nghiên cứu tổng hợp 2,3 bis 4 (methoxyphenyl)ethylnyl quinoxaline từ 1 iodo 4 methoxy benzene bằng phản ứng sonogashira

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
--------

ĐẶNG THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
2,3-BIS-[4(METHOXYPHENYL)ETHYLNYL]
QUINOXALINE TỪ 1-IODO-4-METHOXY
BENZENE BẰNG PHẢN ỨNG
SONOGASHIRA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: HĨA HỮU CƠ

TP. HỒ CHÍ MINH
5 - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
--------

ĐẶNG THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
2,3-BIS-[4(METHOXYPHENYL)ETHYLNYL]
QUINOXALINE TỪ 1-IODO-4-METHOXY
BENZENE BẰNG PHẢN ỨNG
SONOGASHIRA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: HĨA HỮU CƠ

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐẶNG CHÍ HIỀN

TP. HỒ CHÍ MINH
5 - 2012


LỜI CẢM ƠN
------

Hồn thành luận văn này, tơi xin chân thành cảm ơn
Thầy Đặng Chí Hiền đã ln tận tình chỉ bảo, hướng dẫn cũng như động viên,
khuyến khích tơi trong suốt thời thực hiện đề tài.
Thầy Nguyễn Thành Danh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi, tận tình hướng
dẫn giải đáp thắc mắc cho tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Các anh chị học viên Cao học K17 - Đại học Cần Thơ luôn động viên giúp đã tôi
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Q thầy cơ Khoa Hố Trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy
dỗ tơi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Gia đình là chỗ dựa tinh thần vững vàng nhất giúp tôi vượt qua mọi khó khăn
trong cuộc sống.
Bạn bè thân thiết đã ln bên cạnh động viên, quan tâm giúp đỡ và cho những lời
khuyên quý nhất trong suốt những năm học ở trường.
Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi những sai sót,
mong thầy cơ và các bạn thơng cảm. Vì vậy, tơi rất mong muốn nhận được sự góp ý chân
thành từ thầy cơ và các bạn cho nội dung của luận văn.
Xin gửi những lời chúc tốt đẹp nhất đến tất cả mọi người.

ĐẶNG THÙY TRANG

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT
------

Viết tắt

Viết đầy đủ

PE

Petroleum ether

Et 3 N

Triethylamine

TMSA

Ethynyltrimethylsilane

DMF

N,N-dimethylmethanamide

EtOAc

Ethylacetate

EtOH

Ethanol

DAMPQ

2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline

EMB-0

Trimethyl[2-(4-methoxybenzene)ethylnyl]silane

EMB-2

1-ethylnyl-4-methoxybenzene

PPh 3

Triphenylphosphine

Pd 3 (dba) 3

Tri(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)

Ph

Phenyl

TMS

Trimethylsilyl

IR

Infrared

TLC

Thin-layer chromatography

Rf

Retention factor

MHz

Megahertz


NMR

Nuclear Magnetic

J

Scalar coupling constant

H-NMR

Proton Nuclear Magnetic Resonance

1

13

C-NMR
ppm

DEPT

Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance
Parts per million
Distortionless Enhancement by Polarization
Transfer

Hz

Herzt

m

Multiplet (NMR)- mũi đa

dd

Doublet doublet (NMR)-mũi đôi


DANH MỤC CÁC BẢNG
--------

Bảng 1. Kết quả khảo sát tỷ lệ số mol và thời gian tối ưu của phản ứng khi thực hiện phản

ứng trên bồn siêu âm …………………………………………………………………… 22
Bảng 2. Dữ liệu phổ 1H-NMR của trimethyl[2-(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane ……..23
Bảng 3. Dữ liệu phổ 13C-NMR của trimethyl[2-(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane……. 23
Bảng 4. Dữ liệu phổ 13C-NMR và DEPT của trimethyl[2-(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane
…………………………………………………………. 23
Bảng 5. Dữ liệu phổ 1H-NMR của 1-ethynyl-4-methoxybenzene ………………………25
Bảng 6. Dữ liệu phổ 13C-NMR của 1-ethynyl-4-methoxybenzene…………………….. 26
Bảng 7. Dữ liệu phổ 13C-NMR và DEPT của 1-ethynyl-4-methoxybenzene…………. 26
Bảng 8. So sánh phương pháp tổng hợp 2,3-Bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline
……………………………………………………………………………………………27
Bảng 9. Kết quả ảnh hưởng theo tỷ lệ mol trên thanh siêu âm………………………… 28
Bảng 10. Kết quả ảnh hưởng theo thời gian trên siêu âm ………………………………29
Bảng 11. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ siêu âm đến hiệu suất (H%) của phản ứng… 30
Bảng 12. Dữ liệu phổ 1H-NMR của 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl]ethynyl]quinoxaline
(DMAPQ)..........................................................................................................................32
Bảng 13. Dữ liệu phổ 13C-NMR của 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline
(DAMPQ)………………………………………………………………………………..33
Bảng 14. Dữ liệu phổ 13C-NMR và DEPT của 2,3-bis-[4methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline (DAMPQ)………………………………………...34
Bảng 15. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT và HMBC của 2,3-bis[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline (DMAPQ)…………………………………… 34


MỤC LỤC
-----MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
Chương I TỔNG QUAN ...................................................................................................... 3
1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA .................................................. 3
1.1.1 Sơ lược về phản ứng Sonogashira ....................................................................... 3
1.1.2 Cơ chế phản ứng .................................................................................................... 3
1.1.3 Điều kiện phản ứng ................................................................................................ 5
1.2 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẢN ỨNG
SONOGASHIRA............................................................................................................. 6

1.2.1

Phản ứng ankyl hóa ............................................................................................. 6

1.2.2 Sản phẩm tự nhiên................................................................................................ 7
1.2.3 Enynes và enediynes ............................................................................................ 7
1.2.4 Dược phẩm ........................................................................................................... 8
1.3 GIỚI THIỆU VỀ TÁC CHẤT,CHẤT NỀN ........................................................... 9
1.3.1 Giới thiệu về chất nền: 1-Iodo-4-methoxybenzene [16] .......................................... 9
1.3.2 Giới thiệu về tác chất ........................................................................................... 9
1.4 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ SIÊU ÂM [8] ............................................................ 11
1.4.1 Định nghĩa ............................................................................................................ 11
1.4.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp .................................................................... 12
1.4.3 Phân loại thiết bị siêu âm ................................................................................... 12
1.4.4 Ưu điểm của siêu âm.......................................................................................... 14
1.4.5 Nhược điểm của bồn siêu âm ............................................................................. 14
Chương II NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 15


2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................15
2.1.1 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................15
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................17
2.2 NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG HỢP 2,3-BIS[4-(METHOXYPHENYL)ETHYLNYL]QUINOXALINE .........................................18
2.2.1 Quy trình tổng hợp ...............................................................................................18
2.2.2 Nghiên cứu các phương pháp phản ứng ............................................................20
2.3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: ............................................................................21

2.3.1 Tổng hợp trimethyl[(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane .....................................21

2.3.2 Tổng hợp 1-ethynyl-4-methoxybenzene: ...........................................................24
2.3.3 Khảo sát và tổng hợp 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline: ............26
CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM ......................................................................................... 37
3.1 DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ..............................................................37
3.1.1 Dụng cụ ..............................................................................................................37
3.1.2 Thiết bị ...............................................................................................................37
3.1.3 Hóa chất .............................................................................................................38
3.2 TỔNG HỢP 1-ETHYLNYL-4-METHOXYBENZEN ........................................39
3.2.1 Tổng hợp và xác định cấu trúc trimethyl[2-(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane ...39
3.2.2 Tồng hợp và xác định cấu trúc 1-ethylnyl-4-methoxybenzene ..........................41
3.3 TỔNG HỢP 2,3-BIS-[4-(METHOXYPHENYL)ETHYNYL]QUINOXALINE ...41
3.3.1 Cách tiến hành .....................................................................................................41
3.3.2 Xác định cấu trúc ...............................................................................................42
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 43
KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 45
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 46


MỞ ĐẦU
------

Cùng với sự phát triển của xã hội, tốc độ phát triển của ngành hóa học hữu cơ trong
thời gian gần đây cũng hết sức nhanh chóng. Hàng triệu các hợp chất hữu cơ được tổng
hợp. Các hợp chất hữu cơ với tính chất đa dạng và đặc biệt đã và đang được các nhà
nghiên cứu tìm tịi thử nghiệm bằng những phương pháp mới nhằm tìm ra những điều kiện
tối ưu nhất cho quá trình phản ứng, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành của
hàng hóa, đáp ứng nhu cầu của con người và xã hội.
Tổng hợp các hợp chất từ dẫn xuất acetylene từ lâu đã được ít người nghiên cứu vì
sự hạn chế của các dẫn xuất của acetylene và sự khó khăn của phản ứng ái nhân của tác

chất ái nhân vào liên kết ba, mặc dù các hợp chất dị vòng này có nhiều ứng dụng trong hóa
dược, hóa nơng, được dùng để tổng hợp pheromone làm thuốc bảo vệ thực vật. Dựa trên
những ứng dụng này, chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp hợp chất dị vòng từ dẫn xuất
acetylene bằng phản ứng Sonogashira, kết hợp với khảo sát để tìm ra những điều kiện tối
ưu nhất cho quá trình.
Trong quá trình nghiên cứu có áp dụng một phương pháp mới bên cạnh phương
pháp truyền thống khuấy từ là sử dụng thanh siêu âm. Và trong q trình tổng hợp, chúng
tơi đã khảo sát các điều kiện số mol, thời gian khi dùng phương pháp siêu âm để tìm ra
điều kiện tối ưu nhất có thể. Mặt khác,phản ứng Sonogashira trên dichloroquinoxaline với
dẫn xuất của phenylacetylen chứa nhóm đẩy điện tử (-OCH 3 ) chưa được nghiên cứu và
khảo sát. Đây là những cơ sở khoa học để hình thành nên đề tài: “ Tổng hợp 2,3-bis-[4(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline

từ

1-Iodo-4-methoxybenzene

bằng

phản

ứng

Sonogashira”.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu tổng hợp 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline từ 1-ethynyl4-methoxybenzene

(được

tạo

thành

từ

1-Iodo-4-methoxybenzene

và

Ethynyltrimethylsilane bằng phản ứng Sonogashira ) và 2,3-dichloroquinoxaline , và khảo
sát tìm ra những điều kiện tối ưu cho phản ứng.


Nội dung nghiên cứu
-

Tổng

hợp

trimethyl[(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane

từ

1-iodo-

4-methoxybenzene và ethynyltrimethylsilane.
-

Tổng

hợp

1-ethynyl-4-methoxybenzene

từ

trimethyl[(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane.
-

Khảo sát phản ứng tổng hợp 2,3-bis-[(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline

từ 1-ethynyl-4-methoxybenzene và 2,3-dichloroquinoxaline.


Chương I
TỔNG QUAN
------

1.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA
1.1.1 Sơ lược về phản ứng Sonogashira
Phương pháp tổng hợp các hơp chất dị vòng phổ biến nhất từ các dẫn xuất acetylen
là dựa trên cơ sở của sự cộng hợp tác chất ái nhân vào liên kết ba С≡С. Phản ứng
Sonogashira là một phản ứng ghép của alkyne đầu mạch với aryl hoặc halide vinyl. Phản
ứng này là của Kenkichi Sonogashira và Nobue Hagihara được cơng bố lần đầu năm
1975.[1]
Phương trình tổng quát [2]
R1

X

+

H

R2

Pd. cat, Cu +. cat

R2

R1

base

R 1 : aryl, hetaryl, vinyl
R 2 : aryl, hetaryl, alkenyl, alkyl, SiR 3
X: I, Br, Cl, OTf
Vào năm 1975, sử dụng xúc tác đồng thể là phức của kim loại chuyển tiếp Pd,
Sonogashira đã đề ra phương pháp tối ưu với tính chọn lọc cao để tổng hợp các dẫn xuất
acetylene. Sản phẩm của phản ứng là một dẫn xuất của alkynyl, ví dụ như phản ứng tổng
hợp diphenylacetylene dưới đây.
Ph

+

1.1.2 Cơ chế phản ứng
Sơ đồ cơ chế[3]

PhI

5 mol.% PdCl2(PPh)3
10 mol.% CuI
Et2NH, ∆, 3g

Ph

Ph


Chú thích:
R = Aryl, vinyl, hetaryl ; Et = C 2 H 5
R’= aryl, hetaryl, alkenyl, alkyl, SiR 3
X = I, Br, Cl, OTf
Ph =

Giải thích cơ chế
Cơ chế phản ứng được giải thích qua 2 chu kỳ [4]
Chu kỳ palladium


Chất xúc tác hoạt động palladium là hợp chất điện tử 14 Pdo L 2 (phức A), phản ứng
với aryl hoặc vinyl halogen bằng phản ứng oxy hóa để xuất một Pd II trung gian (phức B).
Bước này được cho là bước hạn chế tỷ lệ của phản ứng.
- Phức B phản ứng với dẫn xuất đồng acetylene ( phức F), tạo ra trong chu kỳ đồng,
để để tạo ra phức của cơ Pd, giải phóng đồng halogen ( phức G).
- Cả hai phối tử hữu cơ sẽ được đồng phân hóa trans-cis để tạo phức D.
Trong bước cuối cùng, Pd trong phức D bị khử trở lại tạo xúc tác Pd 0 L 2 và dẫn xuất
alkynyl.
Chu kỳ đồng
- Sự hiện diện của CuX ( phức E ) làm cho các proton trên trên alkyne đầu mạch có

tính axit hơn, dẫn đến sự hình thành của đồng acetylene ( F ).
- Hợp chất F tiếp tục phản ứng với palladium B trung gian, với sự tái sinh của các
đồng halogen ( G ).

1.1.3 Điều kiện phản ứng
- Với điều kiện phản ứng khơng q khó, phản ứng dễ xảy ra trong điều kiện có mặt
của các nhóm thế khác nhau ở cả hai tác chất, phản ứng Sonogashira đã thật sự tạo điều
kiện tổng hợp nhiều dẫn xuất acetylene của arene

[9,10]

. Tiếp theo sau đó là nhiều nghiên

cứu ứng dụng xúc tác Pd trong tổng hợp hữu cơ cũng không kém phần hiệu quả như phản
ứng Stille với sự tham gia của các dẫn xuất cơ kim Sn của acetylene[5,6] hay phản ứng
Suzuki[7,8].
- Xúc tác thường được sử dụng là phức Pd(0) và muối halide đồng I. Pd hoạt hóa các
hợp chất halogene bằng cách cộng vào liên kết giữa carbon và halogene. Phức Pd (II) có
thể cũng được dùng cho phản ứng vì bị khử một phần thành Pd (0) bởi alkyne đầu mạch.
CuX phản ứng với alkyne đầu mạch tạo thành Cu(I) acetylene, đồng acetylene hoạt động
như một chất hoạt hóa của phản ứng ghép.
- Sản phẩm trung gian của phản ứng là các hidro halogene, vì vậy các hợp chất
ankylamine như triethylamine và diethylamine được sử dụng làm dung mơi, bên cạnh đó
cịn sử dụng các dung mơi khác như DMF (N,N-dimethylmethanamide) hay ether. Người
ta cịn có thể thay thế các alkylamine bằng K 2 CO 3 , hay CsCO 3 .


- Phản ứng xảy ra trong hệ thống kín hạn chế khơng khí lọt vào vì phức palladium (0)
khơng ổn định trong khơng khí và oxygen thúc đẩy sự hình thành các acetylene đồng cặp.

1.2
MỘT SỐ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
PHẢN ỨNG SONOGASHIRA
1.2.1 Phản ứng ankyl hóa
Sự ghép của một alkynyl đầu-cuối mạch và vòng thơm là phản ứng quan trọng khi
nói về các ứng dụng phản ứng Sonogashira. Phương pháp được sử dụng gần đây là cho các
khớp nối của phenylalanine dẫn xuất iod với một alkyne đầu-cuối mạch được chuyển hóa
từ d-biotin sử dụng như chất xúc tác Pd(0), sinh ra liên kết phenylalanine alkynyl cho các
ứng dụng phân tích sinh học. (Sơ đồ 1)

Sơ đồ 1
Sự alkynyl hóa các dị vịng được thực hiện bởi phản ứng chuyển đổi kim loại xúc
tác có kèm theo sự oxi hóa được chi phối bởi nguyên tử carbon giàu hay nghèo ái lực điện
tử. Điều này có nghĩa là halogen trong hợp chất dị vòng giàu điện tử sẽ phản ứng tốt hơn
là những halogen ít điện tử trong phản ứng ghép Sonogashira.Thêm điều kiện oxi hóa để
tạo điều kiện thuận lợi kết hợp với palladium (0) đến các nguyên tử khác loại để tạo phản
ứng dễ dàng tại vị trí C 2 [14].
Một ví dụ về việc áp dụng phương pháp Sonogashira để alkynyl hóa một vịng
pyrazole dẫn xuất iod là sự alkynyl hóa đơi 2,6-bis(pyrazol-1-yl)pyridine với TMSA[13].
(Sơ đồ 2)


N

I

N

N

N

SiMe3

N

I

N

N

N

N

N

Pd(PPh3)2Cl2 (10 mol%)
PPh3 (20 mol%), CuI (13 mol%)
Et3N, dioxane, 80oC

Me3Si

SiMe3

Sơ đồ 2

1.2.2 Sản phẩm tự nhiên
Nhiều chất chuyển hóa được tìm thấy trong tự nhiên chứa nữa alkyne hoặc enyne,

và do đó, phản ứng Sonogashira đã thường xun tìm thấy được những tiện ích trong tổng
hợp chúng. Một số các ứng dụng gần đây và hứa hẹn nhất của phương pháp ghép này đối
với sự tổng hợp của sản phẩm tự nhiên là sử dụng điển hình phản ứng đồng xúc tác.
Có nhiều ví dụ khác gần đây của việc sử dụng của iodides aryl cho việc chuẩn bị
các trung gian theo điều kiện Sonogashira, trong đó, sau khi tạo vòng, mang lại sản phẩm
tự nhiên như benzylisoquinoline hoặc indole alkaloid . Một ví dụ là sự tổng hợp của
benzylisoquinolinealkaloids (+) - (S) - laudanosine và (-) - (S)-xylopinine. Tổng hợp của
các sản phẩm tự nhiên liên quan đến việc sử dụng phản ứng Sonogashira để xây dựng
mạch carbon của mỗi phân tử.(Sơ đồ 2)

Sơ đồ 3. .Sản phẩm tự nhiên (+) - (S)-laudanosine và (-) - (S)-xylopinine tổng
hợp bằng cách sử dụng các phản ứng ghép cặp Sonogashira.

1.2.3 Enynes và enediynes
Phân nữa 1,3-enyne là một đơn vị cấu trúc quan trọng đối với các hợp chất hoạt
tính sinh học và tự nhiên. Nó có nguồn gốc từ các hệ thống vinylic và acetylene đầu cuối
mạch bằng cách sử dụng một quy trình duy trì cấu hình lập thể phản ứng Sonogashira,


được sử dụng thường xuyên nhất cho phản ứng ghép Sonogashira ở các điều kiện thường
nhẹ hơn. Một số ví dụ bao gồm:
- Sự tổng hợp Alk-2-ynylbuta-1,3-dienes từ việc ghép nối chéo một diiodide và
phenylacetylene, như sơ đồ 4.

Sơ đồ 4. Tổng hợp các Alk-2-ynylbuta-1,3,-dien thực hiện bằng cách Sonogashira
khớp nối.
- Sự ghép của 2-iodo-prop-2-enol với TMSA tạo enynyl alcohol[7] mà có thể bị oxi
hóa tạo thành các R-alkynylated acrolein tương ứng. ( Sơ dồ 5 )
SiMe3
OH

OH
I

Pd(PPh3)4 (1 mol%),
CuI (3 mol%), Et3N, THF

Me3Si

Sơ đồ 5

1.2.4 Dược phẩm
Sự linh hoạt các phản ứng Sonogashira là nguyên nhân giúp cho nó được sử dụng
rộng rãi trong việc tổng hợp của một loạt các hợp chất. Một trong số ứng dụng dược phẩm
là tổng hợp SIB-1508Y, thường được gọi là Altinicline . Altinicline là một acetylcholine
thụ thể nicotinic có tác dụng trong việc điều trị bệnh Parkinson, bệnh Alzheimer, hội
chứng Tourette của tâm thần phân liệt. Tính đến năm 2008, Altinicline đã trải qua giai
đoạn II thử nghiệm lâm sàng.

Sơ đồ 6. Sử dụng phản ứng ghép Sonogashira tổng hợp SIB-1508Y.


1.3 GIỚI THIỆU VỀ TÁC CHẤT,CHẤT NỀN
1.3.1 Giới thiệu về chất nền: 1-Iodo-4-methoxybenzene[16]
Công thức cấu tạo

Công thức không gian

Công thức phân tử C 7 H 7 IO
Trọng lượng phân tử: 234.0343

Tên IUPAC: 1-Iodo-4-methoxybenzene
Điểm nóng chảy: 50-53 ° C
Chiết suất: 1,591
Điểm sôi: 239°C ở 760 mmHg
Áp suất hơi: 0,0635 mmHg ở 25°C
Sử dụng 1-iodo 4 methoxybenzene được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ.Nó được
sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp các monomer tinh thể lỏng.
Sản xuất: 1-Iodo 4 methoxybenzene có thể được sản xuất bởi phản ứng của anisole
với iod chloride.

1.3.2 Giới thiệu về tác chất
• Tác chất Ethylnyltrimethylsilane[17]
Cơng thức cấu tạo:
CH3
HC

C

Si

CH3
CH3

Công thức phân tử: C 5 H 10 Si
Khối lượng phân tử: 98,22 g/mol


Khối lượng riêng: 0,69 g/mL
Nhiệt độ nóng chảy: 53oC
Chất lỏng không màu

Tên gọi khác: trimethylsilylacetylene
Ethynyltrimethylsilane là một acetylene được bảo vệ bởi nhóm trimethylsilyl,
thường được sử dụng trong phản ứng alkynyl hóa như phản ứng Sonogashira.Sau khi tách
silyl thì nhóm ethynyl được tạo thành.Và nhóm silyl được dùng để ngăn các phản ứng
ghép đôi khác không mong muốn trong quá trình thực hiện phản ứng.
Quy trình tổng hợp ethynyltrimethylsilane: sau khi tách proton của acetylene bằng
phản ứng Grignard, cho phản ứng tiếp với trimethylsilyl chloride[18].

n Bu-Cl

Mg

n Bu-MgCl

THF
n Bu-MgCl
H

H

H

MgCl

Me3SiCl

H
H

MgCl

SiMe3

• Tác chất 2,3-dichloride quinoxaline
-Công thức cấu tạo
N

Cl

Cl
N
oqu
uinnooxxaal innee
22,33--di cchloorro

-Khối lượng phân tử 199,04 g/mol
-2,3-Dichloride quinoxaline là một dihalide của quinoxaline, chất này ở dạng bột mịn
màu vàng nhạt, có nhiệt độ nóng chảy là 152oC (ghi trên nhãn lọ hóa chất).


1.4 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ SIÊU ÂM[8]
1.4.1 Định nghĩa
Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người (nghĩa là >
16 kHz). Giới hạn trên không xác định rõ ràng, thường được sử dụng là 5 MHz đối với
chất khí và 500 MHz đối với chất lỏng và rắn.
Sóng siêu âm ứng dụng trong lĩnh vực hóa học cũng như trong cơng nghệ tẩy rửa
hóa chất, … thường là vùng có tần số khoảng (20 KHz-100 KHz).
Siêu âm cung cấp năng lượng thông qua hiện tượng tạo và vỡ bọt (là khoảng cách
giữa các phân tử). Trong mơi trường chất lỏng, bọt có thể hình thành trong nửa chu kỳ đầu
và sẽ vỡ trong nửa chu kỳ sau, giải phóng một năng lượng rất lớn. Năng lượng này có thể
sử dụng để tẩy rửa các chất bẩn ngay trong những vị trí khơng thể tẩy rửa bằng phương

pháp thơng thường, hoạt hóa nhiều phản ứng hóa học hay làm các chất hịa tan lẫn vào
nhau.

Công dụng của siêu âm trong dãy tần số cao được chia làm hai vùng:
- Vùng thứ nhất (2-10x103 KHz): sóng siêu âm có năng lượng thấp, tần số cao. Nó
được sử dụng trong y khoa, phân tích hóa học và nghiên cứu hiện tượng thư giãn.
- Vùng thứ hai (20-100 KHz): sóng siêu âm có năng lượng cao, tần số thấp. Nó được
sử dụng trong việc rửa, hàn plastic và ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học.
Nếu trong mơi trường có nước, dưới tác dụng của siêu âm nước sẽ bị phân giải thành
các gốc tự do.
H2O

→

OH• + OH•

H• + OH•
→

H2O2


OH• + OH•

→

H 2 O + O•

OH• + OH•

→

H2 + O2

H• + O 2

→

OH• + H 2 O

HO 2 •
→

H 2 O 2 + H• …

Các gốc tự do này sẽ oxid hóa hoặc hồn ngun các chất có trong môi trường và kết
quả là phát quang với độ dài sóng thuộc vùng khả kiến.

1.4.2 Vai trị của siêu âm trong tổng hợp
Nó cung cấp một hình thức năng lượng để thúc đẩy phản ứng hóa học khác với các
hình thức trước đây như nhiệt, ánh sáng và áp suất. Siêu âm ảnh hưởng lên các phản ứng
thông qua sự tạo bọt. Bọt khí được hình thành trong suốt chu kỳ sóng khi chất lỏng bị tách
ra thành từng phần để hình thành những bọt nhỏ và bị vỡ trong chu kỳ nén kế tiếp. Sự vỡ
bọt khí sẽ tạo ra áp suất khoảng hàng trăm atm và nhiệt độ khoảng hàng ngàn độ.

1.4.3 Phân loại thiết bị siêu âm
Gồm 2 loại
- Thanh siêu âm:
Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu âm
được làm bằng hợp kim titan.

Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu âm
được làm bằng hợp kim titan. Năng lượng siêu âm được phát ra từ thanh và được tạo ra
bởi sự tạo rung của chóp thanh. Thơng 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 gỉ sau một thời gian sử dụng.


Hình 1.Thanh siêu âm
-Bồn siêu âm:
Cấu tạo gồm một bể chứa bằng thép không rỉ và một hay nhiều máy biến năng gắn
bên ngoài, thường gắn ở dưới 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 số máy
biến năng.
Năng lượng được phân phối rộng khắp bồn thậm chí xuyên qua các lọ phản ứng,
khơng địi hỏi lọ phản ứng đặc thù.Bồn siêu âm làm bằng inox, sát dưới đáy bồn có gắn bộ
phận gia nhiệt nhưng khơng cho phép nhiệt độ tăng cao.

Hình 2 . Bồn siêu âm


1.4.4 Ưu điểm của siêu âm
- Phản ứng được gia tốc và ít điều kiện bắt buộc.
- Sử dụng các tác nhân thô hơn phương pháp thường.
- Phản ứng thường được khơi mào bằng siêu âm mà không cần chất phụ gia.
- Số bước phản ứng trong các phản ứng thơng thường có thể giảm bớt.

1.4.5 Nhược điểm của bồn siêu âm

Bồn siêu âm chỉ có một tần số cố định đơi khi khơng kiểm sốt được nhiệt độ (khi
siêu âm trong thời gian dài), không thực hiện được ở nhiệt độ cao (nhiệt độ cao nhất là
50oC).


Chương II
NGHIÊN CỨU
------

2.1NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
Đối tượng nghiên cứu được trình bày trong tồn bộ nội dung khóa luận là tổng hợp
hợp chất 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl)quinoxaline từ 1-ethynyl-4-methoxybenzene
(được tạo thành từ 1-Iodo-4-methoxybenzene và Ethynyltrimethylsilane bằng phản ứng
Sonogashira) và Dicloquinoxaline , và khảo sát tìm ra những điều kiện tối ưu cho phản
ứng.

2.1.1 Nội dung nghiên cứu
Để tổng hợp 2,3-bis-(4-(methoxyphenyl)ethynyl)quinoxalinechúng tôi chỉ cần thực
hiện qua một giai đoạn là phản ứng ghép giữa 2,3-dichloquinoxaline với 1-ethynyl-4methoxybenzene. Tuy nhiên, dẫn xuất 1-ethynyl-4-methoxybenzene khơng có sẵn trên thị
trường, vì thế chúng tôi cần tổng hợp 1-ethynyl-4-methoxybenzene từ 1-Iodo-4methoxybenzene, bằng cách thực hiện qua 2 giai đoạn:
-Tổng

hợp

trimethyl[(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane

từ

1-Iodo-4-

methoxybenzenevà ethynyltrimethylsilane bằng phản ứng Sonogashira. [11]
-Tổng

hợp

1-ethynyl-4-methoxybenzene

từ

trimethyl[(4-

methoxyphenyl)ethynyl]silane.
Đồng thời ở đề tài này chúng tôi đã nghiên cứu khảo sát phản ứng Sonogashira bằng
những điều kiện khác nhau và thực hiện phản ứng trên thiết bị là khuấy từ và siêu âm
nhằm tìm ra điều kiện tối ưu để thực hiện phản ứng Sonogashira.


Sơ đồ tổng hợp
I

H3CO

+

HC C Si(CH3)3

Pd2(dba)3
CuI
P(Ph)3

Et3N

1-Iodo-4-methoxybenzene

Ethynyltrimethylsilane

(1)

H3CO

C C Si(CH3)3

trimethyl[(4-methoxyphenyl)ethynyl]silane

(2)

KOH/MeOH

H3CO

C CH
1-ethynyl-4-methoxybenzene

H3CO

(3)

C

C

C

N

C

N

N

Cl

N

Cl

H3CO
2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline

Sơ đồ 5. Tổng hợp 2,3-bis-[4-(methoxyphenyl)ethynyl]quinoxaline bằng phản ứng
Sonogashira
- Do điều kiện phản ứng 1 và 2 đã được nhiều bài báo nghiên cứu nên trong đề tài
này tôi chỉ tập trung vào nghiên cứu tổng hợp và khảo sát về những điều kiện tối ưu của
phản ứng (3).
Các yếu tổ ảnh hưởng đến phản ứng ghép sonogashira sẽ được nghiên cứu như sau:
- Tỷ lệ mol giữa chất nên 2,3-dichloquinoxaline và tác chất phenyl acetylene.
- Thời gian phản ứng.
- Điều kiện phản ứng trong khí trơ N 2 khơng bị lọt ẩm.
- Phản ứng ghép Sonogashira được thực hiện theo các phương pháp và điều kiện

như sau:
o

Phương pháp khuấy từ ở nhiệt độ phòng.

o

Phương pháp tiến hành với siêu âm.

o

Phản ứng được thực hiện trong hệ thống kín đã thổi khí N 2 .


2.1.2 Phương pháp nghiên cứu
Xác định cấu trúc sản phẩm được thực hiện bằng các phương pháp phân tích hiện đại:
- Phổ hồng ngoại IR.
- Phổ 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HMBC, HSQC, MS.
Sản phẩm được kiểm tra các hằng số vật lý như điểm nóng chảy, khả năng hịa tan
trong các dung môi.
Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng
Khảo sát trên siêu âm, xác định thời gian và tỷ lệ mol phản ứng cho độ chuyển

o

hóa tốt nhất.
So sánh kết quả của siêu âm với phương pháp khuấy từ.

o

Qui ước và tính tốn
- Hiệu suất cơ lập của các chất tổng hợp, được tính theo cơng thức

mtt
H% =

x 100%
mlt

Trong đó:
o m tt : khối lượng sản phẩm cô lập được thực tế (gam)
o m lt : khối lượng sản phẩm tính tốn theo lý thuyết (gam)
o

H (%): hiệu suất của sản phẩm tổng hợp được(%)