Tải bản đầy đủ
Folkers và Johnson đã chứng minh sự tồn tại của sản phẩm trung gian N,N’’-benzylidenebisurea của quá trình ngưng tụ benzaldehyde và urea [5] (Hình 1).

Folkers và Johnson đã chứng minh sự tồn tại của sản phẩm trung gian N,N’’-benzylidenebisurea của quá trình ngưng tụ benzaldehyde và urea [5] (Hình 1).

Tải bản đầy đủ

HeaderKhóa
Pageluận
11 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp DHPM
 Tổng hợp DHPM dùng xúc tác FeCl 3 .6H 2 O trong điều kiện chiếu xạ vi sóng
M. Mozaffari Majd và các cộng sự của ông đã nghiên cứu và nhận thấy rằng
với khi lấy hỗn hợp benzaldehyde acylal, ethyl acetoacetate và urea theo tỉ lệ 1:1:1,5
mol được chiếu vi sóng dưới 180 W trong 15 phút với sự có mặt của FeCl 3 .6H 2 O làm
xúc tác thì phản ứng xảy ra với hiệu suất cao nhất (Hình 3). Sau đó, ông đã áp dụng
điều kiện tối ưu hóa này vào các phản ứng khác nhau của các aldehyde aryl, ethyl
acetoacetate và urea hoặc thiourea,kết quả thu được ở Bảng 1 [5].
R

O
X

OAc
R

+ H N
2

O

O
FeCl3.6H2O

NH2 +

NH

EtO

OEt

OAc

H3 C

N
H

X

Hình 4. Tổng hợp DHPM dùng xúc tác FeCl 3 .6H 2 O trong điều kiện chiếu xạ vi sóng
Bảng 1. Phản ứng Biginelli khi sử dụng FeCl 3 .6H 2 O làm xúc tác.
STT
1
2
3
4
5
6

R
C6H5
4-ClC 6 H 4
1-Naph
Ph
4-ClC 6 H 4
2-CH 3 C 6 H 4

Hiệu suất (%)
85
92
92
72
60
68

X
O
O
O
S
S
S

 Tổng hợp DHPM sử dụng xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O.
M. Phukan, M. K. Kalita và R. Borah đã tiến hành nghiên cứu các phản ứng
của anisaldehyde (1 mmol), acetophenone (1 mmol) và urea (1,5 mmol) sử dụng các
dung môi khác nhau trong điều kiện dùng Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O làm xúc tác (Hình 4) thu
được kết quả như trong Bảng 2 [6].
O
HN

O
X
CHO +
R

CH3

+ +H N
2

NH

Fe(NO3)3.9H2O
NH2

R

Hình 5. Tổng hợp DHPM dùng xúc tác Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O

Footer Page 11 of 161.

10

HeaderKhóa
Pageluận
12 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Bảng 2. Phản ứng Biginelli trong điều kiện dùng Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O làm xúc tác.
STT
1
2
3
4
5
6
Từ

Chất xúc tác
Dung môi
Thời gian (giờ)
FeNO 3 .9H 2 O
1,5
FeNO 3 .9H 2 O
MeOH
12
FeNO 3 .9H 2 O
CH 3 COCH 3
12
FeNO 3 .9H 2 O
CH 2 Cl 2
12
FeNO 3 .9H 2 O
CHCl 3
12
FeNO 3 .9H 2 O
H2O
12
kết quả thu được, có thể đưa ra kết luận khi sử

Hiệu suất (%)
92
90
75
Không phản ứng
Không phản ứng
Không phản ứng
dụng Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O

trong điều kiện không dung môi làm tăng hiệu suất của phản ứng lên đáng kể.
Sử dụng các điều kiện tối ưu trên, khi không sử dụng dung môi, họ đã áp
dụng cho phản ứng của acetophenone với các aldehyde aryl khác nhau và thu được kết
quả như Bảng 3.
Bảng 3. Phản ứng của acetophenone với các aldehyde aryl khác nhau.
STT

R

X

1
2
3
4
5
6
25
26

C6H5
4-ClC 6 H 4
4-MeOC 6 H 4
2-ClC 6 H 4
3-BrC 6 H 4
4-OHC 6 H 4
4-ClC 6 H 4
3,4,5-(OMe) 3 C 6 H 4

O
O
O
O
O
O
S
S

Thời gian
(phút)
35
75
90
25
40
25
75
90

Hiệu suất (%)
90
95
92
85
80
90
81
80

 Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl 4 trong điều kiện dung môi
hoặc điều kiện không dung môi (Hình 5) [7].
R3
R2
R2
R3

O

R1
+

H

O

O
OEt

+

H2N

NH2

R1

EtOH - ZrCl4

COOEt

HN
O
O

N
H

CH3

Hình 6. Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl 4 dùng dung môi
hoặc trong điều kiện không dung môi.

Footer Page 12 of 161.

11

HeaderKhóa
Pageluận
13 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

 Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl 4 trong điều kiện
dung môi.
Trộn hỗn hợp urea (0,01 mol), aldehyde (0,01 mol) và ethyl acetoacetate (0,015
mol) khi có ZrCl 4 (10 mmol %) làm xúc tác và sử dụng ethyl alcohol (10 mL) làm
dung môi dưới tác dụng của sóng siêu âm trong vòng 20-35 phút ở nhiệt độ phòng.
Thêm methylene chloride (50 ml) và nước cất (5 ml) để kết thúc phản ứng và ngăn
chặn sự hình thành các phức chất. Sau khi khuấy hỗn hợp trong 1 phút thì đem đi lọc.
Rửa sản phẩm hai lần với methylene chloride (mỗi lần 10 ml) dưới áp suất thấp để
sạch hết dung môi có trong sản phẩm. Chất rắn đem kết tinh trong ethyl alcohol.
 Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM sử dụng xúc tác ZrCl 4 trong điều kiện
không dung môi.
Trộn hỗn hợp urea (0,01 mol), aldehyde (0,01 mol) và ethyl acetoacetate (0,015
mol) khi có ZrCl 4 (10 mmol %) làm xúc tác được hấp thụ bởi đất sét bentonit (5 g)
dưới tác dụng của sóng siêu âm trong vòng 20-35 phút ở nhiệt độ phòng. Thêm
methylene chloride (50 ml) và nước cất (5 ml) để kết thúc phản ứng và ngăn chặn sự
hình thành các phức chất. Sau khi khuấy hỗn hợp trong 1 phút thì đem đi lọc. Rửa sản
phẩm hai lần với methylene chloride (mỗi lần 10 ml) dưới áp suất thấp để sạch hết
dung môi có trong sản phẩm. Chất rắn đem kết tinh trong ethyl alcohol. Kết quả thu
được ở Bảng 4.
Bảng 4. Tổng hợp các dẫn xuất của DHPM dưới xúc tác ZrCl 4 .
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

R1

R2

NO 2
H
NO 2
H
H
NO 2
H
NO 2
H
H
H
H
H OCH 3
H OCH 3

Footer Page 13 of 161.

R3
H
H
H
H
OCH 3
OCH 3
OCH 3
OCH 3

Dung môi
- Thời gian (phút)
EtOH - 35
Đất sét Bentonite - 35
EtOH -35
Đất sét Bentonite - 35
EtOH - 20
Đất sét Bentonite - 20
EtOH - 20
Đất sét Bentonite - 20

Nhiệt độ
sôi (t oC)
210
210
226
226
201
201
178
178

Hiệu suất
(%)
75
78
90
91
99
99
95
96

12

HeaderKhóa
Pageluận
14 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

1.1.4 Ứng dụng của một số dẫn xuất DHPM
Qua nhiều năm, sau khi được nghiên cứu, DHPM và các dẫn xuất của nó được
coi như là một loại hợp chất đặc biệt trong tự nhiên hay trong tổng hợp, được sử dụng
nhiều trong lĩnh vực như sinh học, y học, sinh lý học và dược phẩm. Nó đóng vai trò
như một loại thuốc chặn kênh canxi, thuốc hạ áp, chống viêm, kháng sinh. Hơn nữa.
DHPM được coi là có ảnh hưởng rất lớn đến việc tổng hợp các sản phẩm tự nhiên
khác, điển hình là dẫn xuất polycyclic marine alkaloid, trong đó alkaloids batzelladine
(Hình 7) là một chất ức chế mạnh HIV gp-120-CD4 với độ an toàn cao [8-9].
N

H
N

O
NH

H

+

N

O
Me

H
N

H2N

O

H

N
H

N
H

(CH2)6Me

O

NH2

Hình 7. Batzelladine
Một số dẫn xuất của pyrimidin có giá trị trong dược liệu như:
 SQ 32926 và SQ 32547 được coi là một loại thuốc hạ huyết áp
O2N

F3C
i-PrO2C
Me

N
N
H

CONH2 i-PrO2C
O

N

Me

N

S

N
H

SQ 32926

CO2

F

SQ 32547

 Chất có khả năng chống vi khuẩn
R

O
NH

O
H3C

N
H

O

R= Cl, NO2, F

Footer Page 14 of 161.

13

HeaderKhóa
Pageluận
15 tốt
of nghiệp
161.
1.2

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Giới thiệu về xúc tác sử dụng

1.2.1 Khoáng sét
1.2.1.1 Khái niệm
Khoáng sét là những philosilicate, có tính dẻo và trở nên cứng khi khô hay bị
nung nóng. Các khoáng sét có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp [10].
1.2.1.2 Cơ cấu của khoáng sét
Khoáng sét được hình thành trong tự nhiên do sự phong hóa hóa học các loại đá
chứa silicate dưới tác động của acid carbonic hoặc do các hoạt động thủy nhiệt. Nó là
hỗn hợp bao gồm Al 2 O 3 , SiO 2 , H 2 O và một số oxide của kim loại kiềm, kiềm thổ, sắt,
mangan, kẽm… Phần lớn, khoáng sét thường gặp dưới dạng tập hợp hạt mịn. Khi hấp
phụ nước, chúng trở thành vật liệu với độ dẻo thay đổi. [11]
1.2.1.2.1

Tấm tứ diện

Mỗi tứ diện chứa một cation T liên kết với bốn nguyên tử oxygen và liên kết với
các tứ diện kế cận bằng ba oxigen đáy (O b , the basal oxygen atom) tạo thành một mô
hình mạng lưới vòng sáu cạnh hai chiều vô tận. Cation tứ diện thường là Si4+/ Al3+ và
Fe3+.

Hình 8. Tấm tứ diện của lớp khoáng sét
(a) : Tứ diện [TO 4 ]; (b) : Tấm tứ diện (T)
O a và O b lần lượt là oxygen đỉnh và oxygen đáy
1.2.1.2.2

Tấm bát diện

Mỗi bát diện chứa một cation T liên kết với sáu nhóm hydroxyl. Trong tấm bát
diện, sự liên kết giữa mỗi bát diện O và các bát diện kế cận là bởi các cạnh theo hai
chiều trong mặt phẳng.

Footer Page 15 of 161.

14

HeaderKhóa
Pageluận
16 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Cation bát diện thường là Al3+, Fe3+, Mg2+ và Fe2+. Ngoài ra còn có một số ion
khác như Li+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, V3+, Cr3+ và Ti4+.
Nguyên tử oxigen tự do ở mỗi tứ diện (O a , the tetrahedral apical oxygen atom)
trong tấm bát diện cùng hướng về một phía so với tấm và liên kết với các tấm bát diện
tạo thành mặt phẳng chứa O oct (O oct = OH, F, Cl, O), O oct là anion của tấm bát diện,
nằm ở trung tâm của vòng sáu tứ diện và không liên kết với tấm tứ diện, nguyên tử
oxigen này liên kết với nguyên tử hidrogen tạo thành nhóm –OH trong cơ cấu của đất
sét. Bát diện có hai dạng hình học khác nhau phụ thuộc vào vị trí nhóm –OH : định
hướng cis (2 O oct nằm cùng phía) và trans (2 nhóm O oct nằm khác phía).

Hình 9. Tấm bát diện của một lớp khoáng sét
(a): sự định hướng O oct (OH. F. Cl) trong cis-bát diện và trans-bát diện
(b): Vị trí tâm cis và tâm trans trong tấm bát diện
Oa và O b lần lượt là oxygen đỉnh và oxygen đáy

1.2.1.3 Phân loại
Sự sắp xếp giữa tấm tứ diện và tấm bát diện thông qua các nguyên tử oxigen một
cách liên tục tạo nên mạng tinh thể của khoáng sét [12]. Có 2 kiểu sắp xếp chính:
1.2.1.3.1

Lớp 1:1

Cơ cấu của lớp 1:1 là sự sắp xếp trật tự tuần hoàn của một tấm bát diện và một
tấm tứ diện (TO). Trong cơ cấu của lớp 1:1, mỗi ô mạng bao gồm 6 bát diện (4 bát
diện định hướng cis và 2 bát diện định hướng trans) và 4 tứ diện.

Footer Page 16 of 161.

15

HeaderKhóa
Pageluận
17 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Hình 10. Cơ cấu lớp 1:1
O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; O a : oxygen tại đỉnh tứ diện
Ob

1.2.1.3.2

: oxygen tại đáy tứ diện; O oct : tâm anion bát diện

Lớp 2:1

Cơ cấu của lớp 2:1 bao gồm một tấm bát diện nằm giữa hai tấm tứ diện, mỗi ô
mạng bao gồm 6 bát diện và 8 tứ diện. 2/ 3 nhóm hydroxyl của tấm bát diện được thay
thế bởi các oxigen đỉnh của tấm tứ diện.

Hình 11. Cơ cấu lớp 2:1
O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; O a : oxigen tại đỉnh tứ diện
O b : oxygen tại đáy tứ diện; O oct : tâm anion bát diện
1.2.2

Đất sét Pillared

1.2.2.1 Khái niệm
Đất sét Pillared (Pillared Clay, PILC) là một loại vật liệu vi xốp được nghiên
cứu như một chất xúc tác và hỗ trợ cho các chuyển đổi hữu cơ khác nhau. PILC thực
chất là sản phẩm của quá trình biến đổi smectit, các cation xen giữa các lớp làm tăng
khoảng cách cơ bản của các loại đất sét. Sau khi xử lý nhiệt, chúng được chuyển đổi
thành các cụm oxit kim loại ổn định đóng vai trò trụ cột giữa các lớp đất sét giữ cho
cấu trúc của đất sét được ổn định trong môi trường nhiệt độ cao [13-14].
1.2.2.2 Quy trình điều chế
Quy trình chung để điều chế PILC (Hình 11) bao gồm [13]:

Footer Page 17 of 161.

16

HeaderKhóa
Pageluận
18 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

-

Làm trương nở smectit trong nước.

-

Trao đổi cation vào giữa các lớp của đất sét bằng các polymer ngậm nước hoặc
bằng các phức kim loại.

-

Sấy khô.

-

Nung >300 oC.

Hình 12. Quy trình điều chế PILC.
1.2.2.3 Phân loại
Đất sét Pillared được phối hợp với nhiều loại cation khác nhau như Al, Zr, Ti,
Cr, Fe, Ta, V. Những thay đổi đặc trưng khi sử dụng đất sét Pillared làm xúc tác bao
gồm tính bền nhiệt, độ mịn, diện tích bề mặt và các tính chất so với đất sét ban đầu
[14].
Bảng 5. So sánh các tính chất của PILC với đất sét ban đầu.
Tính chất

Đất sét ban đầu

PILC

Khoảng cách lớp

2-3 Å

8-15 Å

Diện tích bề mặt

30-60 m2/g

200-350 m2/g

Độ xốp

4-8 Å

16-25 Å

Độ mịn

<0.02 cm3/g

<0.010 cm3/g

Tính axit Bronsted

0.1-0.2

0.4-0.6 mmol H+/g

Tính axit Lewis

0.05-0.1 mmol/g

0.6-0.8 mmol/g

Tính bền nhiệt

<300 oC

<800 oC

Footer Page 18 of 161.

17

HeaderKhóa
Pageluận
19 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

1.2.2.4 Đất sét Pillared nhôm (Al-PILC)
Trong tất cả các loại đất sét Pillared, Al-PILC được các nhà khoa học nghiên
cứu và ứng dụng rộng rãi nhất. Trong tác nhân ban đầu của Al-PILC có chứa các
polycation [AlIVAl VI 12 O 4 (OH) 24 (H 2 O) 12] 7+ . Các polycation này được tạo ra trong quá
trình thủy phân một phần của dung dịch muối nhôm chloride.

Hình 13. Cấu trúc của ion [AlIVAl VI 12 O 4 (OH) 24 (H 2 O) 12 ]7+ .
Sở dĩ Al-PILC được sử dụng là chất xúc tác cho nhiều phản ứng hữu cơ vì AlPILC có diện tích bề mặt cao hơn hẳn so với các loại PILC khác, ngoài ra còn có một
số tính chất vượt trội như tính bền nhiệt, độ mịn cao,… [12].

Footer Page 19 of 161.

18

HeaderKhóa
Pageluận
20 tốt
of nghiệp
161.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

CHƯƠNG II:
THỰC NGHIỆM

Footer Page 20 of 161.

19

HeaderKhóa
Pageluận
21 tốt
of nghiệp
161.
2.1

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thảo

Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất
• Urea (Trung Quốc)
• Ethyl acetoacetate (Merk)
• Benzaldehyde (Trung Quốc)
• Muối AlCl 3 .6H 2 O (Trung Quốc)
• Ethanol (Trung Quốc)
• p-Tolualdehyde (Sigma-Aldrich)
• 4-Nitrobenzaldehyde (Sigma-Aldrich)
• 4-Bromobenzaldehyde (Sigma-Aldrich)
• 4-Fluorobenzaldehyde (Sigma-Aldrich)
2.1.2 Thiết bị
• Cân điện tử Sartotius
• Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET
• Máy hút chân không
• Máy đo nhiệt độ nóng chảy Buchi
• Máy đo NMR
• Máy cô quay
2.2

Điều chế Pillared
Tác nhân Pillared (300 ml): Thêm từ từ dung dịch NaOH 0,25 M (200 ml) vào

dung dịch AlCl 3 (100 ml) sau đó ủ qua đêm trên bếp từ ở nhiệt độ 65 oC.
Đất sét được hoạt hóa axit bằng dung dịch H 2 SO 4 30 %. Ký hiệu LD30.
Lấy 1,5 g đất sét LD30 cho vào 150 ml H 2 O, khuấy qua đêm trên máy khuấy
từ.
Thêm từ từ tác nhân Pillared vào dung dịch huyền phù đất sét, khuấy ở nhiệt độ
phòng trong 2 h. Lọc và sấy đất sét tại 100 oC trong 12 h, sau đó nghiền nát, rây qua
rây 80 mesh. Sau đó đem nung tại 450 oC trong 3 h.

Footer Page 21 of 161.

20