KHẢO sát PHẢN ỨNG KHỬ ANKYNE THÀNH (z) ANKENE và TỔNG hợp một số dẫn XUẤT (z) ANKENE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT PHẢN ỨNG KHỬ ANKYNE
THÀNH (Z)-ANKENE VÀ TỔNG HỢP
MỘT SỐ DẪN XUẤT (Z)-ANKENE


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU




1.1. Đặt vấn đề

(Z)-alkene là các chất khá linh hoạt trong tổng hợp hữu cơ và thường được
tìm thấy trong dược phẩm, nước hoa và các sản phẩm tự nhiên. Mặc dù cho đến nay,
một số phương pháp tổng hợp chọn lọc lập thể đã được phát triển, nhưng phản ứng
hydro hoá các alkyne của Lindlar là một trong những phản ứng tổng hợp cổ điển.
Cái tên là Lindlar đã được đặt theo tên của nhà phát minh Herbert Lindlar. Việc bổ
sung chì (Pb) được thực hiện để hủy kích hoạt Pd ở một số vị trí nhất định, vai trò
của Pb là làm giảm lượng H2 được hấp thụ. Do sự hiện diện của Pb nên được gọi là
xúc tác độc hại. Chất xúc tác Lindlar là một chất xúc tác dị thể bao gồm Pd được
lắng đọng trên calcium cacbonate và được xử lý bằng nhiều dạng Pb khác nhau.
Chất xúc tác được sử dụng để hydro hóa alkyne thành alkene. Vì chất xúc tác được
sử dụng để khử alkyne thành alkene, nhằm ức chế việc khử thành các alkane bằng
cách thêm quinoline. Do đó quinoline hoạt động như một chất khử hoạt tính để tăng
tính chọn lọc của chất xúc tác, tránh sự hình thành các sản phẩm phụ không mong
muốn [1].


Mặc dù có nhiều ứng dụng tổng hợp rất nổi bật, chất xúc tác Lindlar đã có

một số nhược điểm đáng kể. Đây là một chất xúc tác dị thể, hiệu suất của chất xúc
tác Lindlar có thể thay đổi theo từng đợt. Việc chất xúc tác dư thừa thường dẫn đến
khử quá mức đến alkane. Đây là một vấn đề nghiêm trọng vì cực kỳ khó khăn để
chuyển đổi alkane trở lại sản phẩm alkene mong muốn. Ngoài ra, việc sử dụng chất
đồng xúc tác-Pb độc hại đặt ra các vấn đề an toàn và môi trường [2].
Nhiều nỗ lực đã được sử dụng để cải thiện hiệu suất của hệ xúc tác, bao gồm
sử dụng Pd trên đá bọt cũng như các chất đồng xúc tác amine khác nhau để khử
hoạt tính Pd như ethylenediamine [3][4].
Do đó, việc phát triển một hệ thống mạnh mẽ và đáng tin cậy để thực hiện
phản ứng bán hydro hóa chọn lọc lập thể alkyne thành z-alkene thay thế cho hệ xúc
tác Lindlar vẫn là mục tiêu đầy thách thức.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Tổng hợp một số dẫn xuất của (z)-alkene thông qua phản ứng bán hydro hoá
alkyne từ điều kiện chuyển hoá tối ưu đã được khảo sát trong nội dung nghiên cứu
của đề tài khoá luận tốt nghiệp.
1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài


Tiến hành thực nghiệm khảo sát phản ứng khử alkyne thành (z)-alkene theo
hướng nghiên cứu mới: Ứng dụng xúc tác PdNPs và một số điều kiện khác nhau.
Bên cạnh đó, tổng hợp một số dẫn xuất (z)-alkene đóng góp vào con đường tổng
hợp các chất có hoạt tính sinh học như pheromone.
1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Pheromone là những hợp chất có hoạt tính sinh học, được tiết ra từ động vật,
côn trùng và được bắt đầu nghiên cứu từ đầu thế kỷ XX. Việc sử dụng pheromone
côn trùng để hạn chế các quần thể dịch hại đã trở nên ngày càng phổ biến như là
một cách thức thay thế khả thi, an toàn và thân thiện với môi trường.
Hoạt động sinh học của pheromone bắt nguồn từ các ứng dụng khác nhau,
đặc biệt là trong lĩnh vực kiểm soát dịch hại và theo dõi côn trùng. Cho đến nay,
khoa học vẫn chưa biết được đầy đủ cấu trúc hoá học của tất các pheromone đã tìm

được từ tổng hợp. Tuy nhiên, số lượng pheromone tinh khiết có sẵn từ các nguồn tự
nhiên thường rất hạn chế, vì các loài côn trùng chỉ chứa một lượng nhỏ pheromone.
Ứng dụng tổng hợp hữu cơ trong sản xuất pheromone là việc làm hết sức quan
trọng nhằm mục đích đưa ứng dụng của chúng vào thực tế đời sống kỹ thuật.
Đóng góp của tôi vào lĩnh vực tổng hợp pheromone, ở đây tôi trình bày một
cách tiếp cận mới cho việc điều chế dẫn xuất dạng (z)-pheromone.
1.5. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tổng hợp 3-hexyne-1-OTHP: chất nền cho phản ứng khử alkyne thành (z)alkene từ 3-hexyn-1-ol.
Tổng hợp PdNPs: xúc tác chính cho các quy trình phản ứng tiếp theo.
Khảo sát quá trình khử alkyne thành (z)-alkene bao gồm: xúc tác, hệ dung
môi và điều kiện phản ứng.
Tổng hợp và ghép mạch C-C bằng phản ứng Sonogashira bằng xúc tác
PdNPs để tổng hợp một số alkyne.
Tổng hợp một số dẫn xuất của (z)-alkene bằng phản ứng khử các alkyne đã
được tổng tợp từ phản ứng Sonogashira, sử dụng hydro nội sinh với điều kiện tối ưu
từ quy trình khảo sát.


1.6. Tính mới của đề tài
Công nghệ nano đại diện cho một trong những bước đột phá lớn của khoa
học hiện đại, cho phép các vật liệu có kích thước, cấu trúc và thành phần đặc biệt
được hình thành. Các vật liệu kích thước nano như vậy (kích thước từ 1-100 nm)
được coi là cầu nối giữa các vật liệu nguyên tử và đã được chứng minh là thể hiện
nhiều tính chất hóa học, vật lý và điện tử. Nghiên cứu về các tính chất này đã trở
thành một lĩnh vực ngày càng quan trọng trong hóa học, vật lý, sinh học, y học và
khoa học vật liệu. Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp đáng tin cậy của vật liệu
nano là cần thiết để khai thác và đây vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.
Các polymer, chẳng hạn như poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) và poly
(vinyl alcohol) (PVA), được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các hạt nano như một chất
làm bền vì tính khả dụng thương mại của chúng với chi phí tương đối thấp và độ

hòa tan của chúng trong một loạt các dung môi, bao gồm cả nước. Việc sử dụng các
polymer thường liên quan đến “phương pháp polyol”, trong đó một tiền chất kim
loại được hòa tan và khử ở nhiệt độ cao bởi một rượu (thường là ethylene glycol).
Quy trình chuẩn bị cần vài giờ hồi lưu để giảm hoàn toàn tiền chất về trạng thái kim
loại của chúng, mặc dù quá trình này có thể được xử lý bằng cách chiếu xạ mẫu
bằng vi sóng. Việc sử dụng alcohol làm chất khử tạo ra lợi thế là bất kỳ sản phẩm
phụ nào cũng là các hợp chất hữu cơ đơn giản, không giống như dư lượng của các
chất khử khác. Trong đề tài nghiên cứu của tôi, ứng dụng PEG vừa là chất khử vừa
là chất làm bền để tổng hợp chất xúc tác cho cả hai phản ứng quan trọng:
(a) Phản ứng Sonogashira ghép C-C;
(b) Phản ứng khử alkyne thành (z)-alkene.
Mặt khác, áp dụng trên nghiên cứu phản ứng bán hydro hoá tại nhiều điều
kiện khác nhau như: Vi sóng, đun ở nhiệt độ T = 145 °C trong bể dầu hay khuấy ở
nhiệt độ phòng. Nhằm khảo sát điều kiện tối ưu cho phản ứng, ứng dụng vi sóng
cho phản ứng khử là một điểm mới và tối ưu hoá thời gian phản ứng. Hơn nữa, phản
ứng ở điều kiện trên được thực hiện một cách đơn giản hơn, không nhất thiết kiểm
soát quá chặt chẽ như các phản ứng bán hydro hoá cổ điển trước đây.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN




2.1. Giới thiệu về phản ứng khử alkyne thành alkene
Phản ứng bán hydro hoá (Semihydrogenation) của các alkyne là một phản
ứng đặc biệt có giá trị trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ. Việc khó kiểm soát đối với
chọn lọc lập thể và giảm thiểu sự hình thành sản phẩm phụ thì đây là một mục tiêu
đầy thách thức [5].
Quá trình semihydrogenation chọn lọc của alkyne thành (z)-alkene rất quan

trọng để xây dựng nhiều hợp chất có giá trị như các phân tử có hoạt tính sinh học,
sản phẩm tự nhiên, hương liệu và vật liệu.
Trong các chất xúc tác trước đây, phản ứng này được thực hiện với sự có mặt
của một chất xúc tác đồng thể (ví dụ: Pd, Ni, Ru, Rh và Co) hoặc một chất xúc tác
dị thể (ví dụ: chất xúc tác Pd, chất xúc tác Ni và chất xúc tác Au). Trong số các chất
xúc tác đã biết, hydro hóa sử dụng chất xúc tác Lindlar (Pd/CaCO 3 được xử lý bằng
muối Pb) là phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi. Chất xúc tác Lindlar có nhược
điểm lớn như chưa loại bỏ triệt để độc tính của chúng. Và từ quan điểm của hóa
học xanh, việc phát triển xúc tác thân thiện và hiệu quả với môi trường để thực hiện
phản ứng semihydrogenation các alkyne là rất đáng mong đợi.
Một trong những thách thức hiện nay đối với các ngành công nghiệp và khoa
học là sự phát triển của các quá trình không chỉ tính đến phương diện kinh tế mà
còn bền vững với môi trường. Trong bối cảnh này, việc sử dụng các chất xúc tác dị
thể đã cung cấp một công cụ chính để sử dụng năng lượng và hóa chất phù hợp.
Trong vài năm qua, semihydrogenation chọn lọc của alkyne thành alkene là đối
tượng đặc biệt chú ý đến sự liên quan của nó trong các ngành công nghiệp polymer
và hoá chất tinh khiết. Trong đó sự phát triển của các chất xúc tác có chọn lọc lập
thể rất mong muốn triển vọng và đã cải thiện năng suất của các quá trình tương ứng
và ngăn chặn quá trình hydro hóa hoặc oligome hóa của các chất nền.


Xúc tác sử dụng vật liệu kim loại nano đang thu hút sự quan tâm ngày càng
tăng các nghiên cứu do tính chất xúc tác xanh và bền vững của chúng. Các đặc tính
thú vị của vật liệu nano kim loại như không độc hại, hoạt động mạnh, khả năng tái
sử dụng cao và thu hồi đơn giản làm cho chúng được tập trung nghiên cứu như các
chất xúc tác dị thể [6].

Sơ đồ 2.1: Cơ chế phản ứng semihydrogenation với xúc tác Pd(OAc)2 của các
alkyne
2.2. Giới thiệu về xúc tác

Chất xúc tác được thêm vào nhằm làm tăng tốc độ phản ứng. Nói chung, các
phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn khi có chất xúc tác vì chất xúc tác cung cấp một
cơ chế phản ứng thay thế với năng lượng hoạt hóa thấp hơn cơ chế không xúc tác.
Trong các cơ chế xúc tác, chất xúc tác thường phản ứng tạo thành một chất trung


gian tạm thời, sau đó tái sinh chất xúc tác ban đầu trong một quá trình tuần hoàn.
Chất xúc tác có thể được phân loại là đồng thể hoặc dị thể. Chất xúc tác đồng
thể là một chất có các phân tử được phân tán trong cùng pha (thường là khí hoặc
lỏng) như các phân tử của chất phản ứng. Chất xúc tác dị thểlà chất có phân tử
không cùng pha với chất phản ứng, thường là chất khí hoặc chất lỏng được hấp phụ
trên bề mặt chất xúc tác rắn. Enzyme và các chất sinh học khác thường được coi là
loại thứ ba khi phân loại chất xúc tác.
Các vấn đề của chất xúc tác đồng thể trong việc thu hồi và tái sử dụng dẫn
đến mất kim loại, phối tử kết hợp và lẫn các tạp chất trong sản phẩm. Để khắc phục
những nhược điểm này, việc sử dụng các chất xúc tác dị thể không có phối tử
thường được nghiên cứu bởi vì nó có thể được thu hồi và tái sử dụng bằng cách lọc
đơn giản mà không làm mất hoạt tính xúc tác.
Các chất xúc tác dị thể thường được "hỗ trợ", điều đó có nghĩa là chất xúc tác
được phân tán trên vật liệu thứ hai giúp tăng cường hiệu quả hoặc giảm thiểu chi
phí. Hỗ trợ ngăn ngừa hoặc giảm sự kết tụ các hạt xúc tác nhỏ, làm tăng diện tích bề
mặt nhiều hơn do đó chất xúc tác có hoạt tính đặc hiệu cao.
Xúc tác kim loại chuyển tiếp đóng vai trò liên quan như một phương pháp
tổng hợp trong sự phát triển của các quy trình công nghiệp, đặc biệt là trong sản
xuất hóa chất tinh khiết. Về đặc tính xúc tác, các hạt nano kim loại chuyển tiếp
thường hoạt động mạnh hơn, có khả năng tái thu hồi và thường có độ chọn lọc cao.
Chất xúc tác Pd đã được áp dụng rộng rãi cho tổng hợp hữu cơ và các ứng dụng
công nghiệp đa dạng do tính hiệu quả và an toàn của chúng [7].

Sơ đồ 2.2: PdNPs – Xúc tác cho các phản ứng ghép C-C
Đặc biệt, Pd đã nổi lên như một kim loại chuyển tiếp quan trọng được sử
dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ hiện đại để tạo điều kiện cho các phản ứng tạo
liên kết C-C khác nhau bao gồm Suzuki, Negishi, Heck, Sonogashira và Stille hoặc
phản ứng ghép chéo [8].
Thông qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu các tài liệu khoa học phong phú
nhấn mạnh sự ứng dụng rộng rãi của các chất xúc tác dựa trên Pd, do khả năng phân
tách hydro và tầm quan trọng của việc ngăn chặn quá trình hydro hóa không mong
muốn của các nhóm chức.


Pha lỏng

Pha khí
1915

Pd diatomite[10]

1939

PdPb/CaCO3 [1]

1952
1957

Pd/BaSO4 +KOH [12]

1965

PdPb/CaCO3 +Bn2S [14]

1973

PdZn/ZnO [18]

1993

Pd/ZnO [15]

2003

PdAu/TiO2 [16]

2007
2008
2011

Pd-HHDMA [22]

2012

PdB [23][24]

2014

Pd/C3N4 [25]

2015
2016

Pd3S/C3N4 [27]

PdAg/Al2O3 [11]

1961

Pd/CaCO3 +SnCl2 [13]

c-Pd/C [17]

Pd colloids [9]

PdGa [19]
Pd/TiO2 +Ph2S [20]
Pd1/Cu [21]

Pd4S/CNF [26]

2018

Sơ đồ 2.3: Nghiên cứu về phản ứng semihydrogenation các alkyne trên xúc tác Pd


Sự phát triển theo thời gian cho các ứng dụng pha khí và lỏng bắt nguồn từ
các công trình nghiên cứu tiên phong của Wilde [28] và Sabatier [29] cho đến
những khám phá gần đây. Căn bản có thể phân chia xúc tác như sau:
 NPs kim loại được hỗ trợ (Ví dụ: PdNPs/PEG)
 Dạng xúc tác như xúc tác Lindlar trong đó Pd bị đầu độc bởi kim loại

thứ hai (Ví dụ: PdPb/CaCO3)

 Vật liệu biến đổi phối tử hoặc hỗn hợp có chất hoạt động bề mặt hữu
cơ bao phủ một phần bề mặt của PdNPs (Ví dụ: Pd/TiO2 + Ph2S)
 Các oxide kim loại chuyển tiếp (Ví dụ: CeO2)
 Các nguyên tử đơn được hỗ trợ (Ví dụ: Pd1/Cu)

NPsPd/PEG
Metal nanoparticles (M-NPs) là chất xúc tác hiệu quả cho các quá trình
chuyển hoá hóa học do diện tích bề mặt lớn của chúng. Một đặc điểm quan trọng
của các chất xúc tác này là khi kích thước của chúng giảm, diện tích bề mặt tương
đối của chúng trở nên lớn hơn hoạt động của chúng tăng lên. Do đó, việc sử dụng
chất ổn định thích hợp là rất quan trọng để thu được các NPs có kích thước phù hợp
để tạo ra các chất xúc tác có hoạt tính cao [8].
Trong bài đánh giá của Balanta và các đồng nghiệp, những tiến bộ gần đây
được thực hiện trong lĩnh vực ghép C-C được xúc tác bởi các PdNPs đã được thực
hiện. Trong thập kỷ qua, một số lượng đáng kể các nghiên cứu đã chứng minh tiềm
năng của PdNPs là chất xúc tác cho các phản ứng ghép C-C với aryl iodide và
bromide vẫn là chất nền được sử dụng phổ biến nhất [7].


Sơ đồ 2.4: Cơ chế phản ứng Sonogashira ghép C-C với xúc tác PdNPs
PdNPs với phân bố kích thước hẹp đã được điều chế bằng cách áp dụng PEG
và Pd(OAc)2 trong trường hợp không có các tác nhân hóa học khác. PEG dường
như hoạt động như cả chất khử và chất ổn định. Kết quả của XRD cho thấy nồng độ
của tiền chất đóng vai trò chính trong sự phát triển của PdNPs. Việc khử Pd 2+ thành
PdNPs rất nhạy cảm với độ dài chuỗi của PEG và PEG chiều dài chuỗi lớn hơn như
PEG 2000 thể hiện khả năng phản ứng khử cao hơn. PdNPs được điều chế đã được
tìm thấy là chất xúc tác có tính ổn định cao và có thể tái sử dụng cho phản ứng
Heck.
Rõ ràng, PEG đã đóng một vai trò quan trọng đối với các thuộc tính của
PdNPs. Người ta biết rằng M-NPs là chất xúc tác hiệu quả cho các chuyển hoá hóa

học. Tuy nhiên, M-NPs không ổn định và trải qua quá trình kết tập trong hầu hết các
trường hợp, dẫn đến mất khả năng phản ứng xúc tác và việc tái chế chất xúc tác
thường bị cản trở bởi sự hình thành sớm của Pd đen. Do đó, chất ổn định, chẳng hạn


như polymer, chất hoạt động bề mặt hoặc phối tử, được áp dụng trong chế phẩm
trên hạt nano để ngăn ngừa sự kết tụ. Trong một số trường hợp, các chất ổn định quá
hiệu quả để hấp thụ mạnh trên bề mặt của NPs, điều này cũng làm cho NPs không
hoạt động. Mặc dù một số chất xúc tác nano được hỗ trợ thể hiện hoạt tính cao với
sự kết hợp của aryl bromide và clorua đã khử hoạt tính, phản ứng của Pd-PEG được
điều chế tương tự như các chất xúc tác Pd colloid đã được nghiên cứu có hiệu quả
với aryl iodide. Kết quả cho thấy PEG hỗ trợ và làm chất mang cho PdNPs [30].
Palladium(II) acetate: Pd(OAc)2
Công thức cấu tạo:

Khối lượng phân tử: M = 224,51 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy: tnc = 216,3 – 223,7 °C
Khối lượng riêng: d = 2,19 g/mL
Palladium(II) acetate là một hợp chất hóa học của Pd được mô tả bởi công
thức Pd(O2CCH3)2, viết tắt Pd(OAc)2. Hợp chất này ở dạng rắn, có màu vàng nâu,
hòa tan được trong nhiều dung môi hữu cơ và thông thường được ứng dụng làm
chất xúc tác cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ.
Phản ứng điển hình được xúc tác bởi Pd(OAc)2:
•

Phản ứng carbon hóa: tổng hợp các ester từ aryl iodide, carbon monoxide,

•
•

alcohol hoặc phenol.
Quá trình khử amin của aldehyd hoặc ketone bằng potassium formate.
Quá trình Wacker: quá trình oxy hóa ethylene bằng nước tạo thành

acetaldehyde.
• Vinyl hoá: Phản ứng của Heck.
Bis(triphenylphosphine) palladium(II) dichloride: Pd (PPh3)2Cl2


Pd(PPh3)2Cl2 là hợp chất phối hợp của Pd chứa hai gốc triphenylphosphine
và hai phối tử chloride. Nó là một chất rắn màu vàng hòa tan trong một số dung môi
hữu cơ như CHCl3, CH2Cl2, chloroform, metanol và không tan trong nước, acetone,
ether, n-heptane, CCl4 .
Khối lượng phân tử: M = 701,9 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy: tnc ~ 260 °C
Công thức cấu tạo:

Pd (PPh3)2Cl2 đã được sử dụng trong các nghiên cứu sau:
 Là chất xúc tác trong quá trình tổng hợp diphenylacetylene.
 Tổng hợp các furoquinolines, thông qua phản ứng Sonogashira được xúc

tác Pd, sau đó là đóng vòng xúc tác Cu(I) [31].
 Chất xúc tác cho sự kết hợp Sonogashira của aryl alkyne với 2bromothiazole và 2-bromothiophene [32].
 Được sử dụng làm chất xúc tác cho môi trường phản ứng Heck. Phản ứng

Mizoroki - Heck, xúc tác Pd của olefin với aryl halogenua đã được công
nhận với giải thưởng Nobel về hóa học năm 2010.
2.3. Giới thiệu về phản ứng Sonogaghira
Phản ứng Sonogashira là phản ứng ghép đôi được sử dụng trong tổng hợp
hữu cơ để hình thành liên kết carbon-carbon. Nó sử dụng chất xúc tác Pd cũng như

chất đồng xúc tác Cu(I) để tạo liên kết carbon-carbon giữa một alkyne đầu mạch và
aryl hoặc vinyl halogenua. Thông thường, phản ứng đòi hỏi điều kiện khan và kỵ
khí, nhưng các quy trình mới hơn đã được phát triển trong đó những hạn chế này
không quan trọng [33].
Phản ứng ghép đôi Sonogashira đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, do


tính hữu ích của nó trong việc hình thành các liên kết carbon-carbon. Phản ứng có
thể được thực hiện trong các điều kiện dễ dàng như ở nhiệt độ phòng, trong môi
trường nước và cho phép sử dụng phản ứng ghép đôi Sonogashira trong quá trình
tổng hợp các phân tử phức tạp. Các ứng dụng của nó bao gồm dược phẩm, sản
phẩm tự nhiên, vật liệu hữu cơ và vật liệu nano.
Phản ứng alkynyl hóa của aryl halogenua sử dụng acetylene thơm được báo
cáo vào năm 1975 trong ba đóng góp độc lập của Cassar [34], Dieck và Heck [35]
cũng như Sonogashira, Tohda và Hagihara [33]. Tất cả các phản ứng sử dụng chất
xúc tác palladium để thu được các sản phẩm tương tự. Tuy nhiên, cách thức của
Cassar và Heck chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng Pd và yêu cầu điều kiện phản
ứng khắc nghiệt (nghĩa là nhiệt độ phản ứng cao). Việc sử dụng CuI là chất đồng
xúc tác cùng với phức hợp Pd trong quy trình của Sonogashira cho phép các phản
ứng được thực hiện trong điều kiện phản ứng dễ dàng với năng suất rất tốt. Môi
trường phản ứng phải là cơ bản để trung hòa hydro halogenua được tạo ra như sản
phẩm phụ của phản ứng ghép đôi này. Vì vậy, các hợp chất alkylamine như
triethylamine và diethylamine đôi khi được sử dụng làm dung môi, nhưng DMF
hoặc ether cũng có thể được sử dụng làm dung môi.
Phản ứng Sonogashira trở nên nổi tiếng đến nỗi thường tất cả các phản ứng
sử dụng chất xúc tác cơ kim hiện đại để ghép các theo mô típ alkyne đều được gọi
là một số biến thể của "phản ứng Sonogashira", mặc dù thực tế là những phản ứng
này không được thực hiện trong điều kiện phản ứng Sonogashira.
2.4. Một số công trình nghiên cứu liên quan
Phản ứng semihydrogenation của các alkyne là một trong những cách tiếp

cận để tổng hợp (z)-alkene với môi trường xúc tác đồng thể hoặc dị thể đã được
phát triển để thu được các sản phẩm mong muốn. Dưới đây là một số nghiên cứu
điển hình trên thế giới liên quan đến đề tài khoá luận:
 Đề tài nghiên cứu xúc tác Pd cho phản ứng khử một phần của acetylene. Xúc

tác này được điều chế bằng cách khử palladium chloride trong CaCO 3 sau đó
bổ sung chì acetate. Để xác định rằng chất xúc tác là hoạt động và chọn lọc,


thuận tiện để kiểm tra nó bằng cách hydro hóa phenylacetylene thành styrene
với tác nhân khử H2 tại 1 atm được bổ sung quinoline và hexane. Đây được
xem là một trong những nghiên cứu mấu chốt và tiên phong trong trên con
đường hydro hoá alkyne có chọn lọc lập thể hơn 50 năm qua [1].
 Độ chọn lọc hoá học và chọn lọc lập thể cao với xúc tác Pd và chuyển hoá
phản ứng semihydronation với hydro nội sinh của alkyne tạo thành cisalkenes. Vì có nhiều sản phẩm tự nhiên quan trọng chứa cis-stilbene thể hiện
nhiều hoạt động sinh học khác nhau, nên sự phát triển của một hệ thống xúc
tác chung để chuyển hóa diarylacetylene để có khả năng tạo ra cis-stilbene.
Do đó, trong nghiên cứu này đã trình bày kết quả gần đây của Jie Li và các
đồng nghiệp về quá trình chuyển hóa semihydronation hiệu quả của nhiều
loại alkyne, tập trung vào diarylacetylen mang các nhóm chức khác nhau
được xúc tác bởi Pd(OAc)2 với việc sử dụng DMF/KOH làm nguồn hydro
nội sinh để cung cấp cis-alkenes [36].
 Tổng hợp NPsPd trong các polymer: Một chất xúc tác Pd có thể tái chế được

tổng hợp bởi một quy trình đơn giản từ các chất có sẵn, bao gồm PdNPs
phân tán trong một polymer hữu cơ. Chất xúc tác này có hoạt tính cao trong
nhiều phản ứng chuyển hoá hữu cơ bao gồm hydro hóa alkyne, phản ứng
ghép carbon-carbon và oxy hóa alcohol [37].
 Nghiên cứu xúc tác Pd(0) đồng thể mang tính chọn lọc cho phản ứng hydro
hoá của alkyne thành (z)-alkene. Martijn W. van Laren và các đồng nghiệp đã

tiến hành các phản ứng hydro hóa alkyne với H 2 tại 20 °C, áp suất 1 bar
trong THF và 1 mol là chất xúc tác. Nhiều loại alkyne khác nhau bao gồm cả
mạch thẳng, dạng vòng, alcohol…đã được thực hiện nghiên cứu dưới điều
kiện hydro hóa này [38].
 Tác động của sự hình thành PdSi đến tính chất xúc tác của chất xúc tác

Pd/SiO2 trong quá trình bán hydro hóa pha lỏng của phenylacetylene. Trong
nghiên cứu này, PdSi được hình thành trên chất xúc tác SiO 2 có nguồn gốc từ
gel-sol khi chúng được điều chế bằng phương pháp trao đổi ion sử dụng Pd
(NH3)4Cl2 làm tiền chất Pd. Không có pha Pd nào khác (PdO hoặc Pd 0) sau


khi vôi hóa ở nhiệt độ 450 °C trong 3 giờ. Các chất xúc tác Pd/SiO2 với sự
hình thành PdSi đã được tìm thấy cho thấy hiệu suất vượt trội so với các chất
xúc tác SiO2 trong pha lỏng phản ứng bán hydro hóa phenylacetylene [39].
 Semihydrogenation xúc tác Pd của alkyne thành (z)-alkene: Các hệ thống xúc
tác và cách hoạt động. Sự kết hợp của tiền chất [PdII (η3 ‐ allyl)IMesCl] với
hai chất tương đương với phối tử PPh 3 đạt được xúc tác với độ chọn lọc cao
và dễ sử dụng cho phương pháp semihydrogenation chọn lọc z-alkene. Một
mối quan tâm đặc biệt liên quan đến cơ chế đằng sau sự chọn lọc gây ra bởi
phối tử phosphine. Các nghiên cứu về cơ chế kích hoạt tiền chất, thứ tự phản
ứng trong chất xúc tác, ảnh hưởng của nồng độ phosphine và phân tích động
học, lần đầu tiên phân tích sự hình thành sản phẩm đã được thực hiện. Trên
cơ sở những kết quả này, Drost, R.M đã xây dựng một cơ chế cho quá trình
chuyển hóa semihydrogenation các alkyne thành (z)-alkene và giải thích vai
trò của phối tử phosphine [40].
 Chọn lọc thống nhất trên sự hỗ trợ của PdS trong phản ứng
semihydrogenation của alkyne. Davide Albani và các đồng nghiệp đã báo
cáo một cách tổng hợp đơn giản NPsPd được hỗ trợ trên C 3N4 bằng dung
dịch sodium sulfite, điều khiển sự hình thành pha Pd 3S mang cấu trúc nano

với định hướng tinh thể có kiểm soát, thể hiện hiệu suất cao trong phản ứng
semihydrogenation các alkyne trong pha lỏng [27].
 PdNPs/PEG: chất xúc tác hiệu quả và có thể tái chế cho phản ứng Heck. Một
phương pháp mới để điều chế PdNPs lần đầu tiên đã được mô tả bằng cách
sử dụng PEG không chứa chất khử khác trong điều kiện dễ dàng nhưng rất
ổn định. Chengcai Luo và các đồng nghiệp đã nghiên cứu các chất xúc tác có
thể dễ dàng tái chế đến sáu lần mà không làm giảm đáng kể khả năng phản
ứng, điều này có tầm quan trọng lớn đối với các ứng dụng thực tế [30].
 Những tiến bộ trong việc điều chế các phân tử nano có tính chọn lọc cao để
bán hydro hóa alkynes bằng phương pháp colloidal. Dụa trên nghiên cứu
này, Delgado và các đồng nghiệp đã mô tả ảnh hưởng của NPs đến sự chọn
lọc của quá trình khử alkyne thành alkene. Mặt khác, để tăng cường tính


chọn lọc của anken thông qua các phương pháp colloidal tác giả cũng khảo
sát kích thước và hình dạng của NPs kim loại [41].
 Ứng dụng siêu âm để thực hiện phản semihydrogenation các alkyne thành zalkene với xúc tác Pd/Boehmite không sử dụng chì. Phản ứng
semihydrogenation của các alkyne như phenylacetylene, diphenylacetylene
và 2-butyne-1,4-diol đã được nghiên cứu trong bể siêu âm dưới với H 2 dưới
áp suất khí quyển hoặc trong lò phản ứng thanh siêu âm với H 2 dưới áp suất
0,1-0,5 MPa. Chất xúc tác, áp suất hydro, nhiệt độ và sự hiện diện của
quinoline, tất cả đều ảnh hưởng đến tốc độ hydro hóa, hoạt động và tính chọn
lọc đối với các sản phẩm semihydrogenation [42].
 Wang và đồng nghiệp đã báo cáo một quy trình hiệu quả sử dụng
PdNPs/PVP làm xúc tác cho phản ứng Sonogashira của aryl iodide và
bromide với phenylacetylene không điều kiện có phối tử, đồng và amine.
Hầu như các chuyển hoá đã đạt được sau 6 giờ với chất xúc tác này trong
ethanol với sự có mặt của K 2CO3. Chất xúc tác (0,5 mol%) có thể được tái
chế và tái sử dụng tám lần mà không mất hoạt động đáng kể [43].

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM




3.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
3.1.1. Hoá chất
ST
T

Hoá chất

Công thức

Tính chất

Hoá chất của Sigma-Aldrich

1

2

3

3-hexyne-1-ol

C6H10O

3,4-Dihydro-2H-pyran

(DHP)

p-toluenesulfonate
(PTSA)

M = 98,145 g/mol
d = 0,898 g/mL
M = 100,117 g/mol

C5H8O2

Ts = 86 °C
d = 0,922 g/mL

C7H8O3S

M = 172,198 g/mol
d = 1,24 g/mL

Hoá chất của Acros

4

Palladium(II) acetate
(Pd(OAc)2)

C4H6O4Pd

M = 224,508 g/mol
Tnc = 216,3 – 223,7 °C

M = 190,45 g/mol

5

Copper(I) iodide

CuI

Tnc = 605 °C
d = 5,62 g/mL


M = 204,01 g/mol
6

Iodobenzene

C6H5I

Ts = 188 °C
d = 1,823 g/mL
M = 218,037 g/mol

7

4-Iodotoluene

C7H7I

Ts = 211,5 °C

Tnc = 33 - 35 °C
M = 102,136 g/mol

8

Phenylacetylene

C8H6

Ts = 142 - 144 °C
d = 0,93 g/mL

Hoá chất của Merck

9

Triphenylphosphine
(PPh3)

M = 262,292 g/mol
C18H15P

Tnc = 79 - 81 °C

Bis(triphenylphosphine)
10

Ts = 377 °C

palladium(II) dichloride

C36H30Cl2P2Pd

(Pd(PPh3)2Cl2)

M = 701,904 g/mol
Tnc = 260 °C

Hoá chất của Trung Quốc

11

12

N,N-dimethylformamide
(DMF)

Polyethylene glycol
(PEG)

M = 73,095 g/mol
C3H7NO

Ts = 153 °C
d = 0,944 g/mL

C2nH4n+2On+1

M = 4000 g/mol

13

Sodium hydroxide

NaOH

M = 39,997 g/mol
Tnc = 318 °C
M = 74,123 g/mol

14

Diethyl ether

C4H10O

Ts = 39,8 °C
d = 0,706 g/mL
M = 86,178 g/mol

15

n-hexane

C6H14

Ts = 69 °C
d = 0,659 g/mL
M = 56,105 g/mol

16

Potassium hydroxide

KOH

Tnc = 360 °C
d = 2,04 g/mL
M = 84,927 g/mol

17

Dichloromethane

CH2Cl2

Ts = 39,8 °C
d = 1,325 g/mL

18

Sodium bicarbonate

NaHCO3

M = 84,006 g/mol

19

Potassium carbonate

K2CO3

20

Sodium chloride

NaCl

M = 58,44 g/mol

21

Magnesium sulfate

MgSO4

M = 120,361 g/mol

M = 138,205 g/mol
Tnc = 891 °C

Hoá chất công nghiệp
22

Nước cất 2 lần

H2O

M = 18,015 g/mol


M = 58,08 g/mol
23

Acetone

d = 0,79 g/mL

C3H6O

Ts = 56,2 °C
Bảng 3.1: Hoá chất sử dụng
3.1.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
ST
T

Tên thiết bị

Mô tả
Nhà sản xuất: Daihan – Hàn Quốc
Tốc độ khuấy: 80 – 1500 vòng/phút

1

Máy khuấy từ gia nhiệt

Nhiệt độ tối đa: 380 °C
Công suất gia nhiệt: 1200W

Độ chính xác: ± 0.3 ºC
Cài đặt thời gian: lên tới 99 giờ 59 phút liên tục
Nhà sản xuất: BIOBASE

2

Máy ly tâm

Tốc độ tối đa: 4000 vòng/phút
Phạm vi thời gian: 0 – 30 phút
Dung tích: 8x15 mL
Nhà sản xuất: Barloworld scientific limited

3

Hệ thống cô quay

Tốc độ cô quay: 20 - 180 vòng/phút
Khả năng cô mẫu tối đa: 18mL/phút
Công suất: 50 W
Nhà sản xuất: Sturdy industrial

4

Máy siêu âm

Dung tích bể chứa: 4,5 lít
Công suất: 150 W

Nhà sản xuất: Sharp
5

Lò vi sóng

Tần số: 2450 MHz
Công suất vi sóng tối đa: 800W
Thể tích: 500 ml

6

Bếp đun bình cầu

Công suất gia nhiệt: 350 W
Chế độ gia nhiệt: liên tục
Điều chỉnh nhiệt độ bằng núm vặn
Nhà sản xuất: Memmert – Đức

7

Tủ sấy

Công suất : 2000 W
Nhiệt độ cài đặt : 20 – 300 ºC
Dung tích sử dụng : 108 lít

8

Cá từ

Nhiều kích thước khác nhau
Hãng sản xuất: Sartorius - Đức

9

Cân phân tích

Khả năng cân tối đa: 210g
Độ phân giải: 0,1mg
Thể tích: 50 lít

10

Bình khí Nitơ

Áp suất làm việc: 200 bar
Áp suất thiết kế: 300 bar

11
12
13

Bình phản ứng
Bình cầu ba cổ đáy
tròn
Bình tam giác cổ nhám

Ống nắp vặn Pyrex có thành dày
(25 mL, 100 mL)
Nhiều kích thước khác nhau

Thể tích: 250 mL


14

Bình cô quay

Thể tích: 100 mL, 250 mL

15

Cột sắc ký thuỷ tinh

Nhiều kích thước khác nhau

16

Phễu chiết quả lê

Thể tích: 100 mL, 125 mL, 250 mL

17

Phễu thuỷ tinh

Nhiều kích thước khác nhau

18

Becher

Thể tích: 100 mL, 250 mL, 500 mL

19

Ống đong thuỷ tinh

Thể tích: 10 mL, 100 mL

20

Ống ly tâm đáy nhọn

Thể tích: 15 mL

21

Ống nghiệm thuỷ tinh

Thể tích: 20 mL

22

Ống sinh hàn

Nhiều kích thước khác nhau

23

Nhiệt kế

Nhiều loại khác nhau

24

Đũa thuỷ tinh

Nhiều kích thước khác nhau
Xuất xứ: Merck – Đức

25

Bản mỏng Silicagel

Thể tích lỗ rỗng: 0,74 – 0,84 mL/g
Kích thước phân bố: 9,5 – 11,5 µm
Kích thước: 20x20 cm

26

Giấy parafilm

Xuất xứ: Mỹ
Kích thước: 4 inches x 250 feet


Kích thước lỗ lọc:
28

Giấy lọc

Đường kính giấy lọc:
Tốc độ chảy: 35 – 70 giây
Nhiệt độ hoạt động: -240°C ~ 260°C

29

Băng keo non teflon

Áp suất: 100 bar
Độ pH: 0 - 14
Kháng: axit, kiềm, dung môi, chất khí

Bảng 3.2: Thiết bị và dụng cụ sử dụng
3.2. Thực nghiệm
3.2.1. Xử lý dung môi DMF
Một lượng lớn nước có trong dung dịch DMF ban đầu được loại bỏ bằng quy
trình như sau:

Hình 3.1: Hệ thống chưng phân đoạn dung môi DMF