TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO KHẢO sát một số PHẢN ỨNG TỔNG hợp CHẤT TRUNG GIAN để điều CHẾ BERBERIN CLORID KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP dược sĩ hà nội 2020

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO

KHẢO SÁT MỘT SỐ PHẢN ỨNG
TỔNG HỢP CHẤT TRUNG GIAN ĐỂ
ĐIỀU CHẾ BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2020


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO
Mã sinh viên: 1501467

KHẢO SÁT MỘT SỐ PHẢN ỨNG
TỔNG HỢP CHẤT TRUNG GIAN
ĐỂ ĐIỀU CHẾ BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. TS. Nguyễn Văn Giang
2. NCS. Nguyễn Minh Ngọc
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược
Trường Đại học Dược Hà Nội

HÀ NỘI - 2020

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn TS. Nguyễn Văn Giang, NCS. Nguyễn Minh
Ngọc những người thầy trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tơi trong q trình làm khóa luận
này.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến TS. Nguyễn Văn Hải - người truyền
cảm hứng, thầy đã cho tôi những lời khuyên, kinh nghiệm quý báu giúp tôi không chỉ
mở mang về kiến thức mà còn trau dồi thêm nhiều kỹ năng cần thiết cho nghề nghiệp
và cuộc sống. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Đình Luyện, TS. Đào
Nguyệt Sương Huyền và các thầy cô trong bộ môn Công nghiệp Dược đã ln giúp đỡ
nhiệt tình, cũng như tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong q trình thực nghiệm.
Và để có ngày hơm nay khơng thể nhắc đến sự giáo dục, dạy dỗ của tất cả các thầy cô
trong Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm năm học tập, các thầy cô luôn là tấm
gương sáng để tôi học tập khơng những trong thời gian học tập mà cịn trong cơng việc
tương lai.
Để hồn thành xong khóa luận này khơng thể khơng nhắc đến sự động viên của
gia đình và bạn bè, đặc biệt là các bạn cùng làm khóa luận trên bộ mơn, cảm ơn các
bạn đã ln giúp đỡ tơi trong những lúc khó khăn. Cảm ơn mọi người rất nhiều.
Mặc dù đã cố gắng hết sức cũng như được tạo mọi điều kiện song do thời gian
nghiên cứu có hạn, kiến thức bản thân cịn nhiều hạn chế nên chắc chắn khóa luận này
cịn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp của các thầy cơ và các bạn.
Những lời góp ý q báu đó là động lực giúp khóa luận này được hồn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2020
Sinh viên

Trần Thị Phương Thảo

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 2
1.1. Khái quát chung về homopiperonylamin hydroclorid. ................................. 2
1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin.......................................... 2
1.3. Vị trí của homopiperonylamin trong tổng hợp berberin ............................... 3
1.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu............................................................... 6
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 8

2.1. Nguyên liệu và thiết bị .................................................................................. 8
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................. 8
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ......................................................................................... 8
2.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 9
2.2.1. Cải tiến giai đoạn phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1)
từ piperonal (9) quy mô 50 g/mẻ.......................................................................... 9
2.2.2. Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm. ............ 10
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 10
2.3.1. Tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm, khảo sát các thông số tối ưu .... 10
2.3.2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết .......................................................... 10
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học ................................................... 11
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................ 12
3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ................ 12
3.2. Tổng hợp homopipernylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) ...................................................................................................... 13
3.2.1. Lựa chọn tác nhân khử nitro ..................................................................... 13
3.2.2. Lựa chọn quy trình thực hiện phản ứng .................................................... 17
3.2.3. Khảo sát các thông số................................................................................ 18

3.2.4. Xây dựng quy trình tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid từ chất 2 với
quy mô 50 g/mẻ ................................................................................................... 21
3.3. Kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm thu được .................................................. 23
3.4. Xác định cấu trúc hóa học ........................................................................... 24
3.4.1. Xác định cấu trúc hợp chất 5-(2-nitroethyl)benzo[d][1,3]dioxol (2c) ...... 24
3.4.2. Xác định cấu trúc homopiperonylamin hydroclorid (1) ........................... 24
3.5. Bàn luận....................................................................................................... 25
3.5.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) .............. 25
3.5.2. Tổng hợp homopipernylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) ...................................................................................................... 26
3.5.3. So sánh với quy trình của tác giả Phạm Trung Kiên ................................ 30
3.5.4. Độ tinh khiết của sản phẩm ....................................................................... 30
3.5.5. Cấu trúc hóa học của các hợp chất ............................................................ 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Ac

Acetyl

Bu

n - Butyl

DCM

Dicloromethan

DMSO

Dimethyl sulfoxid

đvC

đơn vị Cacbon

Et

Ethyl

g

Gam

h

Giờ

m/z

Tỉ số khối lượng và điện tích

Me

Methyl

MS

Khối phổ (Mass Spectrometry)

NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

Rf

Hệ số lưu giữ (Retention factor)

SKLM

Sắc ký lớp mỏng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong khóa luận................................................. 8
Bảng 2.2. Các thiết bị dụng cụ sử dụng trong khóa luận ..................................... 9
Bảng 3.1. Kết quả tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal 13
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tác nhân khử nhóm nitro ........................................ 16
Bảng 3.3. Kết quả so sánh hai quy trình I và II.................................................. 18
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng .................................................. 18
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol chất 2 : sắt ............................................... 19
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng ................................................. 19
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát dung môi ................................................................ 20
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát tỷ lệ alcol : nước..................................................... 20
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá độ lặp quy trình tổng hợp amin 1 bằng Fe/NH4Cl 23

Bảng 3.10. Phân tích cấu trúc hợp chất 2c ......................................................... 24
Bảng 3.11. Phân tích cấu trúc homopiperonylamin hydroclorid (1) ................. 24
Bảng 3.12. So sánh quy trình trong khóa luận với tác giả Phạm Trung Kiên ... 30


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử homopiperonylamin hydroclorid ............................... 2
Hình 1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin.................................. 2
Hình 1.3. Sơ đồ tóm tắt các phương pháp tổng hợp berberin qua (1).................. 4
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal ................................................... 6
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid từ piperonal ............ 9
Hình 3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ........ 12
Hình 3.2. Sơ đồ các bước tổng hợp 2 từ piperonal (9)........................................ 12
Hình 3.3. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ chất 2 ................... 13
Hình 3.4. Sơ đồ các bước tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ hợp
chất 2 ............................................................................................................. 22
Hình 3.5. Cơ chế phản ứng giữa piperonal (9) và nitromethan .......................... 26
Hình 3.6. Cơ chế khử nối đơi bằng NaBH4 ......................................................... 26
Hình 3.7. Cơ chế phản ứng khử nhóm nitro........................................................ 28
Hình 3.8. Phổ khối lượng của sản phẩm trung gian sau khi khử nối đơi ............ 31
Hình 3.9. Phổ khối lượng của sản phẩm thu được. ............................................. 31
Hình 3.10. Phổ 1H-NMR của sản phẩm thu được ............................................... 32
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của sản phẩm thu được .............................................. 33
Hình 3.12. Phổ IR của sản phẩm thu được.......................................................... 33


ĐẶT VẤN ĐỀ

Berberin là hoạt chất được sử dụng từ lâu đời điều trị các bệnh nhiễm khuẩn

đường tiêu hóa, có bản chất là một alkaloid tìm thấy trong thân rễ một số loài thực
vật như hoàng liên gai, vàng đắng, hoàng liên chân gà…[1]. Những năm gần đây
nhiều nghiên cứu cho thấy berberin có nhiều tác dụng dược lý khác như chống
ung thư, hạ lipid máu, hạ đường huyết…[20]. Chính vì thế berberin là một hoạt
chất tiềm năng có thể ứng dụng điều trị nhiều bệnh trong tương lai. Nguồn nguyên
liệu berberin cung cấp cho ngành dược chủ yếu là chiết xuất dược liệu. Tuy nhiên
nguồn dược liệu có hạn khơng thể đảm bảo khai thác lâu dài. Chính vì thế để đảm
bảo cung cấp nguyên liệu berberin cho ngành dược phải có một phương pháp khác
thay thế. Hóa học ngày càng phát triển, việc tổng hợp toàn phần một hợp chất trở
nên phổ biến hơn, đặc biệt trong lĩnh vực hóa dược. Việc tổng hợp hóa học giúp
giảm phụ thuộc vào thiên nhiên, đồng thời giảm gánh nặng khai thác dược liệu,
giúp chủ động nguồn nguyên liệu hóa dược.
Tổng hợp berberin bằng phương pháp hóa học đã và đang được nghiên cứu
trong nhiều năm. Mỗi tác giả đề xuất các quy trình tổng hợp đi từ các nguyên liệu
khác nhau. Trong đó hướng tổng hợp qua hợp chất homopiperonylamin được
nhiều tác giả lựa chọn, chính vì thế đây là một mắt xích quan trọng trong tổng hợp
berberin. Năm 2019, tại Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà
Nội, tác giả Phạm Trung Kiên đã tiến hành nghiên cứu quy trình tổng hợp berberin
clorid từ nguyên liệu piperonal với quy mơ 50 g/mẻ với hiệu suất tồn phần là
45,44% [2]. Trong đó có thực hiện tổng hợp chất homopipernylamin hydroclorid
(1), mặc dù hiệu suất cao nhưng giai đoạn này có sử dụng tác nhân phản ứng đắt
tiền với lượng lớn. Chính vì vậy, đề tài: “Khảo sát một số phản ứng tổng hợp
chất trung gian để điều chế berberin clorid” được thực hiện với mục tiêu cải
tiến được phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ piperonal (9)
ở quy mô 50 g/mẻ.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái quát chung về homopiperonylamin hydroclorid.

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử homopiperonylamin hydroclorid
Danh pháp: 2-(1,3-benzodioxol-5-yl)ethanamin hydroclorid.
Công thức phân tử: C9H12ClNO2.
Khối lượng phân tử: 201,69 đvC.
Nhiệt độ nóng chảy: 213 – 214 oC [23].
Cảm quan: muối hydroclorid của homopiperonylamin là chất rắn màu trắng [2].
1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin

Hình 1.2. Các phương pháp tổng hợp homopiperonylamin
Homopipernylamin (1) có thể được tổng hợp bằng cách khử hóa các hợp chất
khác nhau:
- Từ 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) tiến hành khử hóa sử dụng tác nhân
NaBH4 với xúc tác CuCl2 [9] hoặc NiCl2 [15] đều thu được amin 1.
2


- Từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)ethan-1-imin (3) tiến hành khử hóa với H2, xúc
tác niken thu được amin 1 [11].
- Từ tert-butyl (2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)ethyl)carbamat (4) tác giả Chen
Cheng đem cho phản ứng với axit trifluoroacetic, CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng
trong 17h thu được 1 đạt hiệu suất 94% [5].
- Từ 3-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)propanamid (5) Loại bỏ nhóm carbonyl của
amid này bằng NaClO, C2H5OH, NaOH giữ ở 0 - 80oC trong 24h thu được
homopiperonylamin với hiệu suất 93,2% [4].
- Từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acetonitril (6): W. Liu và cộng sự đã khử hóa
6 với tác nhân amoniac, H2/Ni trong dung môi methanol thu được amin 1, hiệu
suất phản ứng đạt 90% [5].

1.3. Vị trí của homopiperonylamin trong tổng hợp berberin
Trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu sản xuất berberin bằng phương
pháp tổng hợp hóa học. Dựa vào cấu trúc của phân tử và các nghiên cứu tổng hợp
berberin đã cơng bố trước đó có thể nhận thấy rằng các phần lớn các tác giả đều
tiến hành ngưng tụ các hợp chất mang khung cấu trúc 1,3-benzodioxol và 1,2dimethoxybenzen sau đó đóng vịng để tạo ra nhân isoquinolin (nguồn nitơ gắn
trực tiếp vào một trong hai khung cấu trúc trên) và tiếp tục các phản ứng khác để
tạo ra cấu trúc phân tử của berberin. Một trong những hợp chất mang khung 1,3benzodioxol được nhiều tác giả lựa chọn cho chuỗi tổng hợp là
homopiperonylamin (1) (nhóm chức amin cung cấp dị tố nitơ cho nhân
isoquinolin).
Trong số các nghiên cứu được cơng bố, có 7 nghiên cứu thơng qua hợp chất
số 1. Như đã trình bày ở trên thì các nghiên cứu này lựa chọn hợp chất số 1 là
mảnh mang cấu trúc 1,3-benzodioxol, điểm khác nhau cơ bản giữa các phương
pháp là hướng nghiên cứu. Có hai hướng nghiên cứu trong nhóm phương pháp
này: hướng thứ nhất là các tác giả sẽ tập trung để tổng hợp được hợp chất số 1,
hướng thứ hai là lựa chọn các hợp chất khác nhau mang khung cấu trúc 1,2dimethoxybenzen để ngưng tụ với hợp chất số 1. Sơ đồ dưới đây tóm tắt các
nghiên cứu trong nhóm này (Hình 1.3).
3


3 bước

8

7

2 bước

10

4 bước

4 bước

12

11

5
13

6

3

4

1

15

14

21

16

20

17

19

18
7 bước

3 bước

22

Hình 1.3. Sơ đồ tóm tắt các phương pháp tổng hợp berberin qua (1)
Hướng tổng hợp amin số 1 được nhiều nhà nghiên cứu Trung Quốc quan
tâm. Năm 1980, nhà máy dược phẩm Đông Bắc, Trung Quốc đã đi từ nguyên liệu
ban đầu là phenol (7), trải qua 12 bước phản ứng (đi qua các bước phản ứng tạo
4


các hợp chất 8, 11, 10, 9) để tạo thành imin 3, sau đó khử hóa thu được amin 1,
tuy nhiên quy trình tổng hợp dài, trải qua nhiều giai đoạn, chi phí sản xuất lớn, sử
dụng nhiều tác nhân gây ô nhiễm môi trường như benzen, dimethyl sulfoxid nên
năm 1994, phương pháp này đã bị ngừng lại [11].
Tiếp đó hai nhóm nghiên cứu S. Chen, W. Lin (1981) và C.Chen, Z. Luo,
H. Yang (2016) cùng xuất phát từ catechol (8) sau đó phản ứng với dicloromethan
trong mơi trường kiềm thu được chất 1,3-benzodioxol (11), tiếp theo 11 được
alkyl hóa với 1,3,5-trioxan, HCl, PCl3 ở nhiệt độ 70 – 90 oC thu được 10. Nhưng
từ 10 S. Chen, W. Lin (1981) đã tổng hợp hợp chất nitrile 6, amin 1 được tạo ra
bằng cách khử hóa hợp chất 6 với NH3, H2/Ni (4 bước phản ứng thu được 1 từ
catechol (8)) [11], trong khi đó C.Chen, Z. Luo, H. Yang (2016) tiếp tục trải qua
4 phản ứng tạo hợp chất 5, sau đó khử hóa thu được amin 1 (7 bước tạo amin 1 từ
8) [4].
Năm 2017, C. Chen, M. Xu, Q. Zhao từ 1,3 benzodioxol (11) phản ứng với

acetonitril, LiBr, CH3CN ở 32 oC, trong 8 giờ, thu được dẫn chất brom 12 hiệu
suất đạt 77%, chất 12 phản ứng với 13 tạo 15, chất 4 phản ứng với axit
trifluoroacetic, CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng trong 17 giờ thu được 1 với hiệu suất đạt
94% [5].
Sau khi tổng hợp thành công amin 1 các tác giả đều tiến hành ngưng tụ với
2,3-dimethoxybenzaldehyd (15), sau đó khử hóa imin thu được 20, hợp chất 20
phản ứng với glyoxal thu được berberin. Hai tác giả Xiaolin Bian (2006) và Peng
Yang (2008) lại sử dụng luôn amin 1 làm nguyên liệu đầu vào và tạo berberin
tương tự như các tác giả trên [3], [21].
Theo hướng tổng hợp các hợp chất khung 1,2-dimethoxybenzen để thực
hiện phản ứng ngưng tụ với 1 cũng có một vài nghiên cứu. Năm 1911, Amé Pictet
và Alfons Gams đã tổng hợp chất 14 từ acid 2-(3,4-dimethoxyphenyl)acetic bằng
phospho pentaclorua [23]. T. Kametani, I. Noguchi, K.Saito, S. Kaneda (1969) lại
lựa chọn hợp chất 16 ngưng tụ với 1 [10], Z. X. Chen (2007) tổng hợp 17 từ 2,3dimethoxylphenylmethanol qua 4 bước, hiệu suất tổng hợp berberin lên đến 67%
[11].
5


Như vậy có thể thấy rằng homopiperonylamin là một mắt xích quan trọng
trong tổng hợp berberin.
1.4.

Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Phần lớn nguyên liệu berberin được sản xuất bằng phương pháp chiết xuất

dược liệu. Phương pháp này có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện. Tuy nhiên nguồn
dược liệu có hạn, không đảm bảo được sản xuất berberin lâu dài. Giải pháp thay
thế hiệu quả là sử dụng berberin tổng hợp hóa học. Như bên trên đã trình bày, có
nhiều tác giả đưa ra nhiều quy trình tổng hợp berberin từ các nguyên liệu ban đầu
khác nhau. Mỗi quy trình đều có ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên để đưa được

vào sản xuất quy mô lớn cần nhiều yếu tố, khơng chỉ về vấn đề hiệu suất mà cịn
là bài tốn về chi phí sản xuất, vấn đề mơi trường, sức khỏe và an tồn lao động.
Một quy trình lý tưởng đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp cần: Quy trình đơn
giản, chi phí sản xuất thấp, hiệu suất cao, không gây ô nhiễm môi trường, không
gây hại sức khỏe con người, ít tiềm ẩn rủi ro lao động.
Năm 2019, tại Bộ môn Công nghiệp Dược, tác giả Phạm Trung Kiên đã
tiến hành tổng hợp thành công berberin clorid với quy mô 50 g/mẻ từ nguyên liệu
ban đầu là piperonal (9) theo sơ đồ sau [2]:

1

2

20

22

Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal
6


Trong khóa luận này nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu cải tiến dựa trên
quy trình trên. Như đã trình bày mắt xích 1 đóng vai trị quan trọng trong quy trình
tổng hợp berberin clorid. Trong quy trình trên amin 1 được tạo ra bằng cách khử
hóa hợp chất 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) với tác nhân khử là NaBH4. Ưu
điểm của tác nhân này là hiệu suất cao có thể khử cả nối đơi và nhóm nitro của
hợp chất 2. Tuy nhiên tác nhân này có nhược điểm là đắt tiền, dễ hút ẩm nên khó
bảo quản, thao tác, hơn nữa trong quy trình trên sử dụng lượng lớn NaBH4 (tỷ lệ
mol gấp 8,5 lần so với chất 2) nên khi nâng cấp quy mơ lớn khó kiểm sốt do sinh
hydro mạnh. Chính vì thế trong khóa luận này nhóm nghiên sẽ tập trung cải tiến

phản ứng này cùng với đó là tiến hành tổng hợp hợp chất 2 từ piperonal.
Phản ứng khử tạo hợp chất amin 1 gồm hai bước khử: khử nối đơi và khử
nhóm nitro. Trong khóa luận này nhóm nghiên cứu sẽ vẫn dùng NaBH4 cho giai
đoạn khử nối đôi, giai đoạn khử nitro sẽ lựa chọn tác nhân khác thay thế nhằm
giảm lượng NaBH4 sử dụng. Sản phẩm amin sau khi khử sẽ được chuyển sang
dạng muối hydroclorid. Nhóm tác nhân khử được lựa chọn là kim loại/acid. Lý
do lựa chọn nhóm tác nhân này:
- Giá thành rẻ
- Một số nghiên cứu cho thấy một số kim loại (Fe, Zn, Al…) có thể khử nitro
với hiệu suất tốt. Dựa vào các nghiên cứu cơng bố trước đó và điều kiện phịng
thí nghiệm nhóm nghiên cứu đã lựa chọn các tác nhân khử sau: Al/NH4Cl [14],
Fe/CH3COOH [12], Fe/NH4Cl [17], Zn/CH3COOH, Zn/NH4Cl [18].

7


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu và thiết bị
2.1.1. Nguyên liệu
Một số dung mơi, hóa chất sử dụng để thực hiện khóa luận được trình bày
trong bảng dưới đây (bảng 2.1):
Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong khóa luận
STT

Hóa chất

Tiêu chuẩn

Xuất xứ

1

Aceton

AR

Trung Quốc

2

Acid acetic

AR

Trung Quốc

3

Acid hydrocloric đặc (~ 36,5%)

DĐVN V

Trung Quốc

4

Amoni clorid

AR

Trung Quốc

5

Bột kẽm

AR

Trung Quốc

6

Bột nhôm

AR

Trung Quốc

7

Bột sắt

AR

Việt Nam

8

Dicloromethan

AR

Trung Quốc

9

Ethanol tuyệt đối

AR

Việt Nam

10

Ethylacetat

AR

Trung Quốc

11

Isopropanol

AR

Trung Quốc

12

Khí nitơ

AR

Việt Nam

13

Methanol

AR

Trung Quốc

14

n- BuOH

AR

Trung Quốc

15

Natri borohydrid

AR

Trung Quốc

16

Natri clorid

AR

Việt Nam

17

Natri hydroxyd

AR

Trung Quốc

18

Natri sulfat khan

AR

Trung Quốc

19

Ninhydrin

AR

Trung Quốc

2.1.2. Thiết bị, dụng cụ
Các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong khóa luận được trình bày ở bảng 2.2

8


Bảng 2.2. Các thiết bị dụng cụ sử dụng trong khóa luận
STT

2.2.

Thiết bị, dụng cụ

Xuất xứ

1

Bản mỏng silica gel 60 F254

Đức

2

Bình sắc ký

Trung Quốc

3

Bộ lọc hút chân khơng

Trung Quốc

4

Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S, độ chính xác 0,01 g

Thụy Sỹ

5

Đèn cồn

Trung Quốc

6

Đèn soi UV sắc ký CN6

Đức

7

Dụng cụ thủy tinh thông thường

Đức

8

Giấy lọc

Việt Nam

9

Máy cất quay chân không Buchi R210

Thụy Sỹ

10

Máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt

Mỹ

11

Máy đo phổ Bruker AV 500

Thụy Sỹ

12

Máy đo phổ LC-MS/MS-Xevo

Mỹ

13

Máy khuấy cơ IKA Werke

Đức

14

Máy khuấy từ gia nhiệt IKA

Đức

15

Nhiệt kế thủy ngân

Trung Quốc

16

Phễu lọc

Đức

17

Tủ hút Unilab Model TH 1300

Trung quốc

18

Tủ lạnh

Hàn Quốc

19

Tủ sấy Memmert

Đức

Nội dung nghiên cứu

2.2.1. Cải tiến giai đoạn phản ứng tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid
(1) từ piperonal (9) quy mơ 50 g/mẻ.

2

1

Hình
hydroclorid
(1) từ từ
piperonal
(9)
Hình2.1.
2.1.Tổng
Sơ đồhợp
tổnghomopiperonylamin

hợp homopiperonylamin
hydroclorid
piperonal
9


- Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9) ở quy mô 50
g/mẻ
- Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2) với các nội dung sau:
+ Lựa chọn được tác nhân khử nitro phù hợp: Tiến hành khảo sát và lựa chọn
các tác nhân khử nhóm nitro là các kim loại/acid bao gồm: Fe/NH4Cl,
Fe/CH3COOH, Zn/NH4Cl, Zn/CH3COOH, Al/NH4Cl.
+ Lựa chọn quy trình thực hiện thuận tiện, đơn giản: Tiến hành khảo sát hai
quy trình bao gồm: quy trình I gồm 2 phản ứng: khử nối đơi bằng NaBH4
sau đó xử lý phản ứng rồi thực hiện khử nhóm nitro và quy trình II one-pot.
+ Khảo sát điều kiện phản ứng, lựa chọn điều kiện tối ưu: Các thông số khảo
sát bao gồm: nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ tác nhân khử nitro sử dụng, thời gian
phản ứng và dung môi phản ứng.
+ Xây dựng quy trình và tiến hành phản ứng với quy mô 50 g/mẻ.
2.2.2. Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm.
Sản phẩm tổng hợp được kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc hóa
học bằng các phương pháp thích hợp.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm, khảo sát các thông số tối ưu
Sử dụng các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ để tổng hợp. Theo dõi
phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng.
Sử dụng các phương pháp cất loại dung môi, lọc, chiết lỏng-lỏng, kết tinh lại…
để tinh chế sản phẩm.
2.3.2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết
Sản phẩm được kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng

và đo nhiệt độ nóng chảy.
Sắc ký lớp mỏng
+

Pha tĩnh: Bản mỏng silica gel 60 F254 (Merck).

+

Pha động: Hệ dung môi khai triển sử dụng
CH2Cl2 : CH3OH = 9,0 : 1,0.
10


n– BuOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5.
Quan sát sắc ký đồ dưới ánh sáng tử ngoại ở bước sóng 254 nm, 366 nm hoặc hiện
màu bằng dung dịch ninhydrin 0,1% trong ethanol hoặc dùng hơi iod.
Đo nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy đo bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy
EZ-Melt (Mỹ).
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học
Sản phẩm tổng hợp được xác định cấu trúc thông qua các dữ liệu phổ khối
lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13CNMR).
Phổ hồng ngoại (IR): Được đo tại Bộ mơn Hóa học vơ cơ, khoa Hóa học,
Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, trên máy Shimadzu với
kỹ thuật viên nén KBr trong vùng 4000 - 400 cm-1.
Phổ khối lượng: Đo trên máy LC-MS/MS-Xevo, tại phịng Phân tích khối
phổ, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội,
chế độ đo ESI.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Đo trên máy Bruker AV 500, tần số 500
MHz (đối với 1H-NMR), 125 MHz (đối với 13C-NMR) tại khoa Hóa học, trường
Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, dung môi DMSO- d6.

11


CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1.Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9)

2

Hình 3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9)
Quy trình tổng hợp 2 từ piperonal được trình bày dưới đây:
PIPERONAL
Hịa tan

Ethanol

DUNG DỊCH
Khuấy đều
to 0-5 oC

Nitromethan

DUNG DỊCH HCl 4%
Nhỏ từ từ

Khuấy đều

HỖN HỢP PHẢN ỨNG
(tủa vàng)

Lọc
DỊCH LỌC

DUNG DỊCH
Dung dịch Nhỏ từ từ
NaOH 10M

Khuấy đều
trong 40 phút
to 0 - 5 oC

HỖN HỢP PHẢN ỨNG
(tủa trắng)

TỦA THƠ
Ethanol:
Aceton
(2:1)

Hịa tan
Kết tinh lại
Lọc
TINH THỂ

Nước cất lạnh

Pha lỗng
Khuấy đều

DỊCH LỌC

DUNG DỊCH

Hình 3.2. Sơ đồ các bước tổng hợp 2 từ piperonal (9)
Mô tả quy trình:
Hịa tan hồn tồn 50,0 g (0,33 mol) piperonal trong 330,0 ml ethanol trong
bình cầu 500,0 ml, sau đó thêm 22,5 ml (0,4 mol) nitromethan vào bình trên khuấy
đều. Làm lạnh hỗn hợp về 0 - 5 oC bằng nước đá muối và thêm từ từ cho đến hết
60,0 ml dung dịch NaOH 10M trong 40 phút. Sau khi quá trình thêm NaOH kết
thúc, khối phản ứng được khuấy thêm 30 phút nữa, pha loãng với 50,0 ml nước
12


lạnh và rót vào bình cầu chứa sẵn 460,0 ml dung dịch HCl 4%, kết hợp khuấy
mạnh thấy xuất hiện tủa vàng. Lọc thu tủa, kết tinh lại trong hỗn hợp dung môi
ethanol : aceton tỉ lệ 2:1, sấy khô thu được sản phẩm 2 là tinh thể màu vàng, hình
kim.
Kết quả:
Cảm quan: sản phẩm thu được là chất rắn màu vàng, tinh thể hình kim.
Sắc ký lớp mỏng: Rf = 0,8 (CH2Cl2 : methanol = 9,0 : 1,0).
Nhiệt độ nóng chảy: tài liệu 153 - 154 oC [19]
Bảng 3.1. Kết quả tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal

1

50,00

22,5

Dd

NaOH
10M
(ml)
60,0

2

50,00

22,5

60,0

55,37

86,1

158,5 – 160,0

3

50,00

22,5

60,0

55,71

86,6

157,9 – 160,1

TB

50,00

22,5

60,0

55,23

85,9

Piperonal CH3NO2
STT
(g)
(ml)



KL chất
2
(g)

Hiệu
suất
(%)

tonc (oC)

54,62

84,9

158,1 – 160,0

Tổng hợp thành công 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (2) từ piperonal (9)

với hiệu suất 85,9% quy mô 50 g/mẻ.
3.2.Tổng hợp homopipernylamin hydroclorid (1) từ 3,4-methylendioxy-βnitrostyren (2)

2

1

2c

Hình 3.3. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (1) từ chất 2
3.2.1. Lựa chọn tác nhân khử nitro
Phản ứng khử hóa từ hợp chất 2 ra hợp chất 1 chia làm 2 giai đoạn: Khử
nối đơi và khử nhóm nitro. Giai đoạn khử nối đơi trong khóa luận này sử dụng tác
nhân NaBH4 và khử bằng kim loại cho giai đoạn khử nhóm nitro. Các hệ khử

13


được khảo sát bao gồm: Fe/NH4Cl, Fe/CH3COOH, Zn/NH4Cl, Zn/CH3COOH và
Al/NH4Cl.

Quy trình phản ứng (I): gồm 2 bước: khử nối đơi và khử nhóm nitro.
Khử nối đơi:
Sục khí nitơ vào 50,0 ml MeOH, sau đó thêm 3,00 g chất 2 (15,5 mmol)
khuấy đều tạo thành hỗn dịch, thêm từ từ 1,47 g NaBH4 (38,9 mmol) vào hỗn dịch
trên khuấy đều trong 30 phút ở nhiệt độ 0 - 5 oC thu được dung dịch đồng nhất.
Điều chỉnh pH của hỗn hợp trên về pH = 6 - 7 bằng dung dịch HCl đặc. Chiết dịch
phản ứng với EtOAc (3 x 15,0 ml), lấy pha hữu cơ, rửa pha hữu cơ lần lượt với
nước muối bão hòa và nước. Làm khan bằng Na2SO4 khan. Cất loại dung mơi thu
được cắn (A).
Khử nhóm nitro:
- Fe/NH4Cl
Hòa tan cắn A thu được trong 50,0 ml MeOH (B), cân 3,32 g NH4Cl (62,2
mmol), hòa tan trong khoảng 5,0 ml nước cất, cho dung dịch amoniclorid trên vào
dung dịch B. Nâng nhiệt độ hỗn hợp trên khoảng 50 - 60 oC, sau đó thêm 4,35 g
bột sắt (77,7 mmol), khuấy trộn phù hợp duy trì nhiệt độ 50 - 60 oC. Thực hiện
phản ứng trong 4 giờ.
+ Xử lý phản ứng:
Sau khi kết thúc phản ứng, lọc lấy dịch, bã sắt được rửa với nước và MeOH,
lọc gộp lấy dịch lọc. Dịch lọc được kiềm hóa bằng NaOH 10% đến pH = 9 - 10.
Sau khi kiềm hóa chiết dịch với DCM (3 x 50,0 ml), lấy pha hữu cơ. Pha hữu cơ
được rửa với dung dịch NaCl bão hịa, sau đó rửa lại với nước cất và thêm Na2SO4
làm khan. Cất loại dung môi cắn thu được thêm 20,0 ml aceton, điều chỉnh pH =
1 - 2 bằng dung dịch HCl đặc, xuất hiện tủa trắng, làm lạnh để qua đêm, sau đó
lọc lấy tủa, sấy thu được muối hydroclorid của amin 1.
- Fe/CH3COOH
Cắn A thu được thêm 50,0 ml acid acetic, thêm 4,35 gam bột sắt (77,7
mmol), khuấy trộn phù hợp, đun hồi lưu trong vòng 4 giờ.
+ Xử lý phản ứng:
14

Sau khi phản ứng, lọc lấy dịch, rửa bã với nước, dịch lọc được gộp lại điều
chỉnh pH = 9 - 10 bằng dung dịch NaOH 10%, sau khi chỉnh pH dịch xuất hiện
tủa, lọc loại tủa lấy dịch. Dịch đước chiết với DCM (3 x 50,0 ml), sau đó rửa với
nước muối bão hịa sau đó rửa lại với nước. Làm khan bằng Na2SO4, cất loại dung
môi. Cắn thu được cho thêm 20 ml aceton, điều chỉnh pH = 1 - 2 bằng dung dịch
HCl đặc, làm lạnh qua đêm, lọc thu lấy tủa.
- Zn/NH4Cl
Cắn A thu được thêm 50,0 ml MeOH, hòa tan 3,32 g NH4Cl (62,2 mmol)
trong 10 ml nước cất rồi thêm vào hỗn hợp trên, cho thêm 5,05 g bột kẽm (77,7
mmol), khuấy trộn phù hợp. Nâng nhiệt độ khối phản ứng lên 50 - 60 oC, phản
ứng tiến hành trong 4 giờ.
+ Xử lý phản ứng:
Khối phản ứng sau khi phản ứng xong để về nhiệt độ phịng, sau đó lọc lấy
dịch, bã kẽm được rửa bằng nước, gộp dịch. Dùng dung dịch NaOH 10% chỉnh
pH = 9 - 10, xuất hiện tủa, lọc loại tủa, dịch sau đó được chiết với DCM (3 x 50,0
ml), lấy pha hữu cơ, rửa lần lượt với nước muối bão hòa và nước cất. Làm khan
bằng Na2SO4. Cất loại dung mơi cắn thu được hịa tan trong 20,0 ml aceton, sau
đó chỉnh pH = 1 - 2 bằng dung dịch HCl đặc, làm lạnh thu đươc tủa trắng, lọc lấy
tủa.
- Zn/CH3COOH
Cắn A thu được thêm 50,0 ml acid acetic và 5,05 g bột kẽm (77,7 mmol),
đun hồi lưu trong vòng 4 giờ.
+ Xử lý phản ứng:
Phản ứng được đề nguội xuống nhiệt độ phòng và thực hiện tương tự như
quy trình xử lý phản ứng khử với Zn/NH4Cl.
- Al/NH4Cl
Cắn A thu được thêm 50,0 ml MeOH, hòa tan 3,32 g NH4Cl (62,2 mmol)
trong 5,0 ml nước cất rồi thêm vào hỗn hợp trên, cho thêm 2,10 g bột kẽm (77,7
mmol), khuấy trộn phù hợp. Nâng nhiệt độ khối phản ứng lên 50 – 60 oC, phản

ứng tiến hành trong 4 giờ.
15


+ Xử lý phản ứng:
Khối phản ứng sau khi phản ứng xong để về nhiệt độ phịng, sau đó lọc lấy
dịch, bã kẽm được rửa bằng nước, gộp dịch. Dùng dung dịch NaOH 10% chỉnh
pH = 9 - 10, xuất hiện tủa, lọc loại tủa, dịch sau đó được chiết với DCM (3 x 50,0
ml), lấy pha hữu cơ, rửa lần lượt với nước muối bão hòa và nước cất. Làm khan
bằng Na2SO4 khan. Cất loại dung môi, cắn thu được hịa tan trong 20,0 ml aceton,
sau đó chỉnh pH = 1-2 bằng dung dịch HCl đặc, làm lạnh thu được tủa trắng, lọc
lấy tủa.
Kết quả
- Cảm quan: Sản phẩm là chất rắn màu trắng.
- Hệ số lưu Rf = 0,6 (hệ n–BuOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5).
- Khối lượng, hiệu suất, nhiệt độ nóng chảy, được ghi dưới bảng sau.
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tác nhân khử nhóm nitro
ST
T

1

2

Tác nhân
khử

Fe/NH4Cl

Fe/

CH3COOH

KL
Hs o o
amin
t nc ( C)
(%)
1 (g)

2,42

2,21

77,2

70,5

Ưu điểm

Nhược điểm

Hiệu suất tốt;

Lượng sắt sử

212,5 -

Giá thành rẻ;

dụng nhiều;

213,9

Dễ xử lý sau

Thời gian

phản ứng.

phản ứng dài

Hiệu suất tốt;

Khó tinh chế;

212,1 -

Sản phẩm sạch;

Lượng sắt sử

214,7

Sử dụng bột sắt

dụng nhiều.

rẻ.
Zn/NH4Cl/
3

MeOHH2O

2,36

75,3

213,2 214,7

Hiệu suất tốt;

Khó chiết

Sản phẩm sạch.

tách.
Lượng kẽm
sử dụng nhiều

16


4

5

Zn/
CH3COOH

Al/NH4Cl

2,31

2,27

73,7

72,4

212,6 214,5

213,6 214,7

Hiệu suất tốt;

Khó chiết

Sản phẩm sạch.

tách, sử dụng
nhiều kẽm

Hiệu suất tốt;

Khó chiết

Sản phẩm sạch.

tách,sử dụng
nhiều nhơm.

Nhận xét: Dựa vào kết quả trên cho thấy tác nhân khử Fe/NH4Cl cho hiệu
suất tốt, xử lý sau phản ứng dễ dàng, hơn nữa giá thành rẻ nên hệ khử Fe/NH4Cl
được lựa chọn để tổng hợp amin 1 và tiến hành khảo sát tối ưu hiệu suất phản ứng.
3.2.2. Lựa chọn quy trình thực hiện phản ứng
Do hai giai đoạn đều là phản ứng khử nên nhóm nghiên cứu đề xuất tiến
hành one-pot cho 2 giai đoạn bỏ qua bước xử lý phản ứng sau khi đã khử nối đôi.
Dưới đây là quy trình one-pot và kết quả so sánh giữa hai quy trình.
Quy trình one-pot (II): Sục khí nitơ vào 50,0 ml MeOH, sau đó thêm 3,00
g chất 2 được khuấy trộn tạo thành hỗn dịch, thêm từ từ 1,47 g NaBH4 (38,9
mmol) vào hỗn dịch trên khuấy đều trong 30 phút ở nhiệt độ 0 - 5 oC thu được
dung dịch đồng nhất. Điều chỉnh pH của hỗn hợp trên về pH = 6 - 7 bằng HCl,
khuấy trộn trong 15 phút. Cân 3,33 g NH4Cl (62,2 mmol), hòa tan trong khoảng
5,0 ml nước cất. Cho dung dịch amoniclorid trên vào dung dịch phản ứng trước
đó. Nâng nhiệt độ hỗn hợp trên khoảng 50-60 oC, sau đó thêm 4,35 g bột sắt (77,7
mmol), duy trì nhiệt độ 50 – 60 oC. Thực hiện phản ứng trong 4 giờ.
Xử lý phản ứng: Sau khi kết thúc phản ứng, lọc lấy dịch, bã sắt được rửa
bằng nước, lọc gộp lấy dịch lọc. Dịch lọc được kiềm hóa bằng NaOH 10% đến
pH = 9 - 10. Sau khi kiềm hóa chiết với DCM (3 x 50,0 ml), lấy pha hữu cơ. Pha
hữu cơ được rửa với dung dịch NaCl bão hịa, sau đó rửa lại với nước cất và làm
khan với Na2SO4. Cất loại dung môi cắn thu được thêm 20,0 ml aceton, chỉnh về
pH khoảng 1 - 2 bằng HCl, xuất hiện tủa trắng, làm lạnh, lọc thu lấy tủa.
Kết quả:
Cảm quan: Sản phẩm là chất rắn màu trắng
17