Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực hóa học các hợp chất thiên nhiên và hóa dược, chalcone cùng các dẫn xuất của nó (chalconoid) là nhóm hợp chất hữu cơ có cấu trúc cơ bản gồm hai vòng thơm liên kết qua hệ thống ba carbon không bão hòa ở vị trí $\alpha, \beta$ và chứa nhóm carbonyl ($1,3\text{-diphenyl-2-propen-1-one}$). Các hợp chất chalconoid phân bố tự nhiên trong nhiều bộ phận của thực vật như hoa, lá, rễ và quả. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh nhóm chất này sở hữu hoạt tính sinh học phong phú, bao gồm khả năng kháng viêm, chống ung thư, chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, hạ sốt, giảm đau và hỗ trợ điều trị đái tháo đường. Tuy nhiên, hàm lượng chalconoid tự nhiên trong sinh khối thực vật thường rất thấp, gây nhiều trở ngại cho quá trình tách chiết và tinh chế ở quy mô lớn. Do đó, việc ứng dụng các phương pháp tổng hợp hóa học nhằm tạo ra các dẫn xuất chalconoid với sản lượng cao là hướng tiếp cận cần thiết.

Bên cạnh đó, việc đưa nguyên tử hoặc nhóm thế fluorine vào khung phân tử hữu cơ là chiến lược được quan tâm trong nghiên cứu dược phẩm. Sự hiện diện của nhóm fluoro ($-F$) có khả năng cải thiện độ bền chuyển hóa, nâng cao tính thân dầu, hỗ trợ tương tác liên kết sinh học và gia tăng hiệu lực kháng viêm, chống oxy hóa. Nhiều loại dược phẩm chứa fluorine đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt như fludrocortisone, $5\text{-fluorouracil}$ hay atorvastatin (Lipitor). Nghiên cứu của Burmaoglu và cộng sự (2016) cũng chứng minh các dẫn xuất chalconoid chứa fluorine có hiệu suất tổng hợp đạt $80 - 90%$ và thể hiện khả năng ức chế chọn lọc hai enzyme acetylcholinesterase và butyrylcholinesterase. Xuất phát từ cơ sở thực tiễn đó, đề tài khóa luận "Thực hiện phản ứng ghép cặp C-C giữa 3′,4′-difluoroacetophenone và các dẫn xuất benzaldehyde" được tác giả Phạm Thị Ngọc Uyên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Hồ Phương tại Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được phân định thành ba nội dung chính:

  1. Điều chế: Thực hiện phản ứng ghép cặp C-C (ngưng tụ Claisen–Schmidt) giữa tiền chất $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ với 5 dẫn xuất benzaldehyde khác nhau theo phương pháp có dung môi và phương pháp nghiền cơ hóa học phi dung môi.
  2. Tinh chế: Phân lập và làm sạch các sản phẩm tạo thành bằng kỹ thuật chiết lỏng-lỏng và sắc ký cột cổ điển; kiểm soát độ tinh khiết bằng sắc ký lớp mỏng (TLC).
  3. Xác định cấu trúc: Đo điểm nóng chảy và giải mã cấu trúc phân tử của các hợp chất tổng hợp được thông qua các phương pháp phổ nghiệm hiện đại gồm phổ khối lượng (MS) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC).

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phản ứng ghép cặp giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ và 5 dẫn xuất benzaldehyde gồm: benzaldehyde, $4\text{-methoxybenzaldehyde}$, $3\text{-fluorobenzaldehyde}$, $4\text{-fluorobenzaldehyde}$ và $3,4\text{-difluorobenzaldehyde}$. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại hệ thống phòng thí nghiệm của Bộ môn Hóa, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; các phép đo phổ nghiệm phân tích cấu trúc được phối hợp thực hiện trên hệ thống thiết bị chuyên dụng tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Hà Nội). Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm và báo cáo được hoàn thành vào tháng 8 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài tập trung vào phản ứng ngưng tụ Claisen–Schmidt (phản ứng ngưng tụ chéo aldol) để tạo liên kết carbon-carbon giữa dẫn xuất ketone thơm và aldehyde thơm. Trong luận văn, tác giả đã hệ thống hóa các con đường tổng hợp chalconoid kinh điển và làm rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp:

  • Phương pháp Meyer-Schuster: Sử dụng nguyên liệu propargyl alcohol, propargyl acetate hoặc siloxypropyne; quy trình phức tạp, hiệu suất thấp và đòi hỏi điều kiện phản ứng nghiêm ngặt.
  • Phương pháp khử amine của aziridine: Chuyển đổi nhóm amine thành carbonyl dưới tác dụng của các tác nhân oxy hóa như $\text{N}_2\text{O}_4$, $\text{I}_2$, n-butyl nitrite, NOCl; phương pháp cho hiệu suất cao nhưng chi phí hóa chất đắt đỏ.
  • Phương pháp oxy hóa benzyl alcohol: Dùng các tác nhân như $\text{H}_2\text{O}_2$ để tạo ketone tương ứng; hạn chế là tạo nhiều sản phẩm phụ và hiệu suất tổng hợp thấp.
  • Phản ứng Wittig: Tương tác giữa aldehyde hoặc ketone với triphenylphosphonium ylide; đòi hỏi kiểm soát khắt khe điều kiện phản ứng để đạt tính chọn lọc.
  • Phương pháp khử hydro và khử oxy: Khử hydro của $3\text{-phenylpropiophenone}$ với xúc tác $\text{Cu(OAc)}_2\text{/bpy}$ hoặc $\text{Pd(OAc)}_2$; nhược điểm là yêu cầu nhiệt độ, áp suất cao, nguy cơ phát sinh chất thải độc hại cho môi trường.
  • Phản ứng ngưng tụ Claisen–Schmidt: Đây là con đường tối ưu được lựa chọn nhờ quy trình một bước đơn giản, kinh tế, hạn chế sản phẩm phụ và cho phép linh hoạt biến đổi các nhóm thế trên khung phân tử.

Về mặt cơ chế, phản ứng Claisen–Schmidt xúc tác base diễn ra theo 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 (Tạo enolate): Xúc tác kiềm tách proton $\text{H}_\alpha$ có tính acid của $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ để tạo carbanion dạng enolate đóng vai trò tác nhân nucleophile.
  • Giai đoạn 2 (Cộng ái nhân): Enolate tấn công vào carbon carbonyl của dẫn xuất benzaldehyde (đóng vai trò tác nhân electrophile), tạo thành hợp chất trung gian hydroxy ketone. Mật độ điện tích dương trên carbon carbonyl của benzaldehyde quyết định tốc độ phản ứng; các nhóm thế hút electron trên vòng thơm sẽ thúc đẩy phản ứng, trong khi nhóm đẩy electron qua hiệu ứng cộng hưởng ($+R$) ở vị trí ortho hoặc para làm giảm hoạt tính electrophile.
  • Giai đoạn 3 (Tách nước): Hợp chất trung gian hydroxy ketone trải qua quá trình tách phân tử nước để hình thành hệ liên hợp $\alpha,\beta\text{-carbonyl}$ bất bão hòa của chalcone.

Ngược lại, phản ứng Claisen–Schmidt xúc tác acid trải qua quá trình tautomer hóa ketone thành enol kết hợp proton hóa nhóm carbonyl của aldehyde trước khi tấn công tạo liên kết C-C và tách nước. Cơ chế acid có nhược điểm lớn là tốc độ phản ứng chậm (thường mất nhiều ngày) và dễ sinh ra hỗn hợp phụ phẩm phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tác giả triển khai kết hợp giữa kỹ thuật tổng hợp cổ điển và phương pháp hóa học xanh:

  • Phương pháp khuấy từ trong dung môi: Áp dụng để tổng hợp hợp chất ký hiệu NH01 với dung môi ethanol, chất xúc tác hòa tan KOH, thời gian khuấy 5 giờ tại nhiệt độ phòng.
  • Phương pháp nghiền phi dung môi (Solvent-free mechanochemical synthesis): Áp dụng để tổng hợp 4 hợp chất ký hiệu NU02, NU03, NU04 và NA03. Tác chất được nghiền mịn trực tiếp cùng chất xúc tác base rắn NaOH trong cối thạch anh ở nhiệt độ phòng trong 30 phút. Phương pháp này giảm thiểu sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, rút ngắn đáng kể thời gian phản ứng.
  • Phương pháp phân lập và tinh chế: Xử lý trung hòa khối phản ứng bằng dung dịch acid $\text{HCl } 6\text{ N}$ về khoảng $\text{pH } 6 - 7$; chiết sản phẩm ra khỏi pha nước bằng dung môi dichloromethane ($\text{CH}_2\text{Cl}_2$, tỷ trọng $d = 1,33\text{ g/mL}$); làm khan pha hữu cơ bằng muối $\text{Na}_2\text{SO}_4$; cô đuổi dung môi bằng hệ thống cô quay chân không ở $45\text{ }^\circ\text{C}$; chạy sắc ký cột cổ điển sử dụng pha tĩnh silica gel 60 (kích thước hạt $0,063 - 0,200\text{ mm}$, hãng Merck) với hệ dung môi pha động n-hexane:ethyl acetate (EtOAc).
  • Phương pháp kiểm nghiệm và phân tích cấu trúc:
    • Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm tráng sẵn silica gel 60 $\text{F}_{254}$ (Merck), phát hiện vết dưới buồng soi đèn tử ngoại (UV) ở bước sóng $254\text{ nm}$ và $365\text{ nm}$, tính toán hệ số di chuyển $R_f = a/b$.
    • Xác định nhiệt độ nóng chảy bằng phương pháp ống mao quản đặt trong ống Thiele.
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ ở tần số $600\text{ MHz}$, $^{13}\text{C-NMR}$ ở tần số $150\text{ MHz}$ và phổ tương quan 2D HSQC) đo trên máy Bruker Avance III spectrometer sử dụng dung môi deuterated chloroform ($\text{CDCl}_3$).
    • Phổ khối lượng (MS) đo trên máy LC–MSD–Trap–SL nhằm xác định mũi ion phân tử $[M+\text{H}]^+$.

Nguồn dữ liệu thực nghiệm dựa trên các hóa chất thương mại có độ tinh khiết cao ($\ge 95% - 99%$) từ các nhà sản xuất Aladdin, Across Organics, J.Banker, Chemsol, Xilong Scientific và Merck.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày hệ thống lý thuyết về cấu trúc phân tử của chalcone ($1,3\text{-diphenyl-2-propen-1-one}$) và nguồn gốc sinh học của các dẫn xuất chalconoid trong tự nhiên. Tác giả tổng kết các nghiên cứu về hoạt tính sinh học đa dạng của chalcone (kháng ung thư, chống viêm, kháng vi khuẩn, kháng oxy hóa, chống đái tháo đường) cùng các hợp chất tiêu biểu như xanthohumol, isoliquiritigenin và isobavachalcone. Chương này phân tích chi tiết 6 phương pháp tổng hợp hóa học, so sánh cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen–Schmidt dưới tác dụng của xúc tác base và xúc tác acid, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các hiệu ứng điện tử từ nhóm thế trên vòng thơm đến khả năng phản ứng. Bên cạnh đó, tác giả luận giải xu hướng chuyển dịch sang các phản ứng trong điều kiện phi dung môi bằng phương pháp nghiền cơ học sử dụng xúc tác base rắn (như nghiên cứu của Arslan và cộng sự năm 2016 với thời gian phản ứng $10 - 15$ phút, hiệu suất $60 - 80%$). Phần cuối chương nêu bật lý do chọn đề tài dựa trên tiềm năng sinh học của nguyên tử fluorine và nhu cầu tối ưu hóa quy trình điều chế các chalconoid mang nhóm thế fluoro.

Chương 2: Thực nghiệm – Phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, thông số kỹ thuật của thiết bị (máy cô quay Yamato RE 301A-W, buồng soi UV hai bước sóng $254\text{ nm}$ và $365\text{ nm}$, cân phân tích 4 số, cân kỹ thuật 2 số, máy Bruker Avance III spectrometer, máy LC–MSD–Trap–SL) và quy trình thực nghiệm cho từng phản ứng:

  • Hợp chất NH01: Phản ứng giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,464\text{ mL}$, $3,7\text{ mmol}$) và benzaldehyde ($0,377\text{ mL}$, $3,7\text{ mmol}$) với sự có mặt của $3,1\text{ mL}$ KOH và $6\text{ mL}$ ethanol; khuấy từ 5 giờ ở nhiệt độ phòng. Hỗn hợp tạo kết tủa, được lọc rửa bằng nước cất, sấy khô, kiểm tra bằng TLC và tinh chế qua cột sắc ký với hệ dung môi n-hexane:EtOAc ($95:5$).
  • Hợp chất NU02: Phản ứng giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,627\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$) và $4\text{-methoxybenzaldehyde}$ ($0,608\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$), xúc tác NaOH rắn ($0,4\text{ g}$); nghiền trong cối thạch anh 30 phút. Sau phản ứng, hỗn hợp chuyển sang màu vàng nhạt và sệt lại. Tiến hành trung hòa bằng $\text{HCl } 6\text{ N}$ đến $\text{pH } 6 - 7$, chiết với dichloromethane ($3 \times 30\text{ mL}$), làm khan bằng $\text{Na}_2\text{SO}_4$, cô quay chân không ở $45\text{ }^\circ\text{C}$ và tinh chế bằng sắc ký cột với hệ n-hexane:EtOAc ($85:15$). Vết sản phẩm phát huỳnh quang màu xanh dương dưới đèn UV bước sóng $365\text{ nm}$.
  • Hợp chất NU03: Phản ứng giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,627\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$) và $3\text{-fluorobenzaldehyde}$ ($0,531\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$), xúc tác NaOH rắn ($0,4\text{ g}$); nghiền 30 phút. Khối phản ứng chuyển sang màu vàng nhạt, sệt lại rồi đóng rắn thành cục. Quy trình xử lý acid hóa, chiết phân bố tương tự NU02; tinh chế qua cột silica gel với hệ n-hexane:EtOAc ($9:1$).
  • Hợp chất NU04: Phản ứng giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,627\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$) và $4\text{-fluorobenzaldehyde}$ ($0,536\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$), xúc tác NaOH rắn ($0,4\text{ g}$); nghiền 30 phút. Hỗn hợp chuyển từ màu vàng nhạt sang đậm dần. Tinh chế sản phẩm thô qua cột sắc ký với hệ n-hexane:EtOAc ($95:5$).
  • Hợp chất NA03: Phản ứng giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,627\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$) và $3,4\text{-difluorobenzaldehyde}$ ($0,551\text{ mL}$, $5\text{ mmol}$), xúc tác NaOH rắn ($0,4\text{ g}$); nghiền liên tục 30 phút ở nhiệt độ phòng. Hỗn hợp chuyển màu vàng đậm dần. Tinh chế qua cột với hệ dung môi n-hexane:EtOAc ($95:5$).

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm, hình thái sản phẩm, các thông số hóa lý và phân tích phổ học:

  • Hợp chất NH01: Tên gọi hóa học là $(E)\text{-1-(3,4-difluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one}$. Sản phẩm thu được ở dạng tinh thể rắn màu trắng; nhiệt độ nóng chảy đo được là $81 - 83\text{ }^\circ\text{C}$; hiệu suất tổng hợp đạt $H = 51%$. Kết quả sắc ký lớp mỏng cho các giá trị $R_f$ tương ứng: $0,78$ trong hệ n-hexane:EtOAc ($85:15$); $0,46$ trong hệ n-hexane:EtOAc ($9:1$); và $0,37$ trong hệ n-hexane:EtOAc ($95:5$). Phổ MS ghi nhận mũi ion giả $[M+\text{H}]^+ = 244,9$, phù hợp với công thức phân tử $\text{C}{15}\text{H}{10}\text{F}_2\text{O}$ (khối lượng phân tử lý thuyết $M = 244,07\text{ g/mol}$).
  • Biện luận phổ cộng hưởng từ hạt nhân của NH01: Phổ $^1\text{H-NMR}$ ($\text{CDCl}3$, $600\text{ MHz}$) xuất hiện vùng tín hiệu từ $7,25$ đến $7,95\text{ ppm}$ tương ứng với 10 proton trong phân tử. Cấu hình lập thể trans của liên kết đôi $>\text{C}=\text{C}<$ được khẳng định nhờ hai tín hiệu mũi đôi (doublet) có hằng số tương tác spin-spin lớn: $\delta\text{H} = 7,83\text{ ppm}$ ($d, ^3J_{\text{H},\text{H}} = 15,6\text{ Hz}, 1\text{H}$, gán cho proton $\text{H}\beta$ do chịu ảnh hưởng dịch chuyển về phía trường thấp từ nhóm carbonyl) và $\delta\text{H} = 7,45\text{ ppm}$ ($d, ^3J_{\text{H},\text{H}} = 15,6\text{ Hz}, 1\text{H}$, gán cho proton $\text{H}\alpha$). Vòng A chứa hai nhóm fluoro ở vị trí $3'$ và $4'$: proton $\text{H}{6'}$ xuất hiện dạng mũi đa tại $\delta_\text{H} = 7,87\text{ ppm}$ ($m, 1\text{H}$); proton $\text{H}{2'}$ xuất hiện tại $\delta\text{H} = 7,81\text{ ppm}$ ($m, 1\text{H}$); proton $\text{H}{5'}$ xuất hiện ở trường cao hơn tại $\delta\text{H} = 7,31\text{ ppm}$ dạng mũi đôi-đôi ($dd, ^3J_{\text{H},\text{F}} = 17,4\text{ Hz}, ^3J_{\text{H},\text{H}} = 7,8\text{ Hz}, 1\text{H}$) do hiệu ứng ghép với nguyên tử fluorine và proton lân cận. Trên vòng B, các proton $\text{H}2$ và $\text{H}6$ xuất hiện ở $\delta\text{H} = 7,66\text{ ppm}$ ($d, ^3J{\text{H},\text{H}} = 6\text{ Hz}$) và $7,64\text{ ppm}$ ($d, ^3J_{\text{H},\text{H}} = 7,2\text{ Hz}$); hai proton $\text{H}3$ và $\text{H}5$ xuất hiện ở $\delta\text{H} = 7,44\text{ ppm}$ ($d, ^3J{\text{H},\text{H}} = 5,4\text{ Hz}$). Phổ HSQC xác định carbon $\text{C}\alpha$ tại $\delta\text{C} = 120,9\text{ ppm}$ và carbon $\text{C}\beta$ tại $\delta\text{C} = 145,8\text{ ppm}$.
  • Các hợp chất tổng hợp bằng phương pháp nghiền phi dung môi (NU02, NU03, NU04, NA03): Quá trình biến đổi pha và màu sắc hỗn hợp phản ứng sau 30 phút nghiền được kiểm soát chặt chẽ bằng TLC. Dịch chiết sau phản ứng được tinh sạch qua cột sắc ký silica gel với tỷ lệ dung môi tối ưu riêng biệt cho từng dẫn xuất, loại bỏ hoàn toàn các tác chất ban đầu chưa phản ứng và các sản phẩm ngưng tụ phụ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công 05 dẫn xuất chalconoid mang nhóm thế fluorine trên khung phân tử $3',4'\text{-difluoro}$. Các thông số thực nghiệm chính của các quy trình được tổng hợp trong bảng đối sánh sau:

Mã hợp chất Tác chất aldehyde kết cặp Điều kiện & Phương pháp phản ứng Xúc tác Hệ dung môi sắc ký cột (n-hexane:EtOAc) Dữ liệu kiểm nghiệm & Phổ học
NH01 Benzaldehyde Khuấy từ trong dung môi ethanol, 5 giờ, nhiệt độ phòng KOH $95:5$ Tinh thể trắng; $T_\text{nc} = 81 - 83\text{ }^\circ\text{C}$; $H = 51%$; $[M+\text{H}]^+ = 244,9$; $^1\text{H-NMR}$ ($J_{\text{trans}} = 15,6\text{ Hz}$), $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC
NU02 4-Methoxybenzaldehyde Nghiền cơ hóa học phi dung môi, cối thạch anh, 30 phút NaOH rắn $85:15$ Hỗn hợp vàng nhạt sệt; TLC phát quang xanh dương ở $365\text{ nm}$; tinh chế qua cột; phổ NMR, MS
NU03 3-Fluorobenzaldehyde Nghiền cơ hóa học phi dung môi, cối thạch anh, 30 phút NaOH rắn $9:1$ Hỗn hợp vàng nhạt chuyển đậm và cứng thành cục; tinh chế qua cột; phổ NMR, MS
NU04 4-Fluorobenzaldehyde Nghiền cơ hóa học phi dung môi, cối thạch anh, 30 phút NaOH rắn $95:5$ Hỗn hợp vàng đậm dần sau 30 phút; tinh chế qua cột; phổ NMR, MS
NA03 3,4-Difluorobenzaldehyde Nghiền cơ hóa học phi dung môi, cối thạch anh, 30 phút NaOH rắn $95:5$ Hỗn hợp chuyển vàng đậm; kiểm soát TLC ở bước sóng $254\text{ nm}$; tinh chế qua cột; phổ NMR, MS

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở các khía cạnh:

  • Đóng góp về phương pháp thực nghiệm: Chứng minh tính khả thi của phương pháp nghiền cơ hóa học phi dung môi sử dụng xúc tác kiềm rắn NaOH đối với tiền chất $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$. Quy trình giúp giảm thời gian phản ứng từ 5 giờ (ở phản ứng khuấy từ có dung môi) xuống còn 30 phút, đồng thời loại bỏ việc sử dụng lượng lớn dung môi phản ứng ban đầu, phù hợp với các tiêu chí của hóa học xanh.
  • Đóng góp về dữ liệu khoa học: Xây dựng quy trình phân lập chiết lỏng-lỏng và lựa chọn hệ dung môi sắc ký cột phân tách đặc thù cho từng dẫn xuất chalcone chứa fluorine. Cung cấp bộ dữ liệu phổ nghiệm đầy đủ ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, MS) và nhiệt độ nóng chảy chuẩn xác của dẫn xuất $(E)\text{-1-(3,4-difluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one}$ (NH01), chứng minh cấu hình lập thể liên kết đôi dạng trans.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung văn bản khóa luận, một số hạn chế và định hướng phát triển được ghi nhận:

  • Hạn chế:
    • Phản ứng nghiền cơ hóa học trong điều kiện phi dung môi tuy diễn ra nhanh nhưng khó kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và tính đồng nhất của khối phản ứng, dẫn đến sự xuất hiện của các tạp chất hoặc sản phẩm phụ đòi hỏi phải qua bước tinh chế sắc ký cột silica gel tiêu tốn dung môi hữu cơ.
    • Đề tài mới thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ ($3,7\text{ mmol}$ đến $5\text{ mmol}$ tác chất) và dừng lại ở khâu tổng hợp, phân lập, xác định cấu trúc; văn bản chưa cung cấp số liệu khảo sát hoạt tính sinh học trực tiếp trên mô hình tế bào hay enzyme đối với các dẫn xuất đã tổng hợp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học (in vitro) của 5 dẫn xuất chalconoid chứa fluorine thu được, tập trung vào các thử nghiệm kháng viêm, chống oxy hóa, kháng khuẩn và ức chế enzyme cholinesterase theo định hướng phát triển tiền dược chất.
    • Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của phản ứng nghiền (tỷ lệ chất xúc tác base, thử nghiệm các loại xúc tác dị thể thân thiện môi trường khác như zeolit base, hydrotalcite) nhằm nâng cao hiệu suất tổng hợp và hạn chế tối đa việc tạo phụ phẩm.
    • Mở rộng phạm vi cơ chất với các dẫn xuất aldehyde dị vòng hoặc aldehyde thơm có các nhóm thế khác nhằm xây dựng thư viện dẫn xuất chalconoid phong phú hơn.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng và mục đích học thuật sau:

  • Sinh viên và học viên ngành Hóa học, Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa dược: Cung cấp hướng dẫn chi tiết về kỹ thuật tổng hợp hữu cơ theo phương pháp nghiền cơ hóa học phi dung môi, các bước tiến hành trung hòa, chiết tách lỏng-lỏng và kỹ thuật nhồi/chạy sắc ký cột phân đoạn.
  • Người làm nghiên cứu về tổng hợp chalcone: Cung cấp quy trình thực nghiệm rõ ràng kèm tỷ lệ mol, lượng hóa chất, thời gian và hiện tượng quan sát trực tiếp đối với các phản ứng sử dụng tiền chất acetophenone chứa fluorine.
  • Người học chuyên đề phân tích phổ nghiệm hữu cơ: Phần giải phổ của hợp chất NH01 là tài liệu tham khảo trực quan về phương pháp phân tích độ dịch chuyển hóa học ($\delta$), dạng mũi phổ, hằng số tương tác spin-spin ($J$) giữa proton-proton và proton-fluorine ($^3J_{\text{H},\text{F}}$), cách kết hợp phổ hai chiều HSQC để quy gán chính xác từng nguyên tử carbon và hydrogen trên phân tử liên hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp tổng hợp hợp chất NH01 khác biệt như thế nào so với 4 hợp chất còn lại (NU02, NU03, NU04, NA03)?
Hợp chất NH01 được tổng hợp bằng phương pháp khuấy từ trong dung môi ethanol với chất xúc tác hòa tan KOH trong thời gian 5 giờ tại nhiệt độ phòng, tạo sản phẩm kết tủa trực tiếp. Ngược lại, 4 hợp chất còn lại được tổng hợp bằng phương pháp nghiền cơ học trong cối thạch anh ở điều kiện phi dung môi, sử dụng chất xúc tác là NaOH rắn và thời gian phản ứng rút ngắn xuống còn 30 phút.

2. Dữ liệu phổ nghiệm nào chứng minh hợp chất NH01 tồn tại ở cấu hình lập thể trans tại liên kết đôi?
Cấu hình trans được khẳng định dựa vào hai tín hiệu mũi đôi (doublet) trên phổ $^1\text{H-NMR}$ tại $\delta_\text{H} = 7,83\text{ ppm}$ và $\delta_\text{H} = 7,45\text{ ppm}$. Cả hai mũi này đều có hằng số tương tác spin-spin $^3J_{\text{H},\text{H}} = 15,6\text{ Hz}$, giá trị đặc trưng cho tương tác ghép cặp giữa hai proton ở vị trí trans qua liên kết đôi $>\text{C}=\text{C}<$ của hệ chalcone.

3. Lượng tác chất và chất xúc tác được sử dụng trong quy trình tổng hợp các hợp chất NU02, NU03, NU04 và NA03 là bao nhiêu?
Trong quy trình nghiền phi dung môi của cả 4 hợp chất này, tác giả sử dụng $0,4\text{ g}$ NaOH rắn làm xúc tác, kết hợp với $5\text{ mmol}$ $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ ($0,627\text{ mL}$) và $5\text{ mmol}$ dẫn xuất benzaldehyde tương ứng (cụ thể: $0,608\text{ mL}$ $4\text{-methoxybenzaldehyde}$; $0,531\text{ mL}$ $3\text{-fluorobenzaldehyde}$; $0,536\text{ mL}$ $4\text{-fluorobenzaldehyde}$; hoặc $0,551\text{ mL}$ $3,4\text{-difluorobenzaldehyde}$).

4. Mục đích của bước acid hóa bằng dung dịch $\text{HCl } 6\text{ N}$ về $\text{pH } 6 - 7$ sau phản ứng nghiền là gì?
Bước acid hóa nhằm trung hòa lượng xúc tác kiềm NaOH rắn còn dư trong hỗn hợp phản ứng sau khi kết thúc quá trình nghiền, đưa môi trường về trạng thái trung tính ($\text{pH } 6 - 7$), giúp ngăn chặn các phản ứng phụ tiếp diễn và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết tách sản phẩm vào pha hữu cơ dichloromethane.

5. Khóa luận sử dụng các hệ pha động nào trong kỹ thuật sắc ký lớp mỏng (TLC) và sắc ký cột?
Pha động được sử dụng là hệ dung môi phối trộn giữa n-hexane và ethyl acetate (EtOAc) theo các tỷ lệ thể tích khác nhau tùy độ phân cực của chất: hệ $95:5$ (dùng cho NH01, NU04, NA03); hệ $9:1$ (dùng cho NH01, NU03); hệ $85:15$ (dùng cho NH01, NU02, NU03, NU04, NA03); và hệ $8:2$ (dùng trong thử nghiệm TLC cho NU02, NU04).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Thị Ngọc Uyên đã hoàn thành việc nghiên cứu tổng hợp 05 dẫn xuất chalconoid chứa fluorine từ phản ứng ghép cặp C-C giữa $3',4'\text{-difluoroacetophenone}$ và các dẫn xuất benzaldehyde dựa trên cơ chế ngưng tụ Claisen–Schmidt. Đề tài đã áp dụng thành công quy trình nghiền cơ hóa học phi dung môi với xúc tác base rắn NaOH ở nhiệt độ phòng, giúp rút ngắn thời gian phản ứng xuống 30 phút so với phương pháp khuấy từ trong dung môi truyền thống. Các sản phẩm sau tổng hợp được làm sạch bằng phương pháp chiết và sắc ký cột cổ điển, đồng thời cấu trúc hóa học của hợp chất $(E)\text{-1-(3,4-difluorophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one}$ (NH01) được xác định thông qua hệ thống phổ khối lượng MS và phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC). Công trình cung cấp quy trình thực nghiệm và các dẫn liệu phổ nghiệm làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo về hoạt tính dược học của nhóm dẫn xuất chalcone mang nguyên tử fluorine.