TỔNG HỢP CÁC CHALCONOID TỪ 3′-FLUOROACETOPHENONE VÀ CÁC DẪN XUẤT BENZALDEHYDE

• Tác giả: Phạm Thành Trung
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Minh Hảo
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Tổng hợp các chalconoid từ 3′-fluoroacetophenone và các dẫn xuất benzaldehyde
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp/ Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm chung về chalcone
• 1.2. Các phương pháp tổng hợp chalconoid
• 1.2.1. Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt với xúc tác acid/ base trong điều kiện có dung môi
• 1.2.2. Phản ứng ngưng tụ Claisen – Schmidt trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng NaOH bằng phương pháp nghiền
• 1.2.3. Tổng hợp các chalconoid trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng đất sét dưới sự hỗ trợ của vi sóng
• 1.2.3.1. Giới thiệu về vi sóng trong tổng hợp hữu cơ
• 1.2.3.2. Tổng hợp các chalconoid trong điều kiện phi dung môi, xúc tác bằng đất sét dưới sự hỗ trợ của vi sóng
• 1.2.3.3. Lý do chọn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nguyên liệu, dụng cụ cho việc tổng hợp
• 2.1.3. Dụng cụ và trang thiết bị dùng trong tổng hợp thông qua phương pháp nghiền và chiếu xạ vi sóng
• 2.1.4. Dụng cụ và thiết bị dùng trong tinh sạch và kiểm nghiệm
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp tổng hợp
• 2.2.2. Phương pháp cô lập và tinh sạch sản phẩm
• 2.2.3. Phương pháp kiểm định sản phẩm
• 2.2.3.1. Phương pháp sắc ký lớp mỏng
• 2.2.3.2. Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy
• 2.2.3.3. Phương pháp phổ NMR và phổ MS
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp PT04
• 3.1.1.1. Tính chất, độ tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và hiệu suất tổng hợp
• 3.1.1.2. Biện luận giải phổ PT04
• 3.1.2. Kết quả tổng hợp PT05
• 3.1.2.1. Tính chất, độ tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và hiệu suất tổng hợp
• 3.1.2.2. Biện luận giải phổ PT05
• 3.1.3. Kết quả tổng hợp PT07
• 3.1.3.1. Tính chất, nhiệt độ nóng chảy, hiệu suất
• 3.1.3.2. Biện luận giải phổ PT07
• 3.1.4. Kết quả tổng hợp PT08
• 3.1.4.1. Tính chất, nhiệt độ nóng chảy, hiệu suất
• 3.1.4.2. Biện luận giải phổ PT08
• 3.1.5. Kết quả tổng hợp PT09
• 3.1.5.1. Tính chất, nhiệt độ nóng chảy, hiệu suất
• 3.1.5.2. Biện luận phổ PT09
• 3.2. Cơ cế tổng hợp các dẫn xuất chalconnoid
• 3.2.1. Cơ chế tổng hợp PT04, PT05, PT07 và PT08
• 3.2.2. Cơ chế đề nghị tổng hợp PT09
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Chalconoid Cấu Trúc Tính Chất Ứng Dụng

Chalconoid là một nhóm hợp chất tự nhiên phổ biến, nổi bật với cấu trúc khung chalcone cơ bản gồm hai vòng phenyl liên kết bởi cầu nối ba carbon α,β-không no. Các chalconoid thể hiện tính chất hóa học đa dạng do khả năng tạo thành nhiều dẫn xuất khác nhau thông qua các phản ứng hóa học. Chính sự đa dạng này mang lại cho chalconoid nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như dược phẩm, nông nghiệp và vật liệu. Sự quan tâm đến chalconoid ngày càng tăng do khả năng hoạt tính sinh học mạnh mẽ của chúng, bao gồm chống oxy hóa, kháng viêm, kháng ung thư và kháng khuẩn. Việc nghiên cứu sâu hơn về tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của chalconoid sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong tương lai.

1.1. Cấu trúc hóa học cơ bản của Chalconoid

Cấu trúc cơ bản của chalconoid bao gồm hai vòng phenyl (vòng A và vòng B) được liên kết bởi một cầu nối propenone (α,β-unsaturated ketone). Sự thay đổi các nhóm thế trên vòng A và vòng B tạo ra vô số các dẫn xuất chalconoid khác nhau. Theo tài liệu tham khảo [1-3], vòng A thường liên kết với nhóm carbonyl và vòng B mang các nhóm thế khác nhau, ảnh hưởng đến tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của hợp chất. Cấu trúc này tạo nên sự linh hoạt trong việc điều chỉnh tính chất của chalconoid.

1.2. Tính chất vật lý và hóa học đặc trưng của Chalconoid

Chalconoid thường tồn tại ở dạng rắn và có màu vàng đặc trưng. Tính chất hóa học của chúng chịu ảnh hưởng lớn bởi cấu trúc α,β-không no, cho phép tham gia vào các phản ứng cộng hợp, oxy hóa, và khử. Các nhóm thế trên vòng phenyl cũng ảnh hưởng đến độ tan, độ ổn định, và khả năng tương tác với các hệ sinh học. Khả năng tạo phức kim loại của chalconoid cũng là một tính chất quan trọng, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

1.3. Ứng dụng tiềm năng của Chalconoid trong các lĩnh vực

Chalconoid có nhiều ứng dụng tiềm năng, đặc biệt trong lĩnh vực dược phẩm nhờ hoạt tính sinh học đa dạng. Chúng được nghiên cứu để phát triển các loại thuốc chống ung thư, kháng viêm, kháng khuẩn và chống oxy hóa. Trong nông nghiệp, chalconoid có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học hoặc chất bảo quản thực vật. Ngoài ra, chalconoid còn được ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu, ví dụ như chất tạo màu hoặc chất ổn định cho polyme. Việc khám phá thêm các ứng dụng mới của chalconoid vẫn đang tiếp tục.

II. Tổng Quan Về 3 Fluoroacetophenone Vai Trò Tiềm Năng

3'-Fluoroacetophenone là một hợp chất hữu cơ thuộc họ acetophenone, được đặc trưng bởi sự hiện diện của nguyên tử flo tại vị trí meta (vị trí 3') trên vòng phenyl. Sự có mặt của flo mang lại cho 3'-Fluoroacetophenone những tính chất hóa học đặc biệt so với acetophenone thông thường. Hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ làm tiền chất để tạo ra các phân tử phức tạp hơn, đặc biệt là các hợp chất chứa flo có hoạt tính sinh học. Việc nghiên cứu và ứng dụng 3'-Fluoroacetophenone mở ra nhiều cơ hội trong lĩnh vực dược phẩm và vật liệu.

2.1. Tính chất vật lý và hóa học của 3 Fluoroacetophenone

3'-Fluoroacetophenone là chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt, có mùi đặc trưng. Nó tan trong nhiều dung môi hữu cơ phổ biến. Nguyên tử flo có độ âm điện cao, làm thay đổi sự phân bố điện tích trong phân tử, ảnh hưởng đến tính chất hóa học và khả năng phản ứng của 3'-Fluoroacetophenone. Nhóm carbonyl trong 3'-Fluoroacetophenone cho phép nó tham gia vào nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ, chẳng hạn như phản ứng ngưng tụ, phản ứng cộng và phản ứng thế.

2.2. Vai trò của 3 Fluoroacetophenone trong tổng hợp hữu cơ

3'-Fluoroacetophenone đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ làm tiền chất để tạo ra các phân tử phức tạp. Đặc biệt, nó được sử dụng để đưa nguyên tử flo vào các hợp chất hữu cơ, vì các hợp chất chứa flo thường có hoạt tính sinh học cao hơn so với các hợp chất tương tự không chứa flo. 3'-Fluoroacetophenone có thể được sử dụng để tổng hợp nhiều loại hợp chất khác nhau, bao gồm dược phẩm, thuốc trừ sâu và vật liệu đặc biệt.

2.3. Ứng dụng tiềm năng của các hợp chất chứa Fluoro từ 3 Fluoroacetophenone

Các hợp chất chứa flo được tổng hợp từ 3'-Fluoroacetophenone có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong dược phẩm, chúng có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc mới có hiệu quả cao hơn và ít tác dụng phụ hơn. Trong nông nghiệp, chúng có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu có chọn lọc và thân thiện với môi trường. Trong vật liệu, chúng có thể được sử dụng để tạo ra các polyme có tính chất đặc biệt, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt cao hoặc khả năng chống thấm nước.

III. Cách Tổng Hợp Chalconoid từ 3 Fluoroacetophenone PP Tối Ưu

Việc tổng hợp chalconoid từ 3'-Fluoroacetophenone thường được thực hiện thông qua phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt. Phản ứng này liên quan đến việc kết hợp 3'-Fluoroacetophenone với một benzaldehyde thích hợp dưới sự xúc tác của một base hoặc acid. Tuy nhiên, cần tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để đạt được hiệu suất cao và độ tinh khiết sản phẩm mong muốn. Các yếu tố cần xem xét bao gồm chất xúc tác, dung môi, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Việc sử dụng các phương pháp tổng hợp xanh, ít độc hại và thân thiện với môi trường cũng được ưu tiên.

3.1. Phản ứng ngưng tụ Claisen Schmidt Cơ chế và ứng dụng

Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt là một phản ứng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ, được sử dụng rộng rãi để tạo liên kết C-C giữa một ketone hoặc aldehyde enolizable và một carbonyl compound không enolizable. Trong trường hợp tổng hợp chalconoid từ 3'-Fluoroacetophenone, phản ứng này liên quan đến việc tạo liên kết giữa carbon α của 3'-Fluoroacetophenone và nhóm carbonyl của benzaldehyde, tạo thành khung chalcone. Cơ chế phản ứng bao gồm các giai đoạn tạo enolate, cộng nucleophile và loại nước.

3.2. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng Chất xúc tác dung môi nhiệt độ và thời gian

Hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng tổng hợp chalconoid phụ thuộc nhiều vào các điều kiện phản ứng. Chất xúc tác thường được sử dụng là base (như NaOH, KOH) hoặc acid (như HCl). Dung môi có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và độ tan của các chất phản ứng. Nhiệt độ và thời gian phản ứng cần được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tối ưu mà không gây ra các phản ứng phụ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các điều kiện phản ứng phù hợp có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tổng hợp chalconoid.

3.3. Phương pháp tổng hợp xanh Giảm thiểu tác động đến môi trường

Trong bối cảnh ngày càng quan tâm đến bảo vệ môi trường, việc sử dụng các phương pháp tổng hợp xanh trở nên quan trọng. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các chất xúc tác thân thiện với môi trường, giảm thiểu việc sử dụng dung môi độc hại, và sử dụng các điều kiện phản ứng tiết kiệm năng lượng. Tổng hợp chalconoid trong điều kiện phi dung môi hoặc sử dụng xúc tác đất sét dưới sự hỗ trợ của vi sóng là những ví dụ về các phương pháp tổng hợp xanh.

IV. Nghiên Cứu Hoạt Tính Sinh Học của Chalconoid Từ 3 Fluoroacetophenone

Các chalconoid được tổng hợp từ 3'-Fluoroacetophenone thể hiện nhiều hoạt tính sinh học tiềm năng. Đặc biệt, sự có mặt của nguyên tử flo có thể tăng cường hoạt tính này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chalconoid chứa flo có thể có hoạt tính kháng ung thư, kháng viêm, kháng khuẩn và chống oxy hóa mạnh mẽ hơn so với các chalconoid không chứa flo. Việc nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của các chalconoid này có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc mới hiệu quả hơn.

4.1. Hoạt tính kháng ung thư của Chalconoid chứa Fluoro

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hoạt tính kháng ung thư của chalconoid chứa flo. Các hợp chất này có thể ức chế sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm ức chế quá trình phân chia tế bào, gây chết tế bào theo chương trình (apoptosis) và ức chế sự hình thành mạch máu mới nuôi khối u. Sự có mặt của flo có thể tăng cường khả năng tương tác của chalconoid với các mục tiêu sinh học trong tế bào ung thư, làm tăng hoạt tính của chúng.

4.2. Hoạt tính kháng viêm và kháng khuẩn của Chalconoid

Chalconoid chứa flo cũng thể hiện hoạt tính kháng viêm và kháng khuẩn đáng kể. Chúng có thể ức chế sự sản xuất các chất trung gian gây viêm và tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh. Cơ chế tác động có thể bao gồm ức chế các enzyme liên quan đến quá trình viêm và phá vỡ màng tế bào vi khuẩn. Hoạt tính này có thể được ứng dụng để phát triển các loại thuốc kháng viêm và kháng khuẩn mới.

4.3. Ứng dụng tiềm năng trong điều trị các bệnh lý khác

Ngoài hoạt tính kháng ung thư, kháng viêm và kháng khuẩn, chalconoid chứa flo còn có thể có hoạt tính chống oxy hóa, kháng virus, kháng ký sinh trùng và điều trị các bệnh lý thần kinh. Các nghiên cứu vẫn đang được tiến hành để khám phá thêm các hoạt tính sinh học tiềm năng của các chalconoid này. Việc hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của chúng có thể mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong điều trị các bệnh lý khác nhau.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn của Chalconoid từ 3 Fluoroacetophenone

Các chalconoid được tổng hợp từ 3'-Fluoroacetophenone có nhiều ứng dụng thực tiễn tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực dược phẩm, chúng có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc mới điều trị các bệnh ung thư, viêm nhiễm và nhiễm trùng. Trong lĩnh vực nông nghiệp, chúng có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học hoặc chất bảo quản thực vật. Trong lĩnh vực vật liệu, chúng có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu mới có tính chất đặc biệt.

5.1. Ứng dụng trong dược phẩm Phát triển các loại thuốc mới

Các chalconoid được tổng hợp từ 3'-Fluoroacetophenone có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc mới điều trị các bệnh ung thư, viêm nhiễm và nhiễm trùng. Việc đưa flo vào cấu trúc chalconoid có thể tăng cường hoạt tính của chúng và cải thiện khả năng hấp thụ và phân bố trong cơ thể. Các loại thuốc mới này có thể có hiệu quả cao hơn và ít tác dụng phụ hơn so với các loại thuốc hiện có.

5.2. Ứng dụng trong nông nghiệp Thuốc trừ sâu sinh học và chất bảo quản

Chalconoid có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học hoặc chất bảo quản thực vật. Chúng có hoạt tính chống lại nhiều loại sâu bệnh hại cây trồng mà không gây độc hại cho con người và môi trường. Việc sử dụng chalconoid trong nông nghiệp có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các loại thuốc trừ sâu hóa học độc hại và bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

5.3. Ứng dụng trong vật liệu Tạo ra các vật liệu mới

Chalconoid có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu mới có tính chất đặc biệt, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt cao, khả năng chống thấm nước, hoặc khả năng phát quang. Việc kết hợp chalconoid với các polyme hoặc các vật liệu khác có thể tạo ra các vật liệu composite có tính chất vượt trội so với các vật liệu thành phần. Các vật liệu mới này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ điện tử đến y sinh.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Chalconoid Từ 3 Fluoro

Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng chalconoid từ 3'-Fluoroacetophenone là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và thân thiện với môi trường, cùng với việc nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học và ứng dụng thực tiễn của các chalconoid này, có thể mang lại nhiều lợi ích cho xã hội. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc tìm kiếm các dẫn xuất chalconoid mới có hoạt tính cao hơn, phát triển các phương pháp điều trị bệnh dựa trên chalconoid, và khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau.

6.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp một số chalconoid từ 3'-Fluoroacetophenone bằng các phương pháp khác nhau, bao gồm phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt và phương pháp vi sóng. Các chalconoid được tổng hợp đã được xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong dược phẩm và nông nghiệp. Các phương pháp tổng hợp xanh cũng đã được áp dụng để giảm thiểu tác động đến môi trường.

6.2. Hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai

Hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai bao gồm việc tổng hợp các dẫn xuất chalconoid mới có hoạt tính sinh học cao hơn, nghiên cứu cơ chế tác động của chalconoid trên tế bào và mô, phát triển các phương pháp điều trị bệnh dựa trên chalconoid, và khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Việc hợp tác giữa các nhà hóa học, sinh học và y học là cần thiết để đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này.

6.3. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp chalconoid để đạt được hiệu suất cao hơn và giảm thiểu tác động đến môi trường. Cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của chalconoid trên các mô hình in vitro và in vivo để đánh giá tiềm năng điều trị bệnh của chúng. Ngoài ra, cần khám phá các ứng dụng mới của chalconoid trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như vật liệu, năng lượng và môi trường.