Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực Hóa học Hữu cơ và tổng hợp hữu cơ hiện đại, xu hướng phát triển các phản ứng đa thành phần (multi-component reactions - MCR) đơn giản, dễ thao tác và cho sản phẩm có độ tinh khiết cao đang là định hướng nghiên cứu trọng tâm. Tiêu biểu trong số đó là phản ứng Biginelli – phản ứng ngưng tụ tạo khung 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM). Khung cấu trúc DHPM và các dẫn xuất của nó có giá trị ứng dụng thực tiễn quan trọng trong y dược nhờ phổ hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng virus, chống tăng huyết áp.

Tuy nhiên, việc tìm kiếm và cải tiến hệ xúc tác cho phản ứng Biginelli vẫn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật:

  • Các hệ xúc tác đồng thể hoặc xúc tác cho điều kiện phản ứng êm dịu (thời gian ngắn, nhiệt độ thấp) thường khó thu hồi, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường.
  • Các hệ xúc tác dị thể dễ thu hồi lại đòi hỏi điều kiện phản ứng khắc nghiệt (nhiệt độ cao, thời gian kéo dài), làm tiêu hao năng lượng.
  • Các nghiên cứu sử dụng xúc tác rắn trên nền khoáng sét montmorillonite trao đổi cation muối vô cơ thông thường bộc lộ nhược điểm lớn là cation kim loại dễ bị rửa trôi, hao hụt vào hỗn hợp phản ứng và quá trình xử lý sản phẩm, làm suy giảm nhanh hoạt tính xúc tác khi tái sử dụng.

Để khắc phục hiện tượng rửa trôi cation, giải pháp nung khoáng sét montmorillonite đã trao đổi cation ở nhiệt độ cao nhằm biến các nhóm hydroxyl bề mặt thành cấu trúc oxide cố định cation đã được đề xuất nhưng chưa được nghiên cứu hệ thống trong thực nghiệm. Do đó, khóa luận thực hiện đề tài: "Tổng hợp dẫn xuất 3,4-dihydropyrimidine-2-one dùng xúc tác montmorillonite trao đổi cation biến tính".

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm 5 nội dung chính:

  1. Khảo sát nhiệt độ nung thích hợp cho xúc tác montmorillonite trao đổi cation với một số muối vô cơ.
  2. Khảo sát khả năng tái sử dụng lần 1 của các hệ xúc tác sau khi nung.
  3. Ứng dụng các xúc tác điều chế được vào phản ứng Biginelli để tuyển chọn xúc tác tối ưu nhất.
  4. Tối ưu hóa các thông số phản ứng Biginelli giữa 4-methylbenzaldehyde, urea và ethyl acetoacetate trên nền xúc tác đã chọn.
  5. Đánh giá độ bền tái sử dụng của xúc tác tối ưu và tổng hợp một chuỗi dẫn xuất DHPM khác nhau.

Đối tượng nghiên cứu là nguồn khoáng sét tự nhiên Lâm Đồng biến tính hoạt hóa acid trao đổi 9 loại cation kim loại ($\text{Na}^+, \text{Ni}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Cu}^{2+}, \text{Zn}^{2+}, \text{Co}^{2+}, \text{Cr}^{3+}, \text{Al}^{3+}, \text{Fe}^{3+}$) và phản ứng tổng hợp 7 dẫn xuất DHPM trong điều kiện không dung môi (solvent-free).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tổng quan phản ứng

Phản ứng đa thành phần (MCR) cho phép tạo ra các hợp chất dị vòng phức tạp từ ba hay nhiều tác chất ban đầu trong một bình phản ứng duy nhất, hầu hết các nguyên tử của nguyên liệu đều đi vào sản phẩm cuối. Phản ứng Biginelli (được Pietro Biginelli công bố năm 1893) là phản ứng ngưng tụ vòng giữa aldehyde hương phương, $\beta$-ketoester (ethyl acetoacetate) và urea (hoặc thiourea) dưới sự kích động của xúc tác acid để tạo thành 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one.

Hai cơ chế phản ứng chính được đề tài tổng quan gồm:

  • Cơ chế Sweet và Fissekis (1973): Phản ứng ngưng tụ ban đầu diễn ra giữa benzaldehyde và ethyl acetoacetate trong môi trường acid tạo thành phân tử trung gian carbocation; phân tử này tiếp tục bị tấn công bởi urea, sau đó đóng vòng và tách nước tạo sản phẩm DHPM.
  • Cơ chế De Souza (2009): Khởi đầu bằng sự ngưng tụ giữa benzaldehyde và urea tạo cation trung gian $N$-acyliminium. Cation này phản ứng với ethyl acetoacetate, đóng vòng và tách nước giải phóng DHPM. Nếu lượng urea dư thừa, một sản phẩm phụ trung gian bền sẽ hình thành cản trở quá trình ngưng tụ.

Về vật liệu xúc tác, khoáng sét montmorillonite (MMT) thuộc họ smectite, có cấu trúc phyllosilicate lớp 2:1 (gồm 1 tấm bát diện nằm giữa 2 tấm tứ diện, chiều dày mỗi lớp khoảng 1 nm). MMT có dung lượng trao đổi cation (CEC) lớn (80–140 meq/100g) do sự thay thế đồng hình $\text{Si}^{4+}$ bởi $\text{Al}^{3+}$ ở mạng tứ diện và $\text{Al}^{3+}$ bởi $\text{Mg}^{2+}/\text{Fe}^{2+}$ ở mạng bát diện. Bề mặt MMT sở hữu đồng thời tâm acid Lewis (từ các cation $\text{Al}^{3+}, \text{Mg}^{2+}$) và tâm acid Brönsted (từ các nhóm -OH bề mặt).

Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

  1. Chế tạo vật liệu xúc tác:

    • Tinh chế đất sét thô Lâm Đồng: Tạo huyền phù 4% trong nước với chất phân tán $(\text{NaPO}_3)_6$ 5%, khuấy 24 giờ, thu nhận lớp hạt mịn theo định luật sa lắng Stokes, sấy khô và nghiền qua rây 80 mesh.
    • Hoạt hóa acid: Khuấy 10 g sét tinh chế với 200 mL dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ 30% ở 70 °C trong 4 giờ, lọc rửa sạch ion $\text{SO}_4^{2-}$ (kiểm tra bằng dung dịch $\text{BaCl}_2$ 1 M), sấy khô ở 110 °C và rây 80 mesh.
    • Trao đổi cation: Cho 3 g MMT hoạt hóa acid vào 100 mL dung dịch muối vô cơ 1 M ($\text{CuSO}_4$ hoặc muối của các cation $\text{Na}^+, \text{Ni}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Zn}^{2+}, \text{Co}^{2+}, \text{Cr}^{3+}, \text{Al}^{3+}, \text{Fe}^{3+}$), khuấy 5 giờ ở nhiệt độ phòng, lọc, rửa sạch, sấy khô tạo xúc tác ký hiệu $\text{M}^{n+}\text{-Mont}$.
    • Nung cố định cation: Nung $\text{M}^{n+}\text{-Mont}$ ở các mốc nhiệt độ 100 °C, 200 °C, 300 °C, 400 °C và 500 °C (ký hiệu $\text{M}^{n+}\text{_M}_{\text{nhiệt độ}}$).

  2. Quy trình tổng hợp hữu cơ và khảo sát tối ưu:

    • Thực hiện phản ứng Biginelli trong điều kiện không dung môi trên bếp dầu điều nhiệt.
    • Sản phẩm được hòa tan trong ethanol nóng, lọc thu hồi xúc tác, cho dịch lọc bay hơi áp suất thấp và kết tinh lại trong ethanol.
    • Khảo sát đơn biến lần lượt: loại cation kim loại, nhiệt độ nung xúc tác, thời gian phản ứng (90–360 phút), nhiệt độ phản ứng (80–120 °C), tỉ lệ mol tác chất và khối lượng xúc tác (50–250 mg).

  3. Phương pháp phân tích và định danh:

    • Nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc khoáng sét.
    • Đo nhiệt độ nóng chảy ($T_{\text{nc}}$).
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$, 500 MHz) và carbon ($^{13}\text{C-NMR}$, 125 MHz) đo trong dung môi $\text{DMSO-}d_6$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này hệ thống hóa lý thuyết về phản ứng đa thành phần và lịch sử phát triển phản ứng Biginelli từ năm 1893. Tác giả phân tích chi tiết hai mô hình cơ chế của Sweet - Fissekis và De Souza, đồng thời tổng hợp các công bố quốc tế về các hệ xúc tác đã áp dụng cho phản ứng Biginelli:

Hệ xúc tác và điều kiện Thời gian phản ứng Nhiệt độ / Năng lượng Hiệu suất
$[\text{cmmim}][\text{BF}_4] : [\text{bmim}][\text{BF}_4]$ (chất lỏng ion) 30–70 phút 30 °C, Siêu âm 81–96%
$\text{Cl}_3\text{CCOOH}$ (Acid trichloroacetic) 4–40 phút 70 °C, Không dung môi 85–95%
$\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ 15 phút Vi sóng 55–92%
$\text{Cu}(\text{NO}_3)_2\cdot3\text{H}_2\text{O}$ 30–50 phút 70 °C, Không dung môi 89–96%
Montmorillonite KSF 48 giờ 130 °C, Không dung môi 70–88%

Ngoài ra, chương 1 trình bày đặc tính khoáng vật học của montmorillonite: nguồn gốc hình thành, cấu trúc mạng tinh thể 2:1, khả năng hấp phụ, tính chất trao đổi ion và bản chất các tâm acid Lewis/Brönsted trên bề mặt hạt sét.

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết các bước thực nghiệm hóa học gồm: quy trình sa lắng tinh chế sét Lâm Đồng; hoạt hóa sét bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ 30%; trao đổi ion với 9 cation kim loại; quy trình nung biến tính ở 100–500 °C; quy trình tổng hợp mẫu chuẩn DHPM; quy trình tối ưu hóa các thông số phản ứng; phương pháp thu hồi, rửa giải và sấy để tái sử dụng xúc tác; cùng các phương pháp đo đạc quang phổ xác định cấu trúc.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương này trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

  1. Thành phần khoáng sét Lâm Đồng: Phổ XRD của mẫu sét tinh chế xác nhận sự có mặt của 4 pha khoáng chính: Montmorillonite ($2\theta = 6\text{--}7^\circ$), Illite ($2\theta = 9^\circ$), Kaolinite ($2\theta = 12{,}5^\circ$), và Quartz ($2\theta = 27^\circ$).
  2. Sàng lọc xúc tác cation: Khảo sát 9 cation kim loại nung ở 300 °C ($\text{M}^{n+}\text{_M300}$) trên phản ứng mô hình giữa 4-methylbenzaldehyde, urea và ethyl acetoacetate (tỉ lệ 1:1:1 mmol, 100 mg xúc tác, 100 °C, 120 phút). Mẫu không xúc tác đạt hiệu suất 20%. Các mẫu có xúc tác đạt 29–40%, trong đó $\text{Co}^{2+}\text{_M300}$ cho hiệu suất cao nhất (40%) và được chọn để nghiên cứu tiếp.
  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung và độ bền xúc tác: Khảo sát nhiệt độ nung mẫu $\text{Co}^{2+}\text{-Mont}$ từ 100 °C đến 500 °C. Mẫu nung ở 200 °C cho hiệu suất ban đầu cao nhất (69%) nhưng hiệu suất tái sử dụng lần 1 giảm mạnh xuống 53%. Trong khi đó, mẫu nung ở 300 °C ($\text{Co}^{2+}\text{_M300}$) đạt hiệu suất ban đầu 58% và duy trì hiệu suất tái sử dụng lần 1 ở mức 57%, chứng tỏ việc nung ở 300 °C giúp cố định cation kim loại hiệu quả trên nền sét.
  4. Quá trình tối ưu hóa điều kiện phản ứng:
    • Thời gian: Hiệu suất tăng dần từ 90 phút (29%) đến đỉnh 270 phút (63%), sau đó giảm dần khi kéo dài đến 360 phút (50%).
    • Nhiệt độ: Tối ưu tại 100 °C (63%). Ở nhiệt độ thấp hơn (80 °C: 42%, 90 °C: 49%) phản ứng chưa hoàn toàn; ở nhiệt độ cao hơn (110 °C: 51%, 120 °C: 35%) xảy ra hiện tượng phân hủy nhiệt của tác chất và sản phẩm.
    • Tỉ lệ mol tác chất (Aldehyde : EAA : Urea): Tăng riêng lẻ urea làm giảm hiệu suất (do tạo phức phụ theo cơ chế De Souza). Tăng đồng thời 4-methylbenzaldehyde và ethyl acetoacetate lên tỉ lệ 1,5 : 1,5 : 1 cho hiệu suất tăng vọt lên 82%.
    • Khối lượng xúc tác: Tăng từ 50 mg (79%) lên 200 mg (92%). Khi tăng tiếp lên 225 mg (83%) và 250 mg (82%), lượng xúc tác rắn dư thừa gây cản trở tiếp xúc giữa các phân tử tác chất làm giảm hiệu suất.
  5. Thử nghiệm tái sử dụng xúc tác: Trong điều kiện tối ưu, xúc tác $\text{Co}^{2+}\text{_M300}$ được tái sử dụng qua 3 chu kỳ liên tiếp với hiệu suất lần lượt là: Lần 0 (mới): 92%; Lần 1: 92%; Lần 2: 85%; Lần 3: 82%.
  6. Tổng hợp và định danh 7 dẫn xuất DHPM: Áp dụng điều kiện tối ưu để tổng hợp 7 hợp chất (Bi-1 đến Bi-7), đo điểm nóng chảy và phân tích chi tiết tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$.

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp thông số tối ưu hóa phản ứng Biginelli

Qua các chuỗi khảo sát thực nghiệm, bộ điều kiện tối ưu được xác lập như sau:

Thông số phản ứng Giá trị tối ưu xác lập Hiệu suất đạt được
Hệ xúc tác $\text{Co}^{2+}\text{_M300}$ (Montmorillonite hoạt hóa acid trao đổi $\text{Co}^{2+}$ nung ở 300 °C) Tăng từ 20% (không xúc tác) lên 40% (khảo sát sơ bộ)
Nhiệt độ nung xúc tác 300 °C Độ bền tái sử dụng duy trì 57% (so với 58% ban đầu)
Nhiệt độ phản ứng 100 °C 63% (ở tỉ lệ 1:1:1)
Thời gian phản ứng 270 phút 63% (ở tỉ lệ 1:1:1)
Tỉ lệ mol tác chất 4-methylbenzaldehyde : Ethyl acetoacetate : Urea = 1,5 : 1,5 : 1 (mmol) 82%
Khối lượng xúc tác 200 mg (tính trên 2 mmol urea) 92%

Kết quả tổng hợp chuỗi dẫn xuất 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one (DHPM)

Khóa luận đã tổng hợp thành công 7 dẫn xuất DHPM với các nhóm thế khác nhau trên vòng thơm:

Ký hiệu Nhóm thế R Hiệu suất (180 phút) Hiệu suất (270 phút) Hiệu suất (360 phút) $T_{\text{nc}}$ thực nghiệm (°C) $T_{\text{nc}}$ tham khảo (°C)
Bi-1 $-\text{H}$ Chưa đo 88% 94% 205–207 206–208
Bi-2 $4\text{-CH}_3$ 47% 92% 50% 213–215 214–216
Bi-3 $3\text{-F}$ Chưa đo 71% 94% 206–209 208–210
Bi-4 $4\text{-F}$ 32% 41% 39% 183–185 181–183 / 182–184
Bi-5 $3\text{-Cl}$ 58% 79% 66% 191–193 / 215–217 192–193
Bi-6 $4\text{-Cl}$ Chưa đo 60% 70% 214–216 215–216
Bi-7 $4\text{-OCH}_3$ 56% 78% 78% 200–202 201–202

Kết quả phân tích phổ định danh cấu trúc

Toàn bộ 7 hợp chất đều được quy kết đầy đủ các vạch phổ $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$:

  • Khung DHPM thể hiện rõ các mũi đặc trưng: proton $\text{C}4\text{-H}$ xuất hiện dạng doublet hoặc singlet ở $\delta = 5{,}07\text{--}5{,}15\text{ ppm}$; nhóm methyl $\text{C}{6a}\text{-H}_3$ dạng singlet ở $\delta = 2{,}22\text{--}2{,}24\text{ ppm}$; nhóm ester ethyl gồm triplet ($\delta = 1{,}05\text{--}1{,}10\text{ ppm}$) và quartet/multiplet ($\delta = 3{,}94\text{--}4{,}00\text{ ppm}$); hai nhóm $\text{N-H}$ xuất hiện ở vùng trường thấp ($\delta = 7{,}63\text{--}7{,}77\text{ ppm}$ và $\delta = 9{,}11\text{--}9{,}24\text{ ppm}$).
  • Phổ $^{13}\text{C-NMR}$ ghi nhận tín hiệu $\text{C=O}$ ester ($\text{C}_{5a}$) ở $\delta = 165{,}31\text{--}165{,}85\text{ ppm}$, carbon carbonyl của vòng pyrimidine ($\text{C}_2$) ở $\delta = 152{,}09\text{--}152{,}64\text{ ppm}$, carbon nối đôi $\text{C}_6$ ở $\delta = 142{,}43\text{--}149{,}39\text{ ppm}$ và carbon $\text{C}_4$ ở $\delta = 53{,}80\text{--}54{,}10\text{ ppm}$.
  • Đối với các hợp chất chứa fluor (Bi-3 và Bi-4), phổ $^{13}\text{C-NMR}$ ghi nhận sự ghép spin-spin giữa hạt nhân $^{19}\text{F}$ và $^{13}\text{C}$ với hằng số ghép lớn tại carbon gắn trực tiếp ($J_{\text{C-F}} = 242{,}38\text{ Hz}$ ở Bi-3 và $J_{\text{C-F}} = 241{,}5\text{ Hz}$ ở Bi-4).

Đóng góp khoa học của đề tài

  1. Đã chứng minh tính khả thi của giải pháp biến tính nhiệt ở 300 °C trên khoáng sét montmorillonite Lâm Đồng trao đổi cation $\text{Co}^{2+}$ nhằm ngăn chặn hiện tượng rửa trôi cation, tạo ra hệ xúc tác rắn dị thể có độ bền và khả năng tái sử dụng cao.
  2. Xây dựng thành công quy trình tổng hợp Biginelli hiệu quả trong điều kiện không dung môi (solvent-free), thân thiện với môi trường, cho hiệu suất cao (đạt tới 92–94%).
  3. Hoàn thiện bộ dữ liệu phổ thực nghiệm chi tiết ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, XRD, điểm nóng chảy) cho chuỗi 7 dẫn xuất dihydropyrimidinone.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận các hạn chế thực nghiệm và đề xuất hai định hướng mở rộng:

  • Hạn chế: Nghiên cứu chỉ mới tập trung khảo sát trên nhóm dẫn xuất benzaldehyde cơ bản và một phản ứng mô hình Biginelli; chưa mở rộng đánh giá hoạt tính sinh học cụ thể trên các chủng vi sinh vật hay thử nghiệm dược lý in vitro.
  • Đề xuất nghiên cứu tiếp:
    1. Tiến hành tổng hợp thêm các dẫn xuất DHPM có nhóm thế đa dạng hơn nhằm phục vụ sàng lọc các hoạt chất có dược tính quan trọng.
    2. Tiếp tục khảo sát và mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ xúc tác montmorillonite trao đổi cation nung biến tính trên nhiều loại phản ứng tổng hợp hữu cơ khác.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu chuyên khảo thực nghiệm hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các ngành:

  • Hóa học hữu cơ và Công nghệ Hóa học: Cung cấp quy trình chi tiết về phản ứng ngưng tụ đa thành phần không dung môi và phương pháp tối ưu hóa điều kiện phản ứng đa biến.
  • Vật liệu và Xúc tác: Cung cấp quy trình thực nghiệm điều chế, hoạt hóa acid, trao đổi ion vô cơ và biến tính nhiệt khoáng sét tự nhiên (bentonite/montmorillonite Lâm Đồng) làm xúc tác rắn dị thể.
  • Hóa Dược và Phân tích cấu trúc: Là nguồn dữ liệu tham khảo trực tiếp về bảng quy kết độ dịch chuyển hóa học, hình dạng vạch phổ và hằng số ghép spin ($J$) của phổ $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$ cho khung phân tử 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao xúc tác $\text{Co}^{2+}\text{_Mont}$ nung ở 300 °C lại được lựa chọn thay vì nung ở 200 °C dù nhiệt độ 200 °C cho hiệu suất ban đầu cao hơn?

Ở nhiệt độ nung 200 °C, xúc tác cho hiệu suất ban đầu là 69% nhưng khi tái sử dụng lần 1 hiệu suất bị sụt giảm mạnh xuống 51% (mất 18%). Trong khi đó, mẫu nung ở 300 °C cho hiệu suất ban đầu 58% và duy trì hiệu suất tái sử dụng lần 1 đạt 57% (chỉ giảm 1%). Nhiệt độ nung 300 °C biến đổi tối ưu các nhóm hydroxyl bề mặt thành cấu trúc oxide, giúp cố định chặt chẽ lượng cation $\text{Co}^{2+}$ đã trao đổi, chống hiện tượng rửa trôi trong quá trình phản ứng và xử lý sản phẩm.

2. Vì sao việc tăng tỉ lệ mol của urea trong phản ứng Biginelli lại làm giảm hiệu suất tổng hợp DHPM?

Theo cơ chế phản ứng của De Souza (2009), phản ứng bắt đầu bằng sự ngưng tụ giữa aldehyde và urea tạo trung gian $N$-acyliminium trước khi phản ứng tiếp với ethyl acetoacetate. Khi lượng urea bị dư thừa trong môi trường phản ứng, urea dư sẽ tấn công vào các cấu tử trung gian để tạo ra hợp chất phụ trung gian bền vững (trung gian 2''), gây cản trở động học quá trình đóng vòng tạo sản phẩm DHPM, dẫn đến suy giảm hiệu suất phản ứng.

3. Thành phần khoáng vật trong đất sét tự nhiên Lâm Đồng sau tinh chế gồm những pha nào?

Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) trong khóa luận xác định mẫu sét tinh chế Lâm Đồng gồm 4 pha khoáng chính với các vị trí góc nhiễu xạ $2\theta$ tương ứng: Montmorillonite ($2\theta = 6\text{--}7^\circ$), Illite ($2\theta = 9^\circ$), Kaolinite ($2\theta = 12{,}5^\circ$) và Quartz ($2\theta = 27^\circ$).

4. Quy trình thu hồi và tái sử dụng xúc tác $\text{Co}^{2+}\text{_M300}$ sau phản ứng được thực hiện như thế nào?

Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được hòa tan trong ethanol nóng và lọc nóng để tách giữ lại xúc tác rắn. Xúc tác thu được trên phễu lọc tiếp tục được rửa sạch bằng ethanol nóng nhằm loại bỏ hoàn toàn các hợp chất hữu cơ bám dính, sấy khô tại 110 °C, sau đó nghiền mịn qua rây 80 mesh trước khi đưa vào chu kỳ phản ứng tiếp theo.

5. Dấu hiệu quang phổ đặc trưng nào trên phổ $^{13}\text{C-NMR}$ chứng minh sự có mặt của nguyên tử Fluor trong các dẫn xuất Bi-3 và Bi-4?

Trên phổ $^{13}\text{C-NMR}$, nguyên tử $^{19}\text{F}$ gây ra hiện tượng tách mũi do tương tác ghép spin-spin $^{13}\text{C}-^{19}\text{F}$. Carbon liên kết trực tiếp với Fluor ($\text{C}{4c}$ ở Bi-3 và $\text{C}{4d}$ ở Bi-4) dịch chuyển về vùng trường rất thấp ($\delta = 160{,}81\text{--}163{,}53\text{ ppm}$) và bị tách thành doublet với hằng số ghép rất lớn ($J \approx 241{,}5\text{--}242{,}38\text{ Hz}$). Các carbon khác trên vòng thơm ở vị trí lân cận cũng xuất hiện dưới dạng các mũi đôi có hằng số ghép giảm dần theo khoảng cách liên kết.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ xúc tác rắn dị thể montmorillonite hoạt hóa acid trao đổi cation $\text{Co}^{2+}$ biến tính nhiệt ở 300 °C ($\text{Co}^{2+}\text{_M300}$) từ nguồn khoáng sét tự nhiên Lâm Đồng. Hệ xúc tác thể hiện hoạt tính và độ bền cao trong phản ứng Biginelli không dung môi, đạt hiệu suất tổng hợp 92% ở điều kiện tối ưu (100 °C, 270 phút, tỉ lệ mol tác chất 1,5 : 1,5 : 1) và duy trì hiệu suất trên 80% sau 3 lần tái sử dụng liên tiếp. Đề tài đã tổng hợp và xác định chính xác cấu trúc hóa học của chuỗi 7 dẫn xuất 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one thông qua nhiệt độ nóng chảy và các phương pháp quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$).