Nghiên cứu tổng hợp (z) 9tetradecen 1yl acetane

xiii
LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin chân thành biết ơn GS.TSKH Nguyễn Công Hào, người thầy
luôn gắn bó với khoa học, trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài này. Thầy đã tận tình truyền đạt những tri
thức khoa học uyên bác, đồng thời đã luôn động viên và an ủi tôi để vượt qua những
khó khăn trở ngại trong suốt thời gian làm đề tài này, những tình cảm cao quý đó của
Thầy sẽ luôn luôn là động lực mạnh mẽ giúp cho tôi có một hành trang vững chắc
trên con đường học tập nghiên cứu về sau này.
Các thầy, cô của Viện Công Nghệ Hóa Học và Trường Đại Học Cần Thơ đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học cũng như đã tận tâm giảng dạy,
truyền đạt những kiến thức hữu ích cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện
luận văn.
TS. Đặng Chí Hiền – Phòng Công Nghệ Hóa Dược, Viện Công Nghệ Hóa Học
- Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện tốt để tôi hoàn thành luận văn.
Các anh, chị của Viện Công Nghệ Hóa Học–Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt
Nam đã giúp đỡ, hướng dẫn và đóng góp cho tôi nhiều ý kiến thiết thực.
Tất cả các anh, chị em lớp Cao học Hóa Khóa 16-Trường Đại học Cần Thơ đã
động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như làm luận văn.
Cha mẹ, anh chị em đã luôn bên cạnh hỗ trợ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Chân thành cảm ơn!
HUỲNH VĂN TƯ
xiii
MỤC LỤC
Chương 1
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC x
TỔNG QUAN 2
1.1 PHEROMONE 3
1.1.1 Định nghĩa2,7,12 3
1.1.2 Phân loại2,7 3
1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác dụng xua đuổi 3
1.1.3 Cấu trúc pheromone13,14,16,18,19 4
1.1.4 Mối quan hệ giữa tổng hợp hữu cơ và pheromone 4
1.1.5 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone 5
1.2 SIÊU ÂM6,12 6
1.2.1 Giới thiệu về siêu âm 6
1.2.2 Nguyên tắc hoạt động 7
1.2.3 Hiệu ứng siêu âm đối với những phản ứng hóa học 7
1.2.4 Thiết bị siêu âm trong phòng thí nghiệm 8
1.2.4.1 Bồn siêu âm 8
1.2.4.2 Thanh siêu âm 8
xiii
1.2.5 Những ưu điểm của siêu âm trong hóa học 9
1.2.6 Ứng dụng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ6 9
1.2.7 Ứng dụng của siêu âm trong nhiều lĩnh vực 9
1.3 PHẢN ỨNG WITTIG 10
1.3.1 Cơ chế27,28,29,30,31,32 10
1.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn lập thể 11
1.3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ (E)/(Z) trong phản ứng Wittig cổ điển 11
1.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 12
1.3.2.3 Ảnh hưởng của base 12
1.3.2.4 Ảnh hưởng của dung môi 12

1.3.2.5 Ảnh hưởng đến sự biến đổi alkyl của muối phosphonium 12
1.3.3 Ứng dụng của phản ứng Wittig 13
1.3.3.1 Tổng hợp pheromone của côn trùng 13
1.3.3.2 Tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học dùng trong dược phẩm 13
1.3.4 Hợp chất tert-butoxide kali 16
1.3.4.1 Giới thiệu sơ lược và cách điều chế48 16
1.3.4.2 Ứng dụng26 16
1.3.4.3 Phản ứng Wittig có sử dụng tert-butoxide kali 17
1.4 CÔN TRÙNG CÓ THÀNH PHẦN PHEROMONE LÀ (Z)-9-TETRADECEN-
1-YL ACETATE 19
1.5 HỢP CHẤT (Z)-9-TETRADECEN-1-YL ACETATE 20
NGHIÊN CỨU 22
2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
2.1.1 Nội dung nghiên cứu 22
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 25
2.1.2.1 Qui ước và tính toán 25
xiii
2.1.2.2 Tổng hợp 9-bromononan-1-ol 26
2.1.2.3 Tổng hợp 9-bromononyl acetate 26
2.1.2.4 Tổng hợp 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 26
2.1.2.5 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 26
2.2.2 Tổng hợp 9-bromononyl acetate 32
2.2.4 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 42
THỰC NGHIỆM 50
3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM 50
3.1.1 Thiết bị và dụng cụ 50
3.2.2 Hóa chất 51
3.2 TINH CHẾ MỘT SỐ HÓA CHẤT 52
3.3 TỔNG HỢP CÁC CHẤT 53
3.3.1 Tổng hợp 9-bromononan-1-ol 53

3.3.2 Tổng hợp 9-bromononyl acetate 54
3.3.3 Tổng hợp 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 54
3.3.4 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 55
KẾT LUẬN 57
KIẾN NGHỊ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC
xiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Từ viết đầy đủ

Ac
2
O Anhydride acetic
13
C-NMR Carbon (13) Nuclear Magnetic Resonance
1
H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance
AcOH Acetic acid
CDCl
3
Deuterated chloroform
cm
-1
Wave number
DCM Dichloromethane
d Doublet (NMR)
DEPT Distortionless Enhancement by Polarization Transfer
DME Dimethoxyethane

DMF N,N-dimethylformamide
DMP 2,2-Dimethoxypropane
Et
2
O Diethyl ether
Et
3
N Triethylamine
EtOAc Ethyl acetate
EtOH Ethanol
GC Gas chromatography
xiii
GC-MS Gas chromatography-mass spectrometry
HMPA Hexamethylphosphoramide
Hz Hertz
IR Infrared
J Scalar coupling constant
KHz Kilohertz
LDA Lithium diethylamide
LiAlH
4
Lithium aluminium hydride
LiB(C
2
H
5
)
3
H Lithium triethylborohydride
m Multiplet (NMR)

Me Methyl
Me
2
CuLi Lithium dimethylcopper
MeCOCH
2
CO
2
Et Ethyl acetoacetate
MeLi Methyl lithium
MeOH Methanol
Mg Magnesium
MHz Megahertz
MVK Methyl vinyl ketone
NaBH
4
Sodium borohydride
n-BuLi n-butyllithium
NMR Nuclear Magnetic Resonance
Pb(OAc)
4
Lead(IV) acetate
PCC Pyridinium chlorochromate
PDC Pyridinium dichromate
PE Petroleum ether
ppm Parts per million
xiii
PtO
2
Platinum oxide

p-TsCl p-Toluene sulfonyl chloride
Py Pyridine
q Quartet (NMR)
R
f
Retention factor
RMgX Alkyl magnesium halide
s Singlet (NMR)
t Triplet (NMR)
THF Tetrahydrofurane
THP Tetrahydropyran-2-yl
TLC Thin Layer Chromatography
δ Chemical shift
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng tổng hợp
9-bromononan-1-ol 29
Bảng 2 Dữ liệu phổ
1
H NMR của 9-bromononan-1-ol 33
Bảng 3 Dữ liệu phổ
13
C NMR của 9-bromononan-1-ol 33
Bảng 4 Khảo sát ảnh hưởng của công suất đến hiệu suất phản ứng tổng hợp
9-bromononyl acetate bằng phương pháp vi sóng 35
Bảng 5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng tổng hợp
9-bromononyl acetate bằng phương pháp vi sóng 36
Bảng 6 Dữ liệu phổ
1
H NMR của 9-bromononyl acetate 38

Bảng 7 Dữ liệu phổ
13
C NMR của 9-bromononyl acetate 39
xiii
Bảng 8 Dữ liệu phổ
1
H NMR của 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 41
Bảng 9 Dữ liệu phổ
13
C NMR của 9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 43
Bảng 10 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng tổng hợp
9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 44
Bảng 11 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng Wittig trong giai
đoạn ghép ylide và pentanal 48
Bảng 12 Dữ liệu phổ
1
H NMR của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 50
Bảng 13 Dữ liệu phổ
13
C NMR của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 51
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate từ aleuritic acid 22
Sơ đồ 2 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate từ oleic acid 23
Sơ đồ 3 Phân tích tổng hợp ngược (retrosynthesis) của (Z)-9-tetradecen-1-yl
acetate 25
Sơ đồ 4 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate từ nonan-1,9-diol và pentanal 25
xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH


Hình 1 Quá trình phát triển của bọt trong siêu âm 7
Hình 2 Bồn siêu âm và thanh siêu âm dùng trong tổng hợp pheromone 9
Hình 3 Một số loài sâu tiêu biểu ở Việt Nam 21
Hình 4 Phản ứng kết thúc trong tổng hợp 9-bromononan-1-ol bằng
hệ thống hoàn lưu Dean-Stark tube 29
Hình 5 Sản phẩm và TLC của 9-bromononan-1-ol 29
Hình 6 TLC của 9-bromononyl acetate 34
Hình 7 Phản ứng điều chế và TLC của
9-acetoxynonyltriphenylphosphonium bromide 40
Hình 8 Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 45
Hình 9 TLC của (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate 47
xiii
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1 CÁC PHỔ CỦA 9-BROMONONAN-1-OL
Phụ lục 1.1 Phổ GC PL1
Phụ lục 1.2 Phổ IR PL2
Phụ lục 1.3 Phổ
1
H NMR PL3
Phụ lục 1.4 Phổ
1
H NMR dãn rộng PL4
Phụ lục 1.5 Phổ
13
C NMR PL5
Phụ lục 1.6 Phổ
13
C NMR dãn rộng PL6

PHỤ LỤC 2 CÁC PHỔ CỦA 9-BROMONONAN-1-YL ACETATE
Phụ lục 2.1 Phổ GC PL7
Phụ lục 2.2 Phổ IR PL8
Phụ lục 2.3 Phổ
1
H NMR PL9
Phụ lục 2.4 Phổ
1
H NMR dãn rộng PL10
Phụ lục 2.5 Phổ
13
C NMR PL11
Phụ lục 2.6 Phổ
13
C NMR dãn rộng PL12
PHỤ LỤC 3 CÁC PHỔ CỦA
xiii
9-ACETOXYNONYLTRIPHENYLPHOSPHONIUM BROMIDE
Phụ lục 3.1 Phổ IR PL13
Phụ lục 3.2 Phổ
1
H NMR PL14
Phụ lục 3.3 Phổ
1
H NMR dãn rộng PL15
Phụ lục 3.4 Phổ
13
C NMR PL16
Phụ lục 3.5 Phổ
13

C NMR dãn rộng PL17
Phụ lục 3.6 Phổ
13
C NMR dãn rộng PL18
PHỤ LỤC 4 CÁC PHỔ CỦA (Z)-9-TETRADECEN-1-YL ACETATE
Phụ lục 4.1 Phổ IR PL19
Phụ lục 4.2 Phổ
1
H NMR PL20
Phụ lục 4.3 Phổ
1
H NMR dãn rộng PL21
Phụ lục 4.4 Phổ
13
C NMR PL22
Phụ lục 4.5 Phổ
13
C NMR dãn rộng PL23
xiii
MỘT SỐ TỪ TIẾNG ANH DÙNG
TRONG LUẬN VĂN

ANOVA Phân tích phương sai
Average Trung bình
Between groups Ngẫu nhiên
Coeff. of variation Hệ số phương sai
Count Số lượng
Df: deviation free Bậc tự do
Error Sai số
F-Ratio Tiêu chuẩn Fisher

LSD (Least Significant Difference) Giới hạn sai khác nhỏ nhất
Mean square Mức ý nghĩa
Multiple Bội, bội số
P-Value Giá trị p
Range Dãy
Source Biến lượng
Standard deviation Độ lệch chuẩn
Stnd. Skewness Độ nghiêng chuẩn
xiii
Sum of Squares Tổng bình phương
Summary Tóm tắt
Total Tổng cộng
Within groups Tổng phương sai các yếu tố
MỞ ĐẦU

Lúa là một trong những cây trồng quan trọng ở Việt Nam. Tuy nhiên, năng suất
cây giảm mạnh do sâu hại phát sinh và phá hoại nghiêm trọng, đặc biệt là sâu đục thân
lúa, …. Các loài sâu đục thân này có nhiều trong tự nhiên. Để giảm khả năng sinh sản
của chúng, người ta đã cô lập một hỗn hợp gồm bốn thành phần (Z)-7-dodecen-1-yl
acetate (1), (Z)-8-tridecen-1-yl acetate (2), (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate (3) và (Z)-10-
pentadecen-1-yl acetate (4) và trộn theo tỉ lệ 4:8:4:1 để làm bẫy sâu gây hại.
Việc nghiên cứu sử dụng chế phẩm có hoạt tính sinh học thân thiện với môi
trường để thay thế thuốc trừ sâu độc hại là một yêu cầu cấp bách. Cùng với nhiều chế
phẩm sinh học có nguồn gốc từ nấm, thảo mộc, vi sinh, … đã được nghiên cứu và ứng
dụng thì việc dùng pheromone - một chất có hoạt tính sinh học mạnh, được xem là một
phương pháp khả thi để dự báo, kiểm soát dịch hại cây trồng và nông sản lưu trữ trong
kho. Một chiến lược sử dụng pheromone hiệu quả để bảo vệ lúa giảm thiểu sự tấn công
của sâu đục thân đòi hỏi nhiều hệ thống pha trộn đúng tỷ lệ của tất cả các thành phần
pheromone giới tính bướm của sâu đục thân lúa. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đồng
thời kế thừa những thành tựu nghiên cứu về pheromone trong những năm gần đây,

chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl
acetate”. Hợp chất 16 carbon, có nối đôi ở vị trí C
9
, là thành phần pheromone của
nhiều loại sâu gây hại chủ yếu ở Việt Nam như sâu xám, sâu tơ, sâu xanh, sâu đục thân
mình hồng, sâu đục thân bướm 2 chấm, sâu đục thân 5 vạch đầu nâu, sâu cắn gié.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate dùng làm mồi nhử để bẫy
sâu đục thân lúa, góp phần ứng dụng vào công tác kiểm soát dịch hại mà không gây ô
nhiễm môi sinh, tạo nên một nền nông nghiệp xanh.
Nội dung đề tài
Tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate từ những nguyên liệu khó tìm trong điều
kiện của Việt Nam như nonan-1,9-diol.
Phản ứng chìa khóa của con đường tổng hợp (Z)-9-tetradecen-1-yl acetate là
phản ứng ghép Wittig với xúc tác tert-butoxide kali trong dung môi THF, được tiến
hành dưới điều kiện siêu âm nhằm nâng cao hiệu suất và rút ngắn thời gian phản ứng,
tiết kiệm năng lượng, giảm đến mức thấp nhất các yếu tố độc hại thải ra môi trường.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 HUỲNH VĂN TƯ 1
Với các mục tiêu đặt ra như trên chúng tôi giải quyết được một số yêu cầu cụ
thể sau:
- Giới thiệu quy trình tổng hợp mới khả dụng, tiện lợi, kinh tế.
- Ứng dụng một số điều kiện hóa học xanh trong quy trình tổng hợp, đảm bảo
yêu cầu về môi trường.
- Đề xuất phương pháp mới, xanh hơn, hiệu quả và kinh tế hơn trong việc tổng
hợp pheromone hỗ trợ phòng trị sâu đục thân lúa. Hướng tới xuất khẩu sản phẩm bảo
vệ thực vật công nghệ cao.
- Thêm một lựa chọn cho nhà nông trong phương pháp phòng trị côn trùng gây
hại, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế về quy trình sản xuất và chất lượng nông sản.
Chương 1

TỔNG QUAN

 HUỲNH VĂN TƯ 2
1.1 PHEROMONE
Pheromone là những hợp chất có hoạt tính sinh học, chúng được tiết ra từ động
vật, côn trùng. Chúng được nghiên cứu từ đầu thế kỉ XX và sau đó bị gián đoạn. Vấn
đề này được khởi động nghiên cứu lại và phát triển từ thập niên 50-60. Ngày nay trở
thành một lĩnh vực chuyên sâu và có nhiều ứng dụng.
1.1.1 Định nghĩa
2,7,12
“Pheromone là chất hóa học được tiết ra bên ngoài một cá thể và được nhận biết
ở cá thể khác cùng loại, ở đây xảy ra một phản ứng đặc trưng giải quyết những tập tính
nhất định hoặc một phản ứng sinh lý nhất định”.
Với sự phát triển của khoa học đã tạo thuận lợi cho các nhà khoa học xác định
và phân loại được pheromone. Chúng được chia thành nhiều loại dựa vào hoạt tính
sinh học của chúng.
1.1.2 Phân loại
2,7
1.1.2.1 Nhóm các pheromone có tác dụng hấp dẫn
Thuộc nhóm này là những pheromone gây nên tác dụng hóa hướng động dương
đối với con vật. Trong nhóm này bao gồm các loại pheromone như sau:
Pheromone tập hợp: “Là một pheromone có chức năng như một yếu tố để tập
hợp các cá thể của cả hai giới tính đực và cái”.
Pheromone giới tính: “Về hình thức nó là một sự tập hợp, nhưng nội dung là
những kích thích làm tăng việc chuẩn bị giao phối”.
Pheromone tình dục được đặc biệt nghiên cứu mạnh mẽ không chỉ xác định
bản chất sinh học của chúng mà còn đi sâu nghiên cứu cơ chế tác dụng sinh lý của
chúng cũng như nghiên cứu cách tổng hợp chúng để đưa ra ứng dụng.
Pheromone đánh dấu đường đi hay địa điểm: “Pheromone này cũng thuộc
vào nhóm các chất có tác dụng thu hút cá thể”.

1.1.2.2 Nhóm các pheromone có tác dụng xua đuổi
Pheromone báo động: “Pheromone này có chức năng chủ yếu là báo động
cho đồng loại khi có các yếu tố gây nguy hiểm cho chúng từ môi trường ngoài”.
Pheromone phân tán: “Pheromone này có tác dụng làm cho các cá thể trong
quần thể xa cách nhau có tác dụng ngược với pheromone tập hợp”.
 HUỲNH VĂN TƯ 3
Pheromone xua đuổi và bảo vệ: “Loại pheromone này có tác dụng ngược với
pheromone báo động, các pheromone xua đuổi chủ yếu làm chức năng bảo vệ khỏi sự
tấn công và ăn thịt của kẻ thù”.
1.1.3 Cấu trúc pheromone
13,14,16,18,19
Cho đến nay, không phải người ta đã biết đầy đủ cấu trúc hóa học của tất cả các
pheromone đã được tìm ra từ các kết quả thí nghiệm sinh học. Khó khăn cơ bản ở đây
là các pheromone có rất ít trong cơ thể sinh vật. Do vậy, để chiết suất và phân tích
chúng hoàn toàn không dễ dàng. Hầu hết những pheromone đã được nghiên cứu cho
thấy chúng là các rượu, acid mỡ (chủ yếu là acid mỡ đối với mạch carbon có nối đôi),
một số khác là các alkaloid và các dẫn suất của alkaloid.
Về cấu trúc hóa học, cho đến nay mới phát hiện được một số pheromone và căn
cứ vào các dạng cấu trúc hóa học này, bằng phương pháp tổng hợp nhân tạo đã có một
số chế phẩm pheromone được đem ứng dụng vào thực tế của công tác phòng chống
côn trùng gây hại. Mặc dù chỉ với nồng độ ≤ 10
-12
g, người ta vẫn xem chúng là một
trong những chất có hoạt tính sinh học mạnh nhất mà con người phát hiện ra. Thành
phần hóa học của pheromone rất đa dạng, có thể là: các hợp chất mạch thẳng chứa một
vài nối đôi, các hợp chất dị vòng, các lactone vòng 5, 6, …. Ngoài ra, còn có các hợp
chất có chứa carbon bất đối xứng, sự hiện diện của các carbon bất đối xứng này khiến
cho việc nghiên cứu, cô lập, tổng hợp cấu trúc của pheromone càng phức tạp hơn. Khi
đó hoạt tính dẫn dụ côn trùng không chỉ phụ thuộc vào công thức nguyên, cấu trúc
hình học mà còn phụ thuộc vào độ sạch quang học của các tâm bất đối xứng.

1.1.4 Mối quan hệ giữa tổng hợp hữu cơ và pheromone
Việc ứng dụng tổng hợp hữu cơ trong sản xuất pheromone là việc làm hết sức
quan trọng trong thực tiễn, nhằm mục đích đưa ứng dụng của pheromone vào đời sống
kỹ thuật.
Mối quan hệ giữa tổng hợp hữu cơ và pheromone được thể hiện qua ba khía
cạnh sau:
Tổng hợp sẽ chứng minh cấu trúc của một pheromone hoặc phủ nhận quan
điểm chưa chính xác về cấu trúc của một pheromone đã biết trước đây.
 HUỲNH VĂN TƯ 4
Tổng hợp sẽ cung cấp một lượng lớn pheromone có ích lợi trong việc phục
vụ sản xuất của con người. Chủ yếu là những ứng dụng trong công tác bảo vệ thực vật.
Trong quá trình tổng hợp, con người có thể làm rõ mối quan hệ giữa cấu
trúc và hoạt tính sinh học của pheromone.
1.1.5 Những thành tựu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone
Nhìn lại chặng đường đi qua của các nhà hóa học trên thế giới nghiên cứu tổng
hợp pheromone, theo tổng kết của K. Mori thì từ giữa năm 1990 đến đầu năm 2003
trên thế giới áp dụng bốn loại phản ứng chính để tổng hợp pheromone.
- Hóa học cơ Boran.
- Hóa học cơ kim loại của kim loại chuyển tiếp bao gồm chuyển vị olefin.
- Epoxide hóa bất đối xứng, hydroxyl hóa bất đối xứng và những quá trình bất
đối xứng khác.
- Xúc tác sinh học lựa chọn lập thể.
Tuy nhiên, trước đó và đến ngày nay vẫn còn sử dụng một số phương pháp
khác trong tổng hợp pheromone. Đặc biệt là những pheromone bất bão hòa dạng
monoen, dien liên hợp hoặc không liên hợp. Chúng được tổng hợp theo những phản
ứng tạo nối đôi như sau:
- Phản ứng chuyển vị allyl, nó có một ưu thế là bản thân tác chất có sẵn liên kết
đôi dạng RCH=CHCOOR' và khi ghép sẽ rất thuận lợi đồng thời sẽ tạo ra cấu hình
mong muốn cho sản phẩm.
- Phản ứng Wittig để tạo liên kết đôi carbon-carbon là phản ghép cặp giữa

những hợp chất carbonyl với hợp chất phosphonium ylide. Phương pháp này được
dùng tổng hợp pheromone dạng monoen, dien liên hợp và dạng dien không liên hợp
một cách thuận lợi.
- Phương pháp khác là tạo hợp chất acetylenic, rồi sau đó khử hợp chất
acetylenic thành alkene với tác chất thích hợp như H
2
, Pd-CuCl, quinolin hoặc H
2
,
Pd - BaSO
4
hay Na, NH
3
tạo thành (Z) hoặc (E)-alkene. Đây cũng là một phương pháp
thuận lợi trong việc tổng hợp pheromone dạng monoen, dien liên hợp hoặc dien không
liên hợp.
 HUỲNH VĂN TƯ 5
- Sử dụng tác chất Lithium cuprate cũng được vận dụng trong tổng hợp
pheromone bằng cách sử dụng với hợp chất peroxide hoặc tác chất acetylene hoặc hợp
chất acetylenic.
- Bên cạnh đó các nhà khoa học còn sử dụng ngay những chất nền có sẵn cấu
trúc (Z) hoặc (E) để tổng hợp.
Ở Việt Nam, nhóm thí nghiệm đi đầu trong lĩnh vực tổng hợp pheromone với
sự chủ trì của GS.TSKH Nguyễn Công Hào đã có những thành tựu đáng kể. Một số
công trình nghiên cứu đã được công bố.
3,4,5,8,9,10,20

1.2 SIÊU ÂM
6,12
1.2.1 Giới thiệu về siêu âm

Siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau, từ
chế tạo vật liệu đến y dược. Trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, siêu âm cũng có nhiều
đóng góp đáng chú ý, siêu âm là công cụ hoạt hóa làm gia tăng tốc độ của hầu hết các
phản ứng hữu cơ. Trong nhiều trường hợp đã cho thấy siêu âm có thể rút ngắn thời
gian phản ứng, tăng hiệu suất và giảm nhiệt độ phản ứng hóa học. Đây là lĩnh vực còn
nhiều triển vọng trong tổng hợp hữu cơ nói riêng.
Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người (nghĩa
là lớn hơn 16 KHz). Giới hạn trên của siêu âm không xác định rõ ràng, thường siêu âm
được sử dụng là 5 MHz đối với chất khí và 500 MHZ đối với chất lỏng và rắn.
Công dụng của siêu âm trong dãy tần số cao được chia làm hai vùng:
Vùng thứ nhất (2-10 MHZ): sóng siêu âm có năng lượng thấp, tần số cao. Siêu
âm này được dùng trong y khoa, phân tích hóa học.
Vùng thứ hai (20-100 KHz): sóng siêu âm có năng lượng cao, tần số thấp. Ở vùng
này thường dùng trong việc rửa, hàn plastic và có ảnh hưởng đến phản ứng hóa học.
Vậy thực chất siêu âm cung cấp một dạng năng lượng để thúc đẩy phản ứng hóa
học. Nó khác với các năng lượng truyền thống như nhiệt, ánh sáng và áp suất. Siêu âm
ảnh hưởng lên phản ứng thông qua sự tạo bọt. Bọt khí được hình thành trong suốt chu
kỳ khi chất lỏng bị tách ra từng phần để hình thành những bọt nhỏ và bị vỡ trong chu
 HUỲNH VĂN TƯ 6
kỳ nén kế tiếp. Sự vỡ bọt khí sẽ tạo ra áp suất hàng trăm atm và nhiệt độ cục bộ có thể
lên đến ngàn độ.
1.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Giống như tất cả các năng lượng khác, năng lượng siêu âm được lan truyền
thông qua một dãy sóng dãn và sóng nén. Chu kỳ dãn có năng lượng đủ lớn để vượt
qua lực hút của các phân tử lỏng với nhau, khi đó chất lỏng sẽ hình thành những bọt
hay còn gọi là những lổ hỏng. Những bọt này tồn tại và lớn lên sau một vài chu kỳ kế
tiếp. Những bọt này thường không ổn định vì sự giao thoa của quá trình hình thành
những bọt khác và sự cộng hưởng xung quanh nó dẫn đến sự giãn rộng kích thước của
những bọt này đến một kích thước không ổn định (thường thì gấp đôi kích thước ban
đầu) rồi vỡ mạnh ra. Khi bọt vỡ sinh ra một năng lượng lớn cung cấp cho những phản

ứng hóa học. Mỗi bọt vỡ sinh ra nhiệt độ và áp suất cao khoảng vài ngàn độ và vài
ngàn atm.

Hình 1 Quá trình phát triển của bọt trong siêu âm
1.2.3 Hiệu ứng siêu âm đối với những phản ứng hóa học
Các nhà hóa học đã nghiên cứu để tìm ra nguyên tắc tác động của siêu âm lên
vật chất, từ đó áp dụng vào lĩnh vực thực nghiệm. Kết luận cho rằng phản ứng hóa học
thực hiện trong siêu âm gồm 3 loại:
- Phản ứng đồng thể: chỉ quan tâm phản ứng đồng thể pha lỏng, phản ứng pha
lỏng đồng thể là phản ứng mà hỗn hợp phản ứng là một dung dịch đồng nhất, nó chịu
tác động của siêu âm thông qua cơ chế gốc tự do hay cơ chế ion hóa.
 HUỲNH VĂN TƯ 7
5000°C, 2000 atm
Bọt Bọt lớn dần Đạt kích cở Vỡ mạnh
hình thành không ổn định chu kỳ kế tiếp
- Phản ứng dị thể rắn-lỏng: tác động của siêu âm trên loại phản ứng này thông
qua tác động cơ học của lổ hổng giúp làm sạch bề mặt tăng hoạt tính kim loại hoặc
làm giảm kích cỡ hạt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa pha rắn và pha lỏng.
- Phản ứng dị thể lỏng-lỏng: trong trường hợp hai pha lỏng không tan lẫn vào
nhau và phân thành hai lớp tách biệt thì siêu âm tác động lên phản ứng tại bề mặt tiếp
giáp của hai pha. Sự tạo và vỡ những bọt ở ranh giới giữa hai pha tạo thành dạng
huyền phù gia tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha và cung cấp động năng cũng như
nhiệt năng cho phản ứng. Siêu âm thay thế rất tốt cho các phương pháp cổ điển trong
loại phản ứng này như khuấy từ, đun cổ điển.
1.2.4 Thiết bị siêu âm trong phòng thí nghiệm
1.2.4.1 Bồn siêu âm
Cấu tạo gồm một bể chứa bằng thép không gỉ và một hay nhiều máy biến năng
gắn bên ngoài (thường gắn ở đáy bể).
Bồn siêu âm nhỏ có thể dùng một máy biến năng, nhưng đối với bồn siêu âm
lớn phải dùng nhiều máy biến năng kết hợp với nhau mới có thể cung cấp đủ năng

lượng cho quá trình tạo bọt xảy ra. Do đó, tần số và năng lượng bồn siêu âm phụ thuộc
vào tần số máy biến năng.
Loại bồn siêu âm này có ưu điểm là năng lượng được phân phối đồng đều,
thuận tiện và dễ sử dụng nhưng lại có khuyết điểm là chỉ có một tần số cố định, không
kiểm soát được nhiệt độ.
1.2.4.2 Thanh siêu âm
Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu
âm được làm bằng họp kim Titan. Năng lượng siêu âm được phát ra từ thanh và được
tạo ra bởi sự tạo rung của chóp thanh. Thông thường thanh siêu âm chỉ có một tần số 20
kHz nhưng trong một vài thiết bị hiện đại đã cho phép việc lựa chọn tần số. Loại thanh
này có sự tập trung năng lượng cao, gọn, có thể điều chỉnh những tần số khác nhau,
nhưng có thể làm nhiễm bẩn chất lỏng vì chóp thanh bị rỉ sau một thời gian sử dụng.
 HUỲNH VĂN TƯ 8

Hình 2 Bồn siêu âm và thanh siêu âm dùng trong tổng hợp pheromone
1.2.5 Những ưu điểm của siêu âm trong hóa học
- Phản ứng được gia tốc mà không cần tác chất khác đưa vào.
- Sản phẩm thu được không lẫn tạp chất.
- Sử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn cũng xảy ra.
- Có thể giảm bớt các bước phản ứng trung gian.
Trong nhiều phản ứng hóa học khác nhau, những ưu điểm khác của siêu âm là:
xáo trộn rất tốt hỗn hợp phản ứng, làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử các chất đạt
đến mức độ tối đa giữa các pha khí-khí, khí-lỏng (phản ứng ozon hóa), lỏng-lỏng
(phản ứng ester hóa), lỏng-rắn, mà các phương tiện khác nhau như khuấy cơ, khuấy từ,
không tốt hơn được.
1.2.6 Ứng dụng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ
6
Siêu âm có thể ứng dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ. Chẳng hạn
phản ứng ester hóa, phản ứng xà phòng hóa, phản ứng thế, phản ứng cộng hợp, phản
ứng alkyl hóa, phản ứng oxy hóa, phản ứng khử, phản ứng Wittig, Grignard.

1.2.7 Ứng dụng của siêu âm trong nhiều lĩnh vực
Y học: Quan sát, xác định giới tính thai nhi và chuẩn đoán bệnh thường dùng
tần số 2-10 MHz.
Công nghiệp: Dùng để phân tán chất màu và chất rắn trong sơn, mực, nhựa.
Địa chất, địa lý học: Dò tìm khoáng sản, mỏ dầu. Đo độ sâu của biển, đại dương
hoặc dùng làm thiết bị phát hiện tàu ngầm.
 HUỲNH VĂN TƯ 9
Hóa học: Phân tán, tạo nhũ, lọc, tách, khử khí và là tác nhân hoạt hóa cho các
phản ứng hóa học. Gần đây siêu âm được sử dụng để thay thế hoặc cải tiến các phương
pháp cổ điển trong tổng hợp hữu cơ vì dưới tác dụng của siêu âm mà các phản ứng
hữu cơ cho hiệu suất cao. Ngoài ra, siêu âm được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi
trong tổng hợp, chế tạo polymer.
1.3 PHẢN ỨNG WITTIG
Phản ứng Wittig là một phương pháp phổ biến để tổng hợp alkene bởi vì tính
ứng dụng rộng rãi của nó. Không giống như những phản ứng khử HX của những alkyl
halides cho sản phẩm alkene tuân theo quy tắc Zaitsev, phản ứng Wittig cho sản phẩm
ở vị trí nối đôi tại vị trí của nhóm carbonyl ban đầu và có thể kiểm tra việc lựa chọn
lập thể bằng cách thay đổi những điều kiện phản ứng liên quan.
1.3.1 Cơ chế
27,28,29,30,31,32

Phản ứng Wittig là một trong những phản ứng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ
và nó có nhiều ứng dụng rộng rãi. Phản ứng này chuyển nối đôi -C=O- thành nối đôi
-C=C- bằng cách sử dụng tác nhân phosphonium ylide với sự chọn lọc lập thể tốt nhất.
Phản ứng Wittig tổng quát
Giai đoạn tạo ylide
Phản ứng thế S
N
2 giữa triphenylphosphine và alkyl halides bậc 1 và 2.
Alkyl triphenylphosphonium halide

Deproton hóa muối triphenylphosphonium với base mạnh như t-BuOK hoặc n-BuLi.
Hóa học lập thể của ylide ảnh hưởng đến sự lựa chọn vị trí tấn công của carbon
nucleophile vào carbon electrophile trong nhóm carbonyl để cho sản phẩm ưu thế
betaine 3. Liên kết carbon-carbon quay để cho sản phẩm betaine 4, hình thành
 HUỲNH VĂN TƯ 10
hexaphosphate 5. Sự phá hủy vòng bốn bằng cách cắt đứt liên kết carbon-phospho và
carbon - oxi dẫn đến việc hình thành hợp chất triphenylphosphine oxide 6 và liên kết π
carbon-carbon của alkene 7.
Cơ chế phản ứng Wittig cổ điển
Gần đây nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra cơ chế phản ứng mới được thể hiện bên
dưới. Trong đó, sự tồn tại và chuyển đổi lẫn nhau giữa 3a và 3b là vấn đề đang được
tranh luận. Phosphonium ylide 1 phản ứng với hợp chất carbonyl 2 cho sản phẩm 5.
Cơ chế phản ứng Wittig phát triển gần đây
1.3.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn lập thể
1.3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ (E)/(Z) trong phản ứng Wittig cổ điển
Phosphonium ylide được phân loại theo tính chất chung. Phosphonium ylide mà
nhóm alkyl R
1
là nhóm nhả điện tử được gọi là ylide không ổn định. Việc sử dụng
ylide không ổn định, hình thành trạng thái trung gian gọi là hexaphosphate. Trạng thái
trung gian này có mức năng lượng thấp và thường cho phản ứng với aldehide để tạo
thành (Z)-alkene là sản phẩm chính mà trong đó tỷ lệ (Z)/(E) có thể kiểm soát được về
 HUỲNH VĂN TƯ 11
mặt động học. Phosphonium ylide mà nhóm R
1
là nhóm rút điện tử được gọi là ylide
ổn định với nhóm thế mạnh như COOMe, -CN hay SO
2
Ph trên carbon ylide. Những
ylide này phản ứng với aldehide thường tạo (E)-alkene là sản phẩm chính. Tỷ lệ đồng

phân (E)/(Z) phụ thuộc vào hóa học lập thể của việc thêm vào carbanion ban đầu và
những chất trung gian.
1.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thấp tăng cường sự chọn lọc đồng phân (Z). Ở nhiệt độ thấp, khi phản
ứng tạo ra một đồng phân thì cũng loại bỏ gần 10% Ph
3
PO.
1.3.2.3 Ảnh hưởng của base
Alkyl triphenylphosphonium halide bị ảnh hưởng bởi các base mạnh sử dụng để
dehydro hóa như base NaOH hoặc t-BuOH, t-BuOK, n-BuLi, NaHMDS.
Base được dùng cho ylide có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng Wittig. Base
mạnh cho kết quả tốt trong khi sử dụng base yếu thì cho hiệu suất thấp hơn. Sử dụng
t-BuOK thường chọn lọc với cấu hình (Z)-alkene. Hiệu suất phản ứng đạt 50-60% và
hiệu suất cao nhất đạt được là 60-85%. Khi sử dụng EtONa độ tinh khiết 90% (GC) ở
nhiệt độ phòng và 95% (GC) ở nhiệt độ -78
o
C đều cho (Z)-alkene.
Tuy nhiên nếu sử dụng n-BuLi thì cho tỷ lệ của hỗn hợp đồng phân (Z):(E). Tỷ
lệ này phụ thuộc đáng kể vào tỷ lệ giữa base và muối phosphonium. Phản ứng của
muối phosphonium với lượng base là n-BuLi tạo sản phẩm không đồng nhất. Tỷ lệ
(Z):(E) = 85:15, nếu lượng n-BuLi được sử dụng tạo ylide ít hơn muối. Nếu sử dụng
lượng thừa n-BuLi thì hiệu quả chọn lọc (Z):(E) là 60:40.
1.3.2.4 Ảnh hưởng của dung môi
Tỷ lệ (Z)/(E) của sản phẩm Wittig phụ thuộc vào tính phân cực của dung môi.
Các dung môi như THF, 1,2-dimethoxylethane, ethylether, methyl tert-butyl ether là
những dung môi chọn lọc với cấu hình (Z), trong khi các dung môi aprotic như alcol
và DMSO thì nên tránh. Riêng THF và toluene thì đều cho kết quả tương tự như nhau.
1.3.2.5 Ảnh hưởng đến sự biến đổi alkyl của muối phosphonium.
Hiệu suất phản ứng Wittig bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự biến đổi alkyl của muối
phosphonium. Khi thay muối phosphonium chứa nhiều hơn 5C và tiến hành ở nhiệt độ

 HUỲNH VĂN TƯ 12