Tổng Hợp Dẫn Xuất Flavanone và Flavonol Từ Các Dẫn Xuất 2'-Hydroxychalconoid

Khám phá các dẫn xuất flavanone và flavonol từ 2 hydroxychalconoid, cùng những ứng dụng và lợi ích trong nghiên cứu hóa học tự nhiên.

• Tác giả: Nguyễn Thị Giang Thanh
• 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 Dẫn Xuất Flavanone Và Flavonol Từ Các Dẫn Xuất 2'-Hydroxychalconoid
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• TÓM TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát
• 1.2. Phương pháp tổng hợp chalcone
• 1.2.1. Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác acid/base có dung môi
• 1.2.2. Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác đất sét phi dung môi
• 1.2.3. Phương pháp tổng hợp flavonol
• 1.2.4. Phương pháp tổng hợp flavanone
• 1.2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2.5.1. Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy
• 1.2.5.2. Phương pháp phổ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ
• 2.3. Phương pháp tổng hợp
• 2.3.1. Tổng hợp các hợp chất chalcone
• 2.3.2. Tổng hợp các hợp chất flavonol
• 2.3.3. Tổng hợp các hợp chất flavanone
• 2.4. Phương pháp cô lập và tinh sạch sản phẩm
• 2.5. Phương pháp kiểm tra độ tinh sạch của sản phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp các 2'-hydroxychalconoid
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp (E)-1-(2-hydroxyphenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one
• 3.1.2. Kết quả tổng hợp (E)-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-methoxyphenyl)prop-2-en-1-one
• 3.1.3. Kết quả tổng hợp (E)-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one
• 3.2. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất flavonol và flavanone
• 3.2.1. Kết quả tổng hợp hợp chất GT02
• 3.2.2. Kết quả tổng hợp hợp chất GT03
• 3.2.3. Kết quả tổng hợp hợp chất GT04
• 3.2.4. Kết quả tổng hợp hợp chất GT05
• 3.2.5. Kết quả tổng hợp hợp chất GT06
• 3.3. Cơ chế tổng hợp
• 3.3.1. Cơ chế tổng hợp các 2'-hydroxychalconoid
• 3.3.2. Cơ chế tổng hợp các flavonol
• 3.3.3. Cơ chế tổng hợp các flavanone
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dẫn Xuất Flavanone và Flavonol Từ 2 Hydroxychalconoid

Flavanone và flavonol là hai phân nhóm quan trọng trong họ flavonoid, nổi bật với nhiều hoạt tính sinh học. Chúng có mặt trong nhiều loại thực vật và được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực dược liệu. Việc tổng hợp các dẫn xuất này từ 2'-hydroxychalconoid không chỉ giúp làm giàu nguồn nguyên liệu mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong y học. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp tổng hợp và ứng dụng của flavanone và flavonol.

1.1. Khái Niệm Về Flavanone và Flavonol

Flavanone và flavonol là các hợp chất có cấu trúc hóa học đặc trưng, với flavanone không chứa liên kết đôi ở vị trí C2 và C3, trong khi flavonol có nhóm hydroxyl tại vị trí carbon 3. Cả hai đều có vai trò quan trọng trong việc chống lại các bệnh lý như ung thư và viêm nhiễm.

1.2. Tầm Quan Trọng Của 2 Hydroxychalconoid

2'-Hydroxychalconoid là tiền chất quan trọng trong tổng hợp flavanone và flavonol. Chúng có khả năng tham gia vào các phản ứng hóa học để tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao, góp phần vào việc phát triển các liệu pháp điều trị mới.

II. Thách Thức Trong Việc Tổng Hợp Flavanone và Flavonol

Mặc dù có nhiều phương pháp tổng hợp flavanone và flavonol, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình này. Các yếu tố như hiệu suất phản ứng, điều kiện phản ứng và sự hiện diện của các nhóm thế có thể ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất cần thiết để đạt được sản phẩm mong muốn.

2.1. Vấn Đề Về Hiệu Suất Phản Ứng

Hiệu suất tổng hợp flavanone và flavonol thường không đạt yêu cầu do sự cạnh tranh giữa các phản ứng phụ. Việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và loại xúc tác là cần thiết để cải thiện hiệu suất.

2.2. Ảnh Hưởng Của Các Nhóm Thế

Các nhóm thế trên vòng thơm có thể ảnh hưởng đến tính chất hóa học và sinh học của flavanone và flavonol. Sự hiện diện của nhóm -OH hay -OCH3 có thể làm thay đổi tính chất điện tử, từ đó ảnh hưởng đến khả năng phản ứng và hiệu suất tổng hợp.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Flavanone và Flavonol Hiệu Quả

Để tổng hợp flavanone và flavonol từ 2'-hydroxychalconoid, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất. Một số phương pháp tiêu biểu sẽ được trình bày dưới đây.

3.1. Phương Pháp Ngưng Tụ Claisen Schmidt

Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt là phương pháp phổ biến để tổng hợp chalcone, từ đó tạo ra flavanone và flavonol. Phương pháp này sử dụng xúc tác acid hoặc base và có thể đạt hiệu suất cao trong điều kiện thích hợp.

3.2. Phản Ứng AFO Trong Tổng Hợp Flavonol

Phản ứng Algar-Flynn-Oyamada (AFO) là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp flavonol từ chalcone. Phương pháp này sử dụng H2O2/NaOH làm tác nhân oxy hóa, giúp tăng cường hiệu suất tổng hợp.

3.3. Phương Pháp Đồng Phân Hóa Flavanone

Phương pháp đồng phân hóa chalcone trong sự hiện diện của xúc tác FeCl3.6H2O là một cách hiệu quả để tổng hợp flavanone. Phương pháp này cho phép tạo ra flavanone với độ tinh khiết cao và hiệu suất tốt.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Flavanone và Flavonol

Flavanone và flavonol không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong y học và công nghiệp thực phẩm. Chúng được biết đến với khả năng chống oxy hóa, kháng viêm và kháng khuẩn, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.

4.1. Ứng Dụng Trong Y Học

Flavanone và flavonol đã được chứng minh có khả năng chống lại nhiều loại bệnh, bao gồm ung thư và bệnh tim mạch. Nghiên cứu cho thấy các hợp chất này có thể giúp cải thiện sức khỏe tim mạch và giảm nguy cơ mắc bệnh.

4.2. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Thực Phẩm

Các hợp chất flavanone và flavonol được sử dụng như chất bảo quản tự nhiên trong thực phẩm. Chúng không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản mà còn cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Flavanone và Flavonol

Nghiên cứu về tổng hợp flavanone và flavonol từ 2'-hydroxychalconoid đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và dược liệu. Những kết quả đạt được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong y học và công nghiệp.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu trong lĩnh vực tổng hợp flavanone và flavonol sẽ tiếp tục được mở rộng, với mục tiêu phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn và khám phá thêm nhiều ứng dụng mới trong y học.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của flavanone và flavonol trong cơ thể, từ đó phát triển các sản phẩm dược phẩm mới có hiệu quả cao hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Flavonoid là nhóm các hợp chất polyphenol tự nhiên có khung carbon đặc trưng $C_6-C_3-C_6$ (15 nguyên tử carbon), hiện diện rộng rãi trong các loại rau củ, quả, ngũ cốc và thảo dược. Các phân nhóm của flavonoid như flavonol và flavanone thể hiện nhiều hoạt tính sinh học có giá trị trong nghiên cứu dược liệu, bao gồm khả năng kháng oxy hóa, dập tắt các gốc tự do, kháng viêm, kháng khuẩn, chống dị ứng, ngăn ngừa bệnh tim mạch và ức chế tế bào ung thư. Đáng chú ý, các nghiên cứu công bố gần đây đã ghi nhận khả năng kháng virus cúm A in vitro và in vivo của các dẫn xuất flavonol (Hossain và cộng sự, 2014), cũng như tiềm năng điều trị COVID-19 của naringenin – một dẫn xuất tự nhiên thuộc nhóm flavanone (năm 2020).

Mặc dù có hoạt tính dược lý đa dạng, hàm lượng các hợp chất flavonoid trong tự nhiên thường rất thấp, quy trình chiết xuất và cô lập từ thực vật gặp nhiều trở ngại do độ phức tạp của mẫu sinh học và chi phí cao. Để giải quyết rào cản này, việc nghiên cứu tổng hợp hữu cơ các khung flavonoid từ các tiền chất đơn giản nhằm làm giàu nguồn hợp chất và gia tăng tính đa dạng về mặt cấu trúc hóa học là định hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao trong hóa dược.

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Giang Thanh (chuyên ngành Hóa hữu cơ, ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh), dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Minh Hảo, tập trung giải quyết các nhiệm vụ cụ thể sau:

1. Tổng hợp 03 dẫn xuất của flavonol và 02 dẫn xuất của flavanone từ các tiền chất $2'$-hydroxychalconoid tương ứng.
2. Cô lập, tinh sạch các sản phẩm tổng hợp bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) và sắc ký cột (CC).
3. Xác định độ tinh khiết thông qua việc đo khoảng nhiệt độ nóng chảy (mp) bằng ống Thiele.
4. Xác định cấu trúc hóa học của các dẫn xuất tổng hợp được bằng các phương pháp quang phổ hiện đại: phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$), phổ tương quan hạt nhân hai chiều (HSQC) và phổ khối lượng (MS).

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là các dẫn xuất $2'$-hydroxychalconoid đóng vai trò tiền chất trung gian, cùng các sản phẩm đóng vòng thuộc nhóm flavonol và flavanone. Phạm vi thực nghiệm tổng hợp và tinh sạch được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh từ ngày 05/02/2023 đến ngày 31/07/2023. Các phép phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC) và khối phổ (MS) được đo kiểm tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Hà Nội).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng các quy luật chuyển hóa hữu cơ kinh điển trong hóa học các hợp chất dị vòng chứa oxy, tập trung vào ba chuỗi phản ứng chính:

• Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt: Phản ứng cộng aldol và tách loại nước giữa $2'$-hydroxyacetophenone với các dẫn xuất benzaldehyde để tạo khung chalcone mạch hở chứa hệ thống liên hợp $\alpha,\beta$-carbonyl không bão hòa. Khóa luận nghiên cứu phản ứng này dưới hai điều kiện xúc tác: dung dịch base mạnh ($\text{KOH}$ 20% trong dung môi ethanol) và xúc tác dị thể thân thiện môi trường là đất sét montmorillonite K10 (diện tích bề mặt $220\text{--}270\text{ m}^2/\text{g}$) dưới tác động gia nhiệt của bức xạ vi sóng phi dung môi.
• Phản ứng Algar-Flynn-Oyamada (AFO): Phản ứng oxy hóa đóng vòng các $2'$-hydroxychalconoid thành dẫn xuất 3-hydroxyflavone (flavonol) sử dụng tác nhân hydro peroxide ($\text{H}_2\text{O}_2$ 30%) trong môi trường kiềm ($\text{NaOH}$ 20%). Cơ chế phản ứng được phân tích qua hai trường phái lý thuyết: lộ trình qua hợp chất trung gian chalcone epoxide bị tấn công bởi ion phenolate, hoặc lộ trình ion phenolate tấn công trực tiếp vào carbon $\beta$ tạo enolate trước khi gắn nhóm hydroxyl từ $\text{H}_2\text{O}_2$.
• Phản ứng đồng phân hóa đóng vòng nội phân tử: Chuyển hóa chalcone thành khung dị vòng chroman-4-one (flavanone) dưới tác dụng của chất xúc tác acid Lewis là iron(III) chloride hexahydrate ($\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$) trong dung môi ethanol đun hoàn lưu nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế qua các bước chuẩn hóa:

• Kỹ thuật sắc ký: Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản nhôm tráng sẵn silica gel $60\text{ F}_{254}$ dùng để theo dõi tiến trình phản ứng và định hướng hệ dung môi; phát hiện vết bằng đèn tử ngoại ở bước sóng $254\text{ nm}$ và $365\text{ nm}$. Sắc ký cột (CC) dùng silica gel $60$ (kích thước hạt $0{,}063\text{--}0{,}200\text{ mm}$), khối lượng chất hấp phụ gấp từ 30 đến 100 lần khối lượng mẫu, khống chế hệ dung môi giải ly gradient $n\text{-hexane} : \text{ethyl acetate}$ sao cho hệ số lưu giữ $R_f$ đạt khoảng $0{,}25\text{--}0{,}35$.
• Xác định nhiệt độ nóng chảy: Sử dụng ống Thiele chứa chất lỏng truyền nhiệt là glycerol, gia nhiệt bằng ngọn lửa đèn cồn, ghi nhận khoảng nhiệt độ từ lúc xuất hiện giọt lỏng đầu tiên đến khi chất rắn chảy hoàn toàn.
• Phương pháp phổ nghiệm: Phổ $^1\text{H-NMR}$ ($600\text{ MHz}$) và $^{13}\text{C-NMR}$ ($150\text{ MHz}$) được đo trên máy Bruker Avance III; phổ khối lượng MS đo trên hệ thống phân tích LC-MSD-Trap-SL. Dữ liệu phổ được xử lý qua phần mềm MestRenova và công thức hóa học được vẽ bằng ChemDraw.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này hệ thống hóa các tài liệu khoa học về cấu trúc và tính chất của họ hợp chất flavonoid:

• Phân loại chi tiết các phân nhóm flavonoid chính dựa trên cấu trúc dị vòng trung tâm (vòng C): chalcone (mạch hở), flavanone (vòng C no), flavonol (vòng C có nối đôi $C_2=C_3$ và nhóm 3-OH), flavone và aurone. Trong đó, chalcone tồn tại ở hai dạng đồng phân hình học cis ($Z$) và trans ($E$), dạng $(E)$ chiếm ưu thế bền vững do giảm thiểu tương tác cản trở lập thể giữa vòng thơm A và nhóm carbonyl.
• Khảo sát các lộ trình tổng hợp chalcone đã công bố: phương pháp cơ hóa học (nghiền chất rắn), phản ứng chiếu xạ siêu âm, phản ứng ghép cặp carbon-carbon (Heck, Sonogashira, Suzuki-Miyaura), phản ứng acyl hóa Friedel-Crafts và phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt xúc tác đồng thể (acid hoặc base) hoặc dị thể (đất sét biến tính montmorillonite KSF, bentonite).
• Tổng quan phương pháp tổng hợp flavonol: Phương pháp Auwers (brom hóa aurone tạo dẫn xuất 1,2-dibromo rồi xử lý kiềm), phương pháp Kostanecki (đóng vòng chalcone thành flavanone, phản ứng với isoamyl nitrite và thủy phân), và phản ứng Algar-Flynn-Oyamada (AFO). Chương 1 phân tích kỹ hai mô hình cơ chế AFO: mô hình tạo epoxide trung gian và mô hình không qua epoxide do lực đẩy tĩnh điện giữa ion phenolate và anion hydroperoxide (theo Dean và Podi Muang).
• Tổng quan các phương pháp tổng hợp flavanone: Tổng hợp bằng phản ứng đồng phân hóa nhiệt, acid vô cơ ($\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{H}_3\text{PO}_4$), base vô cơ ($\text{NaOH}$), chiếu xạ vi sóng với xúc tác $\text{CF}_3\text{COOH}/\text{silica gel}$ trong 3 phút, hoặc sử dụng xúc tác acid Lewis $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ tạo phức phối trí hoạt hóa nhóm carbonyl.
• Trình bày cơ sở lý thuyết của các kỹ thuật phân tích cấu trúc: TLC, sắc ký cột cổ điển, phương pháp đo điểm nóng chảy ống Thiele, phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều (HSQC) và phương pháp ion hóa khối phổ.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm, định lượng hóa chất, thông số thiết bị và các bước tinh sạch sản phẩm:

• Hóa chất sử dụng có độ tinh khiết cao ($\ge 95{,}0%$ đến $\ge 99{,}0%$) từ các nhà sản xuất Acros Organics, J.T.Baker, Aldrich, Xilong Scientific, bao gồm: $2'$-hydroxyacetophenone, benzaldehyde, 4-methoxybenzaldehyde, 4-hydroxybenzaldehyde, montmorillonite K10, $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$, $\text{H}_2\text{O}_2$ 30%, $\text{KOH}$, $\text{NaOH}$, $\text{HCl}$, $n\text{-hexane}$, $\text{ethyl acetate}$, $\text{dichloromethane}$ (DCM).
• Thiết bị chính gồm: Hệ thống vi sóng chuyên dụng Microwave Reactor Discover 2.0 CEM, hệ thống cô quay chân không Yamato RE 301A-W, máy khuấy từ gia nhiệt Stuart UC152, ống Thiele, đèn soi tử ngoại hai bước sóng $254\text{ nm}$ và $365\text{ nm}$.
• Quy trình tổng hợp 03 hợp chất tiền chất chalconoid:
  • $(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one}$ (mã hiệu BT03): Phản ứng giữa $2'$-hydroxyacetophenone ($0{,}504\text{ g}$; $3{,}7\text{ mmol}$) và benzaldehyde ($0{,}393\text{ g}$; $3{,}7\text{ mmol}$) trong $6\text{ mL}$ ethanol, xúc tác $3{,}1\text{ mL}$ dung dịch $\text{KOH}$ 20%, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Trung hòa bằng dung dịch $\text{HCl}$ 6N về pH 6–7, chiết lỏng-lỏng bằng DCM ($3 \times 15\text{ mL}$), làm khan bằng $\text{Na}_2\text{SO}_4$, đuổi dung môi thu sản phẩm thô, giải ly sắc ký cột với hệ dung môi $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (95:5).
  • $(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-methoxyphenyl)prop-2-en-1-one}$ (mã hiệu MQ01): Thực hiện tương tự với 4-methoxybenzaldehyde ($0{,}500\text{ g}$; $3{,}7\text{ mmol}$), tinh sạch cột bằng hệ $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (9:1).
  • $(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one}$ (mã hiệu HL01): Trộn $0{,}61\text{ g}$ 4-hydroxybenzaldehyde ($5{,}0\text{ mmol}$) và $1\text{ g}$ đất sét montmorillonite K10 trong cối mã não, nghiền mịn 30 phút; thêm từ từ $0{,}6\text{ mL}$ $2'$-hydroxyacetophenone ($5{,}0\text{ mmol}$), nghiền đồng nhất rồi đưa vào vial của lò vi sóng CEM. Chiếu xạ ở $150^\circ\text{C}$ trong 2 giờ. Chiết rửa chất rắn bằng DCM ($5 \times 20\text{ mL}$), lọc bỏ xúc tác, thu dịch lọc và tinh sạch bằng hệ $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (8:2).
• Quy trình tổng hợp 03 dẫn xuất flavonol (phản ứng AFO):
  • 3-Hydroxy-2-phenyl-4H-chromen-4-one (GT02): Đi từ BT03 ($0{,}15\text{ g}$; $0{,}67\text{ mmol}$), $\text{H}_2\text{O}_2$ 30% ($0{,}402\text{ mL}$), $\text{NaOH}$ 20% ($2{,}01\text{ mL}$) và ethanol ($2{,}01\text{ mL}$), khuấy ở nhiệt độ phòng trong 3 giờ. Acid hóa bằng acetic acid về pH 6–7, lọc thu chất rắn, rửa sạch và sấy khô.
  • 3-Hydroxy-2-(4-methoxyphenyl)-4H-chromen-4-one (GT03): Đi từ MQ01 ($0{,}1\text{ g}$; $0{,}394\text{ mmol}$), $\text{H}_2\text{O}_2$ ($0{,}236\text{ mL}$), $\text{NaOH}$ 20% ($1{,}182\text{ mL}$), ethanol ($1{,}182\text{ mL}$), khuấy 1 giờ 45 phút. Acid hóa thu kết tủa tương tự.
  • 2-(4-Hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one (GT06): Đi từ HL01 ($0{,}05\text{ g}$; $0{,}21\text{ mmol}$), $\text{H}_2\text{O}_2$ ($0{,}126\text{ mL}$), $\text{NaOH}$ 20% ($0{,}63\text{ mL}$), ethanol ($0{,}63\text{ mL}$), khuấy 4 giờ 30 phút. Acid hóa, chiết sản phẩm bằng $50\text{ mL}$ DCM, làm khan, tinh sạch qua cột silica gel với hệ $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (7:3).
• Quy trình tổng hợp 02 dẫn xuất flavanone:
  • 2-Phenylchroman-4-one (GT04): Trộn BT03 ($0{,}1\text{ g}$; $0{,}446\text{ mmol}$), $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ ($0{,}317\text{ g}$; $1{,}17\text{ mmol}$) trong $6{,}7\text{ mL}$ ethanol, đun hoàn lưu trong 15 giờ. Thêm $20\text{ mL}$ nước cất, chiết bằng DCM ($3 \times 15\text{ mL}$), làm khan, tinh sạch cột với hệ $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (95:5).
  • 2-(4-Methoxyphenyl)chroman-4-one (GT05): Trộn MQ01 ($0{,}05\text{ g}$; $0{,}197\text{ mmol}$), $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ ($0{,}133\text{ g}$; $0{,}49\text{ mmol}$) trong $2{,}95\text{ mL}$ ethanol, đun hoàn lưu 15 giờ. Xử lý hỗn hợp và tinh sạch cột tương tự GT04 với hệ dung môi $n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ (95:5).

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương này phân tích dữ liệu hóa lý thu nhận được từ thực nghiệm:

• Dẫn xuất chalconoid tiền chất:
  • Hợp chất BT03: Thu được dưới dạng tinh thể rắn màu vàng, hiệu suất phản ứng đạt $H = 29{,}54%$, nhiệt độ nóng chảy thực nghiệm đo được $\text{Mp} = 85\text{--}86^\circ\text{C}$. Hệ số $R_f$ trên sắc ký lớp mỏng lần lượt là $0{,}79$ ($n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ 95:5), $0{,}77$ (9:1) và $0{,}87$ (8:2).
  • Hợp chất MQ01: Thu được ở dạng tinh thể rắn màu vàng, hiệu suất $H = 17{,}84%$, nhiệt độ nóng chảy $\text{Mp} = 93\text{--}94^\circ\text{C}$. Hệ số $R_f$ tương ứng là $0{,}49$ (95:5), $0{,}52$ (9:1) và $0{,}65$ (8:2).
  • Hợp chất HL01: Phản ứng ngưng tụ hoàn tất sau 2 giờ chiếu xạ vi sóng ở $150^\circ\text{C}$ với xúc tác montmorillonite K10, không sử dụng dung môi hữu cơ trong pha phản ứng.
• Dẫn xuất flavonol và flavanone:
  • Hợp chất GT02: Dạng rắn, nhiệt độ nóng chảy $170\text{--}171^\circ\text{C}$. Dữ liệu phổ NMR đối chiếu tương thích hoàn toàn với hợp chất Fl-22 được công bố bởi Shen (2017).
  • Hợp chất GT03: Dạng rắn, nhiệt độ nóng chảy $230\text{--}232^\circ\text{C}$. Dữ liệu phổ NMR đối chiếu phù hợp với hợp chất Fl-24 theo Shen (2017).
  • Hợp chất GT06: Dạng rắn, nhiệt độ nóng chảy $242\text{--}244^\circ\text{C}$, số liệu phổ NMR đối chiếu trùng khớp với hợp chất Fl-25 theo Shen (2017).
  • Hợp chất GT04: Dạng rắn, nhiệt độ nóng chảy $75\text{--}76^\circ\text{C}$, dữ liệu phổ NMR phù hợp với hợp chất 1a theo công bố của Kavala và cộng sự (2012).
  • Hợp chất GT05: Dạng rắn, nhiệt độ nóng chảy $85^\circ\text{C}$, dữ liệu phổ NMR trùng khớp với hợp chất 7a theo Kavala và cộng sự (2012).
• Phân tích cơ chế và động học phản ứng:
  • Nhận xét về ảnh hưởng của nhóm thế: Sự hiện diện của các nhóm thế đẩy điện tử ($-\text{OCH}_3$, $-\text{OH}$) trên vòng B làm tăng mật độ điện tử của nhân thơm. Hiệu ứng liên hợp này làm cho carbon $\beta$ phân cực dương mạnh hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tấn công ái nhân của ion phenolate ở vòng A, thúc đẩy quá trình đóng vòng tạo dẫn xuất flavanone và flavonol.
  • Về tốc độ phản ứng AFO: Tiền chất mang nhóm thế đẩy điện tử methoxy (MQ01) phản ứng nhanh nhất, kết thúc sau 1 giờ 45 phút; tiền chất không thế (BT03) phản ứng sau 3 giờ; trong khi tiền chất mang nhóm hydroxy tự do (HL01) cần tới 4 giờ 30 phút do sự phân ly phenolate trong kiềm tạo lực đẩy tĩnh điện.
  • Về phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt trong môi trường dung dịch $\text{EtOH}/\text{KOH}$: Sự hiện diện của nước trong hệ phản ứng (từ dung dịch kiềm và nước sinh ra trong giai đoạn tách loại E1cb) có tác động bất lợi. Do giá trị $\text{p}K_a$ của nước lớn hơn $\text{p}K_a$ của $\text{KOH}$ trong môi trường cồn, lượng nước dư thừa sẽ cạnh tranh với base, dẫn tới suy giảm hiệu suất tổng hợp chalcone (BT03 chỉ đạt $29{,}54%$, MQ01 đạt $17{,}84%$).
  • Về phản ứng đồng phân hóa tạo flavanone với xúc tác $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$: Mặc dù hiệu suất tạo thành flavanone chưa cao bằng phương pháp quang hóa của Sinyeue và cộng sự (thực hiện trong lò phản ứng quang hóa RPR-200 Photochemical Reactor kéo dài 7 ngày), phương pháp đun hoàn lưu với xúc tác acid Lewis trong khóa luận có ưu điểm nổi bật là thiết bị phản ứng đơn giản, thao tác dễ thực hiện và rút ngắn thời gian phản ứng xuống còn 15 giờ.

---

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các mục tiêu thực nghiệm, tổng hợp thành công 03 dẫn xuất flavonol và 02 dẫn xuất flavanone từ các dẫn xuất chalconoid tiền chất. Các thông số đặc trưng của các chất tổng hợp được tổng hợp trong bảng sau:

Mã số	Tên hóa học danh pháp IUPAC	Phân nhóm hợp chất	Tiền chất	Điều kiện phản ứng chính	Thời gian phản ứng	Nhiệt độ nóng chảy thực nghiệm ($\text{Mp}$)	Hiệu suất / Tài liệu đối chiếu phổ NMR
BT03	$(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one}$	Chalcone	$2'\text{-OH-acetophenone}$ + benzaldehyde	$\text{KOH}$ 20%, EtOH, nhiệt độ phòng	24 giờ	$85\text{--}86^\circ\text{C}$	Hiệu suất $H = 29{,}54%$
MQ01	$(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-methoxyphenyl)prop-2-en-1-one}$	Chalcone	$2'\text{-OH-acetophenone}$ + 4-methoxybenzaldehyde	$\text{KOH}$ 20%, EtOH, nhiệt độ phòng	24 giờ	$93\text{--}94^\circ\text{C}$	Hiệu suất $H = 17{,}84%$
HL01	$(E)\text{-1-(2-hydroxyphenyl)-3-(4-hydroxyphenyl)prop-2-en-1-one}$	Chalcone	$2'\text{-OH-acetophenone}$ + 4-hydroxybenzaldehyde	Montmorillonite K10, vi sóng $150^\circ\text{C}$, không dung môi	2 giờ	Chất rắn	Tinh sạch bằng sắc ký cột ($n\text{-Hex} : \text{EtOAc}$ 8:2)
GT02	3-Hydroxy-2-phenyl-4H-chromen-4-one	Flavonol	BT03	$\text{H}_2\text{O}_2$ 30%, $\text{NaOH}$ 20%, EtOH, nhiệt độ phòng	3 giờ	$170\text{--}171^\circ\text{C}$	Đối chiếu hợp chất Fl-22 (Shen, 2017)
GT03	3-Hydroxy-2-(4-methoxyphenyl)-4H-chromen-4-one	Flavonol	MQ01	$\text{H}_2\text{O}_2$ 30%, $\text{NaOH}$ 20%, EtOH, nhiệt độ phòng	1 giờ 45 phút	$230\text{--}232^\circ\text{C}$	Đối chiếu hợp chất Fl-24 (Shen, 2017)
GT06	2-(4-Hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one	Flavonol	HL01	$\text{H}_2\text{O}_2$ 30%, $\text{NaOH}$ 20%, EtOH, nhiệt độ phòng	4 giờ 30 phút	$242\text{--}244^\circ\text{C}$	Đối chiếu hợp chất Fl-25 (Shen, 2017)
GT04	2-Phenylchroman-4-one	Flavanone	BT03	$\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$, EtOH, đun hoàn lưu	15 giờ	$75\text{--}76^\circ\text{C}$	Đối chiếu hợp chất 1a (Kavala, 2012)
GT05	2-(4-Methoxyphenyl)chroman-4-one	Flavanone	MQ01	$\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$, EtOH, đun hoàn lưu	15 giờ	$85^\circ\text{C}$	Đối chiếu hợp chất 7a (Kavala, 2012)

Các đóng góp thực nghiệm cụ thể mà tác giả đã thực hiện bao gồm:

1. Áp dụng thành công xúc tác đất sét montmorillonite K10 hỗ trợ vi sóng ở $150^\circ\text{C}$ để tổng hợp dẫn xuất chalcone mang nhóm hydroxy tự do (HL01) trong điều kiện phi dung môi, rút ngắn thời gian phản ứng xuống còn 2 giờ so với phản ứng khuấy 24 giờ của hệ xúc tác base truyền thống.
2. Xây dựng quy trình tổng hợp các flavanone (GT04, GT05) sử dụng xúc tác acid Lewis $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ rẻ tiền, vận hành trong điều kiện phòng thí nghiệm tiêu chuẩn với thời gian phản ứng 15 giờ, thay thế cho phương pháp chiếu xạ quang hóa kéo dài tới 7 ngày cần trang thiết bị chuyên dụng đắt tiền (Sinyeue và cộng sự).
3. Làm rõ mối tương quan giữa bản chất điện tử của các nhóm thế trên vòng B đối với tốc độ chuyển hóa của phản ứng AFO và phản ứng đồng phân hóa đóng vòng flavanone.
4. Kiểm chứng cấu trúc hóa học của các sản phẩm tinh sạch thông qua hệ thống phổ nghiệm hiện đại ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, MS) và đối chiếu trực tiếp dữ liệu với các công trình công bố quốc tế chuẩn mực (Shen, 2017; Kavala và cộng sự, 2012).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận và biên bản trả lời góp ý phản biện chỉ ra một số hạn chế nội tại:

• Hiệu suất tổng hợp các tiền chất chalcone qua phản ứng Claisen-Schmidt trong dung dịch $\text{EtOH}/\text{KOH}$ còn thấp (BT03 đạt $29{,}54%$, MQ01 đạt $17{,}84%$). Nguyên nhân chính là do sự hiện diện của nước làm giảm hoạt tính của base và cạnh tranh phản ứng.
• Hiệu suất phản ứng tổng hợp flavanone bằng phương pháp đun hoàn lưu với xúc tác $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ còn khiêm tốn khi so sánh với phương pháp quang hóa của Sinyeue.
• Khóa luận mới dừng lại ở phạm vi tổng hợp hóa học, cô lập, tinh sạch và xác định cấu trúc; chưa thực hiện sàng lọc hay kiểm tra hoạt tính sinh học thực nghiệm (in vitro) đối với các dẫn xuất flavonol và flavanone thu được.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

• Khảo sát các điều kiện khan nước hoặc sử dụng hệ xúc tác acid/base dị thể cải tiến để nâng cao hiệu suất phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt.
• Thử nghiệm việc ứng dụng bức xạ vi sóng cho phản ứng đồng phân hóa chalcone thành flavanone nhằm tiếp tục rút ngắn thời gian phản ứng và cải thiện hiệu suất chuyển hóa.
• Mở rộng thử nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng bắt gốc tự do (chống oxy hóa) và độc tính tế bào của các hợp chất GT02, GT03, GT04, GT05, GT06.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị thực tiễn đối với:

• Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Hóa hữu cơ, Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa dược và Công nghệ Sau thu hoạch đang thực hiện các đề tài liên quan đến khung dị vòng polyphenol và flavonoid.
• Các quy trình thực nghiệm chi tiết ở Chương 2, đặc biệt là các thông số tỷ lệ chất tham gia phản ứng, kỹ thuật chiết tách sản phẩm hữu cơ, quy trình nạp mẫu và giải ly sắc ký cột (với tỷ lệ silica gel và cách thức kiểm soát $R_f$ tối ưu từ $0{,}25$ đến $0{,}35$).
• Bảng đối chiếu số liệu phổ NMR giữa thực nghiệm và tài liệu tham khảo quốc tế (Shen 2017 và Kavala 2012) tại Chương 3 là cơ sở tra cứu trực quan phục vụ việc định danh và giải phổ cấu trúc các dẫn xuất tương tự.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nước có hiện diện trong phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt giữa $2'$-hydroxyacetophenone và benzaldehyde không, và gây ảnh hưởng gì đến hiệu suất?
Có. Nước hiện diện trong hỗn hợp phản ứng từ dung dịch $\text{KOH}$ và sinh ra trong bước tách loại nước (cơ chế E1cb) của phản ứng ngưng tụ. Vì giá trị $\text{p}K_a$ của nước lớn hơn $\text{p}K_a$ của $\text{KOH}$ trong dung môi ethanol, lượng nước này cạnh tranh ái nhân với base, làm giảm hoạt tính xúc tác và dẫn đến sự sụt giảm hiệu suất tổng hợp chalcone.

2. Các nhóm thế trên vòng B ảnh hưởng như thế nào đến khả năng tạo thành flavanone và flavonol?
Các nhóm thế đẩy điện tử như $-\text{OCH}_3$ hoặc $-\text{OH}$ làm tăng mật độ điện tử của vòng thơm B. Khi đó, hiệu ứng liên hợp làm cho carbon $\beta$ phân cực dương mạnh hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho ion âm trên vòng A tấn công vào carbon $\beta$, giúp phản ứng đóng vòng tạo flavanone và flavonol diễn ra thuận lợi hơn (hợp chất GT03 mang nhóm $-\text{OCH}_3$ kết thúc phản ứng sau 1 giờ 45 phút, trong khi GT02 không thế mất 3 giờ).

3. Sự khác biệt về điều kiện tổng hợp giữa tiền chất chalcone HL01 so với BT03 và MQ01 là gì?
BT03 và MQ01 được tổng hợp trong dung môi ethanol với xúc tác kiềm đồng thể $\text{KOH}$ 20%, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Ngược lại, HL01 được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ không dung môi sử dụng xúc tác đất sét montmorillonite K10, nghiền mịn rồi chiếu xạ vi sóng ở $150^\circ\text{C}$ trong vòng 2 giờ trên thiết bị Discover 2.0 CEM.

4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tổng hợp flavanone bằng xúc tác $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ trong đề tài so với công bố của Sinyeue là gì?
Phương pháp của Sinyeue sử dụng phản ứng quang hóa trong lò phản ứng chuyên dụng RPR-200 Photochemical Reactor kéo dài 7 ngày để đạt hiệu suất cao. Phương pháp dùng xúc tác $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$ đun hoàn lưu trong cồn của đề tài có hiệu suất thấp hơn, nhưng có ưu điểm nổi bật là thiết bị phản ứng đơn giản, phổ biến trong phòng thí nghiệm hóa học thông thường và thời gian phản ứng rút ngắn đáng kể (chỉ còn 15 giờ).

5. Dữ liệu phổ của các hợp chất GT02, GT03, GT04, GT05 và GT06 được kiểm chứng bằng cách nào?
Cấu trúc của các hợp chất được đo bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC) tại Viện Hóa học (Hà Nội), sau đó đối chiếu số liệu độ dịch chuyển hóa học và hằng số ghép cặp với các công bố quốc tế: GT02, GT03, GT06 được đối chiếu lần lượt với các hợp chất Fl-22, Fl-24, Fl-25 trong bài báo của Shen (Tetrahedron, 2017); GT04 và GT05 được đối chiếu tương ứng với các hợp chất 1a và 7a trong công trình của Kavala và cộng sự (2012).

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của Nguyễn Thị Giang Thanh đã hoàn thành việc tổng hợp, tinh sạch và định danh cấu trúc của 03 dẫn xuất flavonol và 02 dẫn xuất flavanone từ các tiền chất $2'$-hydroxychalconoid. Đề tài đã phân tích rõ nét cơ chế phản ứng Claisen-Schmidt, phản ứng oxy hóa Algar-Flynn-Oyamada và phản ứng đồng phân hóa nội phân tử xúc tác acid Lewis $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$. Các số liệu nhiệt độ nóng chảy và quang phổ ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, MS) của sản phẩm đều tương thích chặt chẽ với các công bố quốc tế chuẩn mực. Công trình là tài liệu tham khảo thực nghiệm hữu ích cho sinh viên và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học tổng hợp các hợp chất thiên nhiên và hóa dược dị vòng polyphenol.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái quát Flavonoid là nhóm các hợp chất polyphenol được tìm thấy trong hầu hết các loại trái cây rau củ, ngũ cốc và hoa quả,. Các flavonoid đa phần thường có màu vàng, một số có màu đỏ, xanh, tím hoặc không màu. Khung sườn cơ bản của các hợp chất này gồm 15 carbon, có khung chung là C6-C3-C6 gồm 2 vòng thơm liên kết với nhau thông qua 03 carbon (Hình 1. Flavonoid được chia thành các nhóm khác nhau dựa vào các nhóm chức được gắn vào vòng C.

Các nhóm này gồm: flavone, flavonol, flavanone, chalcone,.1 Cấu trúc cơ bản của các hợp chất: (a) flavonoid; (b) chalcone; (c) flavonol; (d) flavanone Chalcone là flavonoid mạch hở với cấu trúc đặc trưng không có vòng C, hai vòng thơm được liên kết với nhau thông qua nhóm α,β-carbonyl không bão hòa (Hình 1. Xét về lập thể chalcone tồn tại cả hai dạng đồng phân trans (E) và cis (Z). Tuy nhiên, đồng phân Z không ổn định do hiệu ứng không gian của vòng A và nhóm carbonyl gây ra. Chalcone được tìm thấy nhiều trong tự nhiên và xuất hiện một lượng đáng kể trong cà chua, dâu 3 tây, lê và một số sản phẩm lúa mì [8].

Hợp chất này còn là tiền chất cho quá trình tổng hợp các hợp chất thuộc flavonoid như flavonol, flavanone, flavone và aurone. Flavonol chứa nhóm ketone ở vị trí số 4, một liên kết đôi ở vị trí 2 và 3 và tại vị trí carbon 3 của vòng C còn mang 1 nhóm hydroxyl. Flavonol có nhiều trong trái cây và rau quả như: hành tây, rau diếp cá, nho và cà chua,. Cũng giống như flavonol, flavanone cũng có mang một nhóm ketone >C=O tại vị trí số 4.

Tuy nhiên, tại vị trí C2 và C3 của flavanone không chứa liên kết đôi và nhóm hydroxyl tại vị trí số 3 như flavonol (Hình 1. Flavanone và chalcone là đồng phân của nhau, flavanone có thể được tạo thành bởi phản ứng đồng phân hóa chalcone. Các hợp chất flavonoid có thể ngăn ngừa bệnh ung thư, bệnh tim mạch vành [9], chống oxy hóa, chống viêm, kháng khuẩn, kháng virus [1], chống lại các gốc tự do,.2 Phương pháp tổng hợp chalcone Cho đến nay, một số phương pháp tổng hợp chalcone đã được báo cáo. Nhìn chung, quá trình tổng hợp chalcone được thực hiện thông qua các phản ứng ngưng tụ với xúc tác acid hoặc base: - Phương pháp nghiền: trong phương pháp này chalcone được tổng hợp bằng cách nghiền hỗn hợp gồm methyl ketone, aldehyde và sodium hydroxide.

Hỗn hợp sau đó được loại bỏ sodium hydroxide và kết tinh chalcone trong dung môi thích hợp [10]. - Phương pháp chiếu xạ siêu âm: chalcone tổng hợp dưới sự chiếu xạ siêu âm sử dụng các xúc tác dị thể như K2CO3 [11], acid-montmorillonites [12],. - Các phản ứng Coupling C-C: phản ứng ghép cặp Heck, đồng phân hóa Sonogashira, Suzuki–Miyaura,. - Phản ứng acyl hóa Friedel-Crafts được thực hiện thông qua acyl hóa ether thơm và cinnamoyl chloride trong sự có mặt của xúc tác acid Lewis như AlCl3 [16].

4 Tuy nhiên, phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để tổng hợp chalcone. Tuy thời gian phản ứng chậm và sinh ra sản phẩm phụ nhưng quá trình phản ứng diễn ra đơn giản và hiệu suất cao.1 Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác acid/base có dung môi Với phương pháp này, phản ứng ghép cặp C-C giữa các acetophenone và benzaldehyde được diễn ra với sự hiện diện của xúc tác acid hoặc base trong dung môi phân cực ở 50- 100 °C [17]. Các base được sử dụng cho quá trình ngưng tụ này là NaOH [18, 19], KOH [20-22] và NaH [22],.với nồng độ từ 10-60%. Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác base trong điều kiện có dung môi được diễn ra gồm hai giai đoạn được biểu diễn theo cơ chế Hình 1.

- Giai đoạn đầu tiên diễn ra phản ứng cộng aldol gồm 02 bước. Bước đầu tiên, proton H của acetophenone sẽ được tách loại bởi các base mạnh và hình thành carbanion (còn được gọi là enolate), enolate lúc này đóng vai trò như là một nucleophile. Bước tiếp theo diễn ra phản ứng cộng ái nhân với sự tấn công của enolate mới hình thành lên C  của các dẫn xuất benzaldehyde hình thành nên hợp chất trung gian -hydroxy ketone. - Giai đoạn thứ hai là tách loại nước: trong điều kiện base hợp chất -hydroxy ketone bị tấn công bởi nhóm hydroxyl sau đó tách loại một phân tử nước theo cơ chế E1cb để hình thành nên sản phẩm.

Các nhóm thế trên vòng thơm cũng sẽ gây ảnh hưởng đến thời gian và hiệu suất phản ứng. Các nhóm thế khác nhau sẽ làm giảm hoặc tăng mật độ điện tử của nhóm carbonyl từ đó làm ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp. Trong tự nhiên, các chalcone có hoạt tính thường mang nhóm hydroxyl điều này gây khó khăn trong quá trình tổng hợp với xúc tác base. Trong môi trường base, các dẫn xuất của acetophenone mang nhóm -OH sẽ chuyển về dạng phenolate hình thành nên một nucleophile thứ hai cạnh tranh với carbanion ở C.

Vì thế, tổng hợp chalcone từ các dẫn xuất mang nhiều nhóm hydroxyl cần bảo vệ nhóm chức này tránh khỏi tác động của base. Tuy nhiên, phương pháp này khá phức tạp và có thể giảm hiệu suất phản ứng. Để khắc phục vấn đề này có thể thực hiện phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác 5 acid như HCl, BF3, B2O3, p-toluenesulfonic acid [23]. Tuy nhiên, việc thực hiện phản ứng ngưng tụ với xúc tác acid thường thu được sản phẩm với hiệu suất thấp [23].2 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác base Trong hóa học hữu cơ, việc tìm kiếm các quy trình và điều kiện phản ứng để tổng hợp sản phẩm với chi phí tiết kiệm luôn các nhà khoa học quan tâm.

Trong đó, chất xúc tác được xem như là có vai trò then chốt trong quá trình nghiên cứu này. Một trong số những loại được quan tâm gần đây là xúc tác đất sét bởi đặc tính tuyệt vời. Chúng có thể có sẵn trong tự nhiên, chi phí thấp, là vật liệu thân thiện với môi trường, không độc và có thể tái chế. Chính vì thế, xúc tác đất sét hoặc đất sét biến tính có thể dùng thay thế cho các xúc tác acid/base trong phản ứng ngưng tụ để cải thiện các khó khăn từng gặp.2 Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác đất sét phi dung môi Tổng hợp chalcone dựa trên phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác đất sét có sự hỗ trợ của vi sóng đang được quan tâm do hiệu quả mà nó mang lại.

Phương pháp này có nhiều lợi ích về cả kinh tế và môi trường như: chi phí thấp, có thể dễ dàng loại bỏ và tái chế chất xúc tác, giảm thiểu thời gian phản ứng, ít độc hại [24]. Các xúc tác acid montmorillonite KSF [12, 25], montmorillonite K10, Bentonite Bieliaca [26],.là 6 những loại phổ biến nhất. Chúng đóng vai trò như là một xúc tác acid Lewis với diện tích bề mặt lớn, tính acid bề mặt, khả năng ổn định nhiệt,. Chính vì thế mà chúng được lựa chọn như một xúc tác dị thể cho phản ứng.3 Cơ chế đề nghị của phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác đất sét Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt với xúc tác đất sét có sự hỗ trợ của vi sóng (Hình 1.3) được mô tả như sau: Các 2'-hydroxyacetophenone sẽ chuyển về dạng enol.

Xúc tác đất sét montmorillonite K10 đóng vai trò như là một acid Lewis do có sự hiện diện của ion kim loại trên bề mặt sẽ hình thành liên kết cho nhận với oxy của nhóm carbonyl trong hợp chất benzaldehyde. Các liên kết này góp phần làm cho nhóm carbonyl tăng tính ái điện tử. Khi đó, các 2'-hydroxyacetophenone tồn tại dưới dạng enol sẽ đóng vai trò như một tác nhân ái nhân và sẽ dễ dàng tấn công vào carbon của nhóm carbonyl và hình thành nên liên kết C-C. Sản phẩm trung gian được hình thành do phản 7 ứng cộng aldol và sau đó tách loại nước để hình thành nên cầu nối α,β-carbonyl bất bão hòa.3 Phương pháp tổng hợp flavonol Flavonol hay còn gọi là 3-hydroxyflavone được biết đến là một trong những hợp chất có hoạt tính sinh học như kháng virus,.

Tuy nhiên, trong tự nhiên chúng có nồng độ thấp và rất khó phân lập. Chính vì thế mà việc tổng hợp các flavonol nhằm tăng tính đa dạng về mặt cấu trúc luôn là vấn đề hấp dẫn với các nhà nghiên cứu. Một số phương pháp thường được sử dụng để tổng hợp flavonol như: phản ứng AFO; phương pháp Kostanecki; phương pháp Auwers. - Phương pháp Auwers thực hiện phản ứng brom hóa aurone để tạo nên sản phẩm cộng 1,2-dibromo.

Các hợp chất này trong môi trường kiềm sẽ bị tấn công bởi các nhóm hydroxyl rồi sau đó tách loại hydrohalogen để hình thành nên sản phẩm là flavonol [27] (Hình 1.4 Phương pháp tổng hợp flavonol theo Auwers - Phương pháp Kostanecki đầu tiên liên quan đến sự ngưng tụ của benzaldehyde và 2'- hydroxyacetophenone với sự có mặt của sodium hydroxide tạo thành chalcone, sau đó được xử lý bằng acid để tạo thành flavanone. Phản ứng tiếp tục với việc bổ sung isoamyl nitrite và thủy phân để tạo thành flavonol [27] (Hình 1.5 Phương pháp tổng hợp flavonol theo Kostanecki 8 Tuy nhiên phản ứng Algar Flynn Oyamada (AFO) thường được sử dụng nhiều hơn do sự đơn giản và tiện lợi. Phản ứng thực hiện quá trình oxi hóa 2'-hydroxychalcone với hydrogen peroxide trong môi trường kiềm (Hình 1.6 Phương pháp tổng hợp flavonol dựa trên phản ứng Algar Flynn Oyamada Để giải thích cơ chế của phản ứng AFO thì hai giả thuyết đã được đề ra: Giả thuyết đầu tiên được đưa ra là 2'-hydroxychalcone bị tấn công bởi hydrogen peroxide và hình thành chất trung gian chalcone epoxide. Trong môi trường kiềm, ion phenolate tấn công vào vị trí  hoặc  của vòng epoxide để hình thành aurone hoặc 3- hydroxyflavanone tương ứng.

Cuối cùng, 3-hydroxyflavanone sẽ bị oxi hóa bởi hydrogen peroxide và hình thành nên sản phẩm flavonol [5, 28] (Hình 1. Tuy nhiên, Dean and Podi Muang [29] đã đề xuất rằng epoxide không phải là chất trung gian trong quá trình hình thành nên flavonol. Do trong điều kiện kiềm mạnh việc chuyển đổi 2'- hydroxychalcone thành phenolate sẽ tạo lực đẩy tĩnh điện giữa 2 anion phenolate và ion hydroperoxide HO-O-, và điều này ngăn cản sự hình thành epoxide. Các tác giả đã đưa ra giả thuyết thứ hai và giải thích rằng: 2'-Hydroxychalcone trong môi trường base mạnh sẽ tách loại proton tạo nên ion phenolate và sau đó tấn công vào carbon β hình thành nên hợp chất trung gian.

Dạng enolate của chất trung gian sẽ lấy nhóm OH từ hydrogen peroxide để hình flavanone. Tiếp theo thực hiện quá trình oxi hóa để tạo ra sản phẩm flavonol [28] (Hình 1.