Thực Hiện Phản Ứng Ghép Cặp C-C Giữa 3′,4′-Difluoroacetophenone và Các Dẫn Xuất Benzaldehyde

• Tác giả: Phạm Thị Ngọc Uyên
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Phương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Thực Hiện Phản Ứng Ghép Cặp C-C Giữa 3′,4′-Difluoroacetophenone Và Các Dẫn Xuất Benzaldehyde
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát về chalcone
• 1.2. Các phương pháp tổng hợp chalconoid
• 1.2.1. Phản ứng Claisen-Schmidt (ngưng tụ chéo aldol)
• 1.2.2. Phương pháp Meyer-Schuster
• 1.2.3. Khử amine của aziridine
• 1.2.4. Oxy hóa benzyl alcohol
• 1.2.5. Phản ứng Wittig
• 1.2.6. Khử hydro và khử oxy
• 1.2.7. Phương pháp ngưng tụ Claisen-Schmidt
• 1.2.7.1. Cơ chế phản ứng với chất xúc tác base
• 1.2.7.2. Cơ chế phản ứng với chất xúc tác acid
• 1.2.7.3. Phản ứng ngưng tụ Claisen–Schmidt trong điều kiện phi dung môi bằng phương pháp nghiền
• 1.2.8. Lý do chọn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Các dẫn xuất chalcone
• 2.3. Dụng cụ, thiết bị
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu trong bài luận văn
• 2.5. Phương pháp phân lập và tinh chế sản phẩm
• 2.6. Phương pháp kiểm nghiệm sản phẩm
• 2.7. Quy trình tổng hợp
• 2.7.1. Tổng hợp hợp chất NH01
• 2.7.2. Tổng hợp hợp chất NU02
• 2.7.3. Tổng hợp hợp chất NU03
• 2.7.4. Tổng hợp hợp chất NU04
• 2.7.5. Tổng hợp hợp chất NA03
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất của chalcone
• 3.2. Kết quả tổng hợp hợp chất NH01
• 3.3. Kết quả tổng hợp hợp chất NU02
• 3.4. Kết quả tổng hợp hợp chất NU03
• 3.5. Kết quả tổng hợp hợp chất NU04
• 3.6. Kết quả tổng hợp hợp chất NA03
• 3.7. Cơ chế tổng hợp các dẫn xuất chalcone
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan về Chalconoid Cấu Trúc Tính Chất và Ứng Dụng

Chalconoid là các dẫn xuất từ chalcone, có mặt trong nhiều loại thực vật, đặc biệt trong hoa, lá, rễ và trái. Chúng sở hữu cấu trúc độc đáo, tính chất đặc biệt, và hoạt tính sinh học đa dạng, bao gồm khả năng kháng viêm, kháng ung thư, chống oxy hóa, kháng virus, kháng tiểu đường và nhiều hoạt tính khác. Công thức phân tử của chalcone là C15H12O, được biết đến với tên gọi khác là 1,3-diphenyl-2-propen-1-one. Hợp chất này có cấu trúc gồm hai vòng thơm liên kết với nhau thông qua một hệ thống ba carbon không bão hòa ở vị trí α, β và chứa nhóm carbonyl. Do hàm lượng chalconoid trong tự nhiên thường thấp, việc tìm kiếm giải pháp nâng cao hiệu suất điều chế là rất quan trọng. Nghiên cứu đã chỉ ra nhiều chalcone tự nhiên có hoạt tính sinh học, như khả năng chống ung thư, chống viêm, chống đái tháo đường, chống oxy hóa và chống vi khuẩn [2, 4, 5].

1.1. Cấu Trúc Hóa Học Cơ Bản của Chalcone Khung Sườn Diphenylpropenone

Khung sườn cơ bản của chalcone bao gồm hai vòng thơm liên kết bởi một hệ thống ba carbon không bão hòa và một nhóm carbonyl. Cấu trúc này cho phép nhiều biến thể và dẫn xuất khác nhau, tạo nên sự đa dạng về tính chất và hoạt tính sinh học. Việc thay đổi các nhóm thế trên vòng thơm có thể điều chỉnh đáng kể các đặc tính của chalconoid. Các phương pháp phân tích phổ như NMR, MS, và HSQC được sử dụng để xác định cấu trúc phân tử của các chalconoid tổng hợp.

1.2. Hoạt Tính Sinh Học Đa Dạng của Chalconoid Ứng Dụng Tiềm Năng

Chalconoid thể hiện một loạt các hoạt tính sinh học, bao gồm khả năng chống viêm, kháng ung thư, chống oxy hóa, kháng virus, và kháng tiểu đường. Điều này làm cho chúng trở thành ứng cử viên tiềm năng trong việc phát triển các dược phẩm mới và các ứng dụng trong y học. Nghiên cứu đã chỉ ra nhiều chalcone tự nhiên có hoạt tính sinh học, như khả năng chống ung thư, chống viêm, chống đái tháo đường, chống oxy hóa và chống vi khuẩn [2, 4, 5].

II. Thách Thức trong Tổng Hợp Chalconoid Hiệu Suất và Tính Chọn Lọc

Mặc dù chalconoid có nhiều ứng dụng tiềm năng, việc tổng hợp chúng thường gặp phải những thách thức liên quan đến hiệu suất và tính chọn lọc của phản ứng. Các phương pháp truyền thống có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ, đòi hỏi các bước tinh chế phức tạp. Một thách thức lớn là việc kiểm soát vị trí của các nhóm thế trên vòng thơm để đạt được các dẫn xuất chalconoid có hoạt tính sinh học mong muốn. Do đó, việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và chọn lọc hơn là rất quan trọng. Ngoài ra, sự hình thành nhiều sản phẩm phụ và đòi hỏi điều kiện phản ứng nghiêm ngặt cũng là một số nhược điểm cần khắc phục [15].

2.1. Giới Hạn của Phản Ứng Claisen Schmidt Sản Phẩm Phụ và Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng Claisen-Schmidt, mặc dù phổ biến, có thể tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn do sự khó kiểm soát của quá trình ngưng tụ. Điều này đòi hỏi sự quan tâm đến điều kiện phản ứng và kiểm soát kỹ thuật để đảm bảo sự chọn lọc và độ tinh khiết của sản phẩm chalconoid. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất là cần thiết để tối ưu hóa quá trình tổng hợp.

2.2. Các Phương Pháp Tổng Hợp Thay Thế Ưu và Nhược Điểm

Ngoài phản ứng Claisen-Schmidt, nhiều phương pháp tổng hợp khác đã được phát triển, bao gồm phương pháp Meyer-Schuster, khử amine của aziridine, oxy hóa benzyl alcohol, và phản ứng Wittig. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng về hiệu suất, tính chọn lọc, và điều kiện phản ứng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào cấu trúc mục tiêu của chalconoid và các yêu cầu cụ thể của quá trình tổng hợp.

III. Phản Ứng Ghép Cặp C C Giải Pháp Tổng Hợp Chalconoid Hiệu Quả

Phản ứng ghép cặp C-C, đặc biệt là giữa difluoroacetophenone và benzaldehyde, mở ra một hướng tiếp cận hiệu quả để tổng hợp chalconoid. Phản ứng này cho phép tạo ra các liên kết C-C mới, mở rộng khả năng tổng hợp các phân tử phức tạp. Việc sử dụng các chất xúc tác phù hợp có thể tăng cường hiệu suất và tính chọn lọc của phản ứng. Đề tài “Thực hiện phản ứng ghép cặp C-C giữa 3′,4′-difluoroacetophenone và các dẫn xuất benzaldehyde” đã được lựa chọn thực hiện luận văn tốt nghiệp với mục tiêu điều chế, tinh chế và xác định cấu trúc.

3.1. Ưu Điểm của Việc Sử Dụng Difluoroacetophenone và Benzaldehyde

Difluoroacetophenone và benzaldehyde là những chất phản ứng phổ biến và dễ kiếm, làm cho phản ứng ghép cặp C-C trở nên kinh tế và thực tế. Sự hiện diện của các nhóm fluoro trong difluoroacetophenone có thể ảnh hưởng đến tính chất và hoạt tính sinh học của chalconoid được tổng hợp. Việc sử dụng các nhóm thế khác nhau trên benzaldehyde cho phép điều chỉnh cấu trúc và tính chất của sản phẩm.

3.2. Vai Trò của Chất Xúc Tác trong Phản Ứng Ghép Cặp C C

Chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tốc độ và hiệu suất của phản ứng ghép cặp C-C. Các chất xúc tác kim loại chuyển tiếp, như palladium, nickel, và copper, thường được sử dụng trong các phản ứng này. Việc lựa chọn chất xúc tác phù hợp phụ thuộc vào các chất phản ứng và điều kiện phản ứng cụ thể. Nghiên cứu đã sử dụng xúc tác KOH và NaOH rắn để tổng hợp chalconoid thành công bằng phản ứng ngưng tụ Claisen–Schmidt.

IV. Tối Ưu Hóa Phản Ứng Ảnh Hưởng Của Dung Môi Và Điều Kiện

Việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao và tính chọn lọc trong quá trình tổng hợp chalconoid. Các yếu tố như dung môi, nhiệt độ, thời gian phản ứng, và tỷ lệ chất phản ứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các dung môi phù hợp có thể cải thiện độ hòa tan của các chất phản ứng và tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy ra. Việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian phản ứng có thể ngăn ngừa sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn.

4.1. Lựa Chọn Dung Môi Thích Hợp Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Phản Ứng

Dung môi có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, độ chọn lọc, và khả năng hòa tan của các chất phản ứng. Việc lựa chọn dung môi phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo phản ứng xảy ra một cách hiệu quả. Các dung môi phân cực thường được sử dụng trong các phản ứng ghép cặp C-C để tăng cường độ hòa tan của các chất phản ứng.

4.2. Kiểm Soát Nhiệt Độ và Thời Gian Ngăn Ngừa Sản Phẩm Phụ

Nhiệt độ và thời gian phản ứng cần được kiểm soát chặt chẽ để ngăn ngừa sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn. Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến các phản ứng phân hủy, trong khi thời gian phản ứng quá dài có thể làm giảm độ chọn lọc của phản ứng. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao và sản phẩm tinh khiết.

V. Phân Tích Cấu Trúc Xác Định Chalconoid Bằng Các Phương Pháp Phổ

Sau khi tổng hợp, việc xác định cấu trúc của chalconoid là rất quan trọng. Các phương pháp phân tích phổ như NMR, MS, và IR được sử dụng để xác định cấu trúc phân tử của các hợp chất. Dữ liệu phổ cung cấp thông tin về các nhóm chức, liên kết, và cấu trúc tổng thể của chalconoid. Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân, khối phổ và phổ tương quan lượng tử đơn hạt nhân để xác định cấu trúc phân tử của các chalconoid.

5.1. Phổ NMR Xác Định Các Proton và Carbon Trong Cấu Trúc Chalconoid

Phổ NMR cung cấp thông tin chi tiết về các proton và carbon trong cấu trúc chalconoid. Dữ liệu NMR cho phép xác định các nhóm chức, vị trí của các nhóm thế, và cấu trúc tổng thể của phân tử. Các phổ 1H NMR và 13C NMR thường được sử dụng để xác định cấu trúc của các chalconoid.

5.2. Khối Phổ MS Xác Định Khối Lượng Phân Tử và Các Mảnh Vỡ

Khối phổ (MS) cung cấp thông tin về khối lượng phân tử của chalconoid và các mảnh vỡ của phân tử. Dữ liệu MS cho phép xác định công thức phân tử và các nhóm chức có trong phân tử. Phổ MS thường được sử dụng để xác nhận cấu trúc của các chalconoid sau khi tổng hợp.

VI. Ứng Dụng Tiềm Năng Chalconoid Trong Y Học và Các Lĩnh Vực Khác

Chalconoid có nhiều ứng dụng tiềm năng trong y học, nông nghiệp, và các lĩnh vực khác. Hoạt tính sinh học đa dạng của chúng, bao gồm khả năng chống viêm, kháng ung thư, và chống oxy hóa, làm cho chúng trở thành ứng cử viên tiềm năng trong việc phát triển các dược phẩm mới. Ngoài ra, chalconoid còn được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm, chất tạo màu thực phẩm, thuốc nhuộm và thuốc diệt côn trùng [3]. Nghiên cứu về ứng dụng của chalconoid đang được tiến hành rộng rãi để khám phá các tiềm năng của chúng.

6.1. Chalconoid với Vai trò Chống Ung Thư và Kháng Viêm

Chalconoid đã được chứng minh có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và giảm viêm trong các nghiên cứu in vitro và in vivo. Các nghiên cứu lâm sàng đang được tiến hành để đánh giá hiệu quả của chalconoid trong điều trị ung thư và các bệnh viêm nhiễm. Chalconoid tự nhiên đã được chứng minh có nhiều hoạt tính sinh học, bao gồm khả năng chống ung thư, chống viêm, chống đái tháo đường, khả năng chống oxy hóa và chống vi khuẩn [2, 4, 5].

6.2. Tiềm Năng Trong Nông Nghiệp Thuốc Diệt Côn Trùng và Bảo Vệ Thực Vật

Chalconoid có thể được sử dụng làm thuốc diệt côn trùng và bảo vệ thực vật do khả năng kháng côn trùng và kháng nấm của chúng. Việc sử dụng chalconoid trong nông nghiệp có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các loại thuốc trừ sâu hóa học và bảo vệ môi trường. Chalconoid còn được sử dụng trong sản xuất thuốc diệt côn trùng [3].