả phương thức giao tiếp của hai cá thể cùng loài 1. Đặc điểm và phân loại pheromone 1. Đặc điểm Trong điều kiện tự nhiên, pheromone là một chất lỏng dễ bay hơi, nhờ vào tác động của môi trường mà tốc độ bay hơi và khuếch tán phụ thuộc vào tốc độ gió (không khí) hay nước. Pheromone bị phân hủy càng nhanh nếu nhiệt độ càng cao, nó chỉ tồn tại ở một giới hạn nhiệt độ nhất định trong môi trường tự nhiên.

Pheromone sinh dục là loại pheromone có khả năng khuếch tán xa nhất (tối đa 1 km) và pheromone đánh dấu đường đi có độ khuếch tán kém nhất [3]. Phân loại pheromone 12 Pheromone được phân loại thành năm nhóm dựa vào những đặc tính tồn tại và tính chất tác động lên sinh lý, hành vi của côn trùng ngoài tự nhiên. Bao gồm: pheromone ức chế (primer pheromone), pheromone phóng thích (releaser pheromone), pheromone giới tính (sex pheromone), pheromone đánh dấu (trail pheromone), pheromone báo động (alarm pheromone) [4]. Nhóm pheromone ức chế (primer pheromone) Sử dụng chủ yếu ở các loài côn trùng mang tập tính xã hội với mục đích là để ngăn chặn sự sản sinh của cá thể cùng loài như kiến, ong (thuộc bộ cánh màng Hymenoptera).

Chúng sẽ kích hoạt làm thay đổi hoạt động sinh lý có xu hướng theo chiều chậm lại ở cá thể nhận được, không có bất kỳ sự phản ứng nào về hành vi ngay tại thời điểm đó. Chúng tiếp nhận tín hiệu thông qua cảm giác (vị giác). Nhóm pheromone này không tìm thấy ở bộ cánh vảy (Lepidoptera) [5]. Nhóm pheromone phóng thích (releaser pheromone) Các pheromone thuộc nhóm này được mô tả rất nhiều.

Khi một cá thể nhận được tín hiệu hóa học của cá thể khác tiết ra trong cùng loài, ngay lập tức tạo ra sự thay đổi trong hành vi của cá thể nhận được. Chúng tiếp nhận tín hiệu thông qua cơ quan khứu giác (mùi) trực tiếp truyền đến hệ thống thần kinh trung ương và sửa đổi hành vi của cá thể đó. Nhóm pheromone này tiếp tục được chia nhỏ thành các loại khác nhau [4, 5]. Pheromone giới tính (sex pheromone) Đây là loại pheromone thường được tiết ra môi trường từ một cá thể thu hút các cá thể khác giới trong cùng loài từ xa với mục đích hấp dẫn sự giao phối, thường là một chất hoặc hỗn hợp của nhiều chất hóa học.

Chất này có thể tiết ra từ cả hai giới tính nhưng thường phổ biến ở cá thể cái.