Nghiên cứu tổng hợp 1 (2 (n morpholino)ethyl) 2 methylindole trong dung môi xanh là chất lỏng ion họ imidazolium

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----

TRẦN ĐỨC MỸ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
1-(2-(N-MORPHOLINO)ETHYL)-2METHYLINDOLE TRONG DUNG MÔI XANH
LÀ CHẤT LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỐ HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 01/2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. PHAN THANH SƠN NAM
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS. TSKH NGUYỄN CÔNG HÀO
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. PHẠM THÀNH QUÂN
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 26 tháng 01 năm 2010

Danh sách hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ gồm:
GS. TSKH NGUYỄN CÔNG HÀO – Chủ tịch
TS. PHẠM THÀNH QUÂN - Ủy viên
PGS. TS. PHAN THANH SƠN NAM – Ủy viên
TS. TỐNG THANH DANH - Ủy viên
TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN – Thư ký


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---------Tp.HCM, ngày…26…tháng …01…năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN:
Ngày sinh:
Chun ngành:
Khố:

TRẦN ĐỨC MỸ
04-04-1981
Cơng nghệ Hoá học
2007

Phái: Nam
Nơi sinh: Quãng Ngãi

1. TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu tổng hợp 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole

trong dung môi xanh là chất lỏng ion họ imidazolium”.
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

-

Tổng hợp và xác định cấu trúc của các chất lỏng ion 1-butyl, 1-hexyl, 1-octyl -3metylimidazolium bromide và hexafluorophosphate bằng MS và NMR.

-

Sử dụng các chất lỏng ion ở trên làm dung môi xanh cho phản ứng tổng hợp 1-(2(N-morpholino)ethyl-2-methylindole) giữa 2-methylindole và 1-(N-morpholino)-2chloroethane hydrochloride

-

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như: thời gian, tỉ lệ tác chất, tỉ lệ base, loại
base, nhiệt độ, tỉ lệ dung môi, loại dung môi,… đến hiệu suất của phản ứng.

-

Xác định cấu trúc sản phẩm bằng phương pháp phân tích GC/MS và NMR.

-

Thu hồi và tái sử dụng dung môi chất lỏng ion cho phản ứng, tinh chế sản phẩm.

3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

15/02/2009

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

15/12/2009

5. Cán bộ hướng dẫn:
PGS. TS. Phan Thanh Sơn Nam
Nội dung và yêu cầu Luận Văn Thạc Sĩ đã được thông qua Bộ Môn.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. PHAN THANH SƠN NAM

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn thầy Phan Thanh Sơn Nam, người thầy đã tận
tình hướng dẫn chỉ bảo tôi trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Thầy đã truyền lại cho

tôi nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu và phương pháp làm việc rất khoa học.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong bộ mơn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, các anh chị em phụ
trách phịng thí nghiệm Kỹ thuật hố Hữu cơ đã tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất để
tơi có thể thực hiện thí nghiệm luận văn với điều kiện tốt nhất.
Tôi cũng xin cám ơn các thầy cơ Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh,
các thầy cơ ở Viện Cơng Nghệ Hố Học, Trung Tâm Phát triển sắc ký, Sở Khoa học và
Công nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong những năm học
vừa qua, những kiến thức này là công cụ giúp tôi rất nhiều trong cuộc sống.
Để hồn thành được chương trình học này, ngồi những nổ lực của bản thân, tôi
cũng đã nhận được rất nhiều sự ủng hộ, động viên của gia đình và bạn bè. Vì vậy, tơi xin
gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bè, những người ln ở bên cạnh và giúp đỡ tôi rất
nhiều trong thời gian qua.
Một lần nữa, tôi xin cám ơn tất cả các thầy cô, anh chị và bạn bè trong Trường Đại
Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, nơi tơi đã học tập được nhiều kiến thức và kinh
nghiệm quý báu.

TP. HCM, ngày 26 tháng 01 năm 2010

TRẦN ĐỨC MỸ


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: Trần Đức Mỹ
Ngày, tháng, năm sinh: 04-04-1981
Nơi sinh: Quãng Ngãi
Địa chỉ liên lạc: Tổ 5, Ấp 4, Xã Phước Bình, Huyện Long Thành, Tỉnh Đồng Nai

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
(Bắt đầu từ Đại học đến nay)

-

Năm 2002 – 2006: Học đại học tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
Chun ngành: Cơng Nghệ Vô Cơ

-

Năm 2007 đến nay : Học Cao học tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí
Minh
Chun ngành: Cơng Nghệ Hố Học

Q TRÌNH CƠNG TÁC
(Bắt đầu từ khi đi làm đến nay)

-

Năm 2007 đến nay: Làm Việc tại Công ty Tân Đạt Dương, Quận 12, TP. Hồ Chí
Minh


MỤC LỤC

MỤC LỤC

MỤC LỤC ...................................................................................................................... I
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU .....................................................................................V
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................................ VII
MỤC LỤC CÁC ĐỒ THỊ .............................................................................................X
DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ XI

TÓM TẮT LUẬN VĂN............................................................................................XIII
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................XV
INTRODUCTION .................................................................................................... XVI
PHẦN 1: TỔNG QUAN.................................................................................................1
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LỎNG ION.....................................................1
1.2 CẤU TẠO CỦA CHẤT LỎNG ION.....................................................................3
1.3 TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION............................................................................4
1.3.1 Tổng hợp các chất lỏng ion họ imidazolium ...................................................5
1.3.2 Tổng hợp chất lỏng ion có hoạt tính quang học ..............................................7
1.3.3 Tổng hợp chất lỏng ion cố định trên chất mang rắn ......................................10
1.4 CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG ION.......................12
1.4.1 Nhiệt độ nóng chảy ........................................................................................12
1.4.2 Độ nhớt ..........................................................................................................14
1.4.3 Tỷ trọng..........................................................................................................16
1.4.4 Độ tan.............................................................................................................17

I


MỤC LỤC
1.4.5 Sức căng bề mặt .............................................................................................19
1.4.6 Độ phân cực ...................................................................................................19
1.4.7 Độ dẫn............................................................................................................20
1.5 ỨNG DỤNG ........................................................................................................21
1.5.1 Ứng dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng tổng hợp hữu cơ ........22
1.5.2 Ứng dụng chất lỏng ion làm chất xúc tác cho phản ứng ...............................31
1.2 GIỚI THIỆU 1-(2-(N-MORPHOLINO)ETHYL)-2-METHYLINDOLE ...........33
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM ..........................................................................................35
2.1 ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION [7, 13, 47-50] ............................................................35
2.1.1 Dụng cụ và hố chất thí nghiệm ....................................................................35

2.1.2 Điều chế chất lỏng ion [BMIM][Br] và [BMIM][PF6]..................................38
2.1.3 Điều chế chất lỏng ion [HMIM][Br] và [HMIM][PF6] .................................43
2.1.4 Điều chế chất lỏng ion [OMIM][Br] và [OMIM][PF6] .................................48
2.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CHẤT LỎNG ION [51-53] ...............52
2.3 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG ALKYL HĨA GIỮA 2-METHYLINDOLE VÀ 1-(NMORPHOLINO)-2-CHLOROETHANE TRONG DUNG MƠI XANH LÀ CHẤT
LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM................................................................................54
2.3.1 Phản ứng giữa 2-methylindole và 1-(N-morpholino)-2-chloroethane...........54
2.3.2 Dụng cụ thí nghiệm........................................................................................54
2.3.3 Tính chất vật lý của tác chất và sản phẩm .....................................................55
2.3.4 Quy trình tổng hợp 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole trong IL .....60
2.3.5 Tinh chế sản phẩm sau phản ứng...................................................................62
2.4 XÁC ĐỊNH ĐỘ TINH KHIẾT VÀ KIỂM CHỨNG SẢN PHẨM .....................65
2.4.1 Xác định độ tinh khiết của sản phẩm bằng GC .............................................65

II


MỤC LỤC
2.4.2 Các phương pháp kiểm chứng sản phẩm.......................................................67
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................69
3.1 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN GIAI ĐOẠN ĐIỀU CHẾ IL..................................69
3.1.1 Kết quả điều chế [BMIM][Br] và [BMIM][PF6]...........................................69
3.1.2 Kết quả điều chế [HMIM][Br] và [HMIM][PF6] ..........................................72
3.1.3 Kết quả điều chế [OMIM][Br] và [OMIM][PF6] ..........................................76
3.2 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN KHẢO SÁT PHẢN ỨNG ALKYL HÓA GIỮA 2METHYLINDOLE VÀ 1-(N-MORPHOLINO)-2-CHLOROETHANE TRONG
DUNG MÔI XANH LÀ CHẤT LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM ...........................81
3.2.1 Khảo sát hiệu suất phản ứng theo thời gian phản ứng...................................81
3.2.2 Khảo sát hiệu suất phản ứng theo tỉ lệ mol tác chất tham gia .......................84
3.2.3 Khảo sát hiệu suất của phản ứng theo tỉ lệ mol base : 2-methylindole ........86
3.2.4 Khảo sát hiệu suất của phản ứng theo loại base sử dụng...............................89

3.2.5 Khảo sát hiệu suất phản ứng theo nhiệt độ phản ứng ....................................92
3.2.6 Khảo sát hiệu suất theo tỉ lệ mol dung môi IL : 2-methylindole ...................94
3.2.7 Khảo sát hiệu suất phản ứng theo loại dung môi IL sử dụng ........................96
3.2.8 Khảo sát hiệu suất theo khả năng thu hồi và tái sử dụng dung môi IL..........99
3.2.9 Khảo sát phản ứng scale up ở điều kiện tối ưu ............................................102
3.2.10 Khảo sát quá trình tinh chế sản phẩm tại điều kiện tối ưu...........................104
3.3 ĐỊNH DANH SẢN PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ .............................108
PHẦN 4: KẾT LUẬN ................................................................................................110
4.1 ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG ION .........................................................................110
4.2 KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TỔNG HỢP 1-(2-(N-MORPHOLINO)ETHYL)-2METHYLINDOLE.....................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................113

III


MỤC LỤC
PHỤ LỤC: ..................................................................................................................118
A.

PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [BMIM][Br]........................................119

B.

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [HMIM][Br] .......................................120

C.

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [OMIM][Br] .......................................121

D.

PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [BMIM][PF6]......................................122

E.

PHỤ LỤC 5: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [HMIM][PF6]......................................123

F.

PHỤ LỤC 6: KẾT QUẢ PHỔ CỦA IL [OMIM][PF6]......................................124

G.

PHỤ LỤC 7: KẾT QUẢ PHỔ CỦA SẢN PHẨM 1-(2-(N-

MORPHOLINO)ETHYL)-2-METHYLINDOLE .....................................................125

IV


MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU

MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1- 1: Nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion ............................................13
Bảng 1- 2: Ảnh hưởng của kích thước anion lên nhiệt độ nóng chảy của IL...............14
Bảng 1- 3: Độ nhớt của một số chất lỏng ion ở 25oC ..................................................15
Bảng 1- 4: Độ nhớt động lực của muối 1-n-butyl-3-methylimidazolium (BMIM) với
các anion khác nhau ở 20oC.........................................................................................16
Bảng 1- 5: Tỷ trọng của một số chất lỏng ion ..............................................................16
Bảng 1- 6: Độ tan của một số chất lỏng ion ở nhiệt độ phòng ....................................18

Bảng 1- 7: Sức căng bề mặt của một số chất lỏng ion thường gặp..............................19
Bảng 1- 8: Độ dẫn và chiết suất của một số chất lỏng ion ..........................................20
Bảng 3- 1: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [BMIM]Br ........................................69
Bảng 3- 2: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [BMIM]PF6 ......................................71
Bảng 3- 3: Hiệu suất trung bình tổng hợp [HMIM]Br ................................................73
Bảng 3- 4: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [HMIM]PF6 ......................................75
Bảng 3- 5: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [OMIM]Br........................................76
Bảng 3- 6: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [OMIM]PF6 ......................................78
Bảng 3- 7: Hiệu suất của phản ứng theo thời gian phản ứng ......................................82
Bảng 3- 8: Hiệu suất của phản ứng theo tỉ lệ mol tác chất tham gia...........................84
Bảng 3- 9: Hiệu suất của phản ứng theo tỉ lệ mol base : 2-methylindole....................87
Bảng 3- 10: Hiệu suất của phản ứng theo loại base sử dụng ......................................90
Bảng 3- 11: Hiệu suất của phản ứng theo nhiệt độ phản ứng .....................................93
Bảng 3- 12: Hiệu suất của phản ứng theo tỉ lệ mol IL : 2-methylindole......................95
Bảng 3- 13: Hiệu suất của phản ứng theo loại dung môi IL phản ứng.........................97
Bảng 3- 14: Hiệu suất của phản ứng sau các lần tái sử dụng IL..............................100
Bảng 3- 15: Hiệu suất của phản ứng sau các lần tái sử dụng IL (tt)........................101
Bảng 3- 16: Hiệu suất phản ứng theo các tỉ lệ scale up tại điểm tối ưu ....................103

V


MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3- 17: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 1) ....................................105
Bảng 3- 18: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 2) ...................................106
Bảng 3- 19: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 3) ....................................107

VI

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1- 1: Cấu trúc của một số cation thông dụng thường gặp ....................................3
Hình 1- 2: Tổng hợp chất lỏng ion 1,3-dialkylimidazolium ...........................................4
Hình 1- 3: Tổng hợp một số chất lỏng ion họ imidazolium............................................5
Hình 1- 4: Tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium thuộc nhóm phosphite...................7
Hình 1- 5: Tổng hợp chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazolium lactate......................8
Hình 1- 6: Tổng hợp chất lỏng ion bất đối ester-imidazolium.......................................9
Hình 1- 7: Tổng hợp các chất lỏng ion bất đối xứng trên cơ sở pyridinium .................9
Hình 1- 8: Tổng hợp các chất lỏng ion cố định trên chất mang silica họ imidazolium10
Hình 1- 9: Tổng hợp chất lỏng ion cố định trên chất mang polymer...........................11
Hình 1- 10: Cố định chất lỏng ion trên chất mang nano vàng ....................................12
Hình 1- 11: Phản ứng Heck thực hiện trong chất lỏng ion tetraalkylammonium
bromide .........................................................................................................................23
Hình 1- 12: Phản ứng Heck trong dung mơi chất lỏng ion trên cơ sở guanidine........23
Hình 1- 13: Phản ứng Suzuki giữa bromobenzene và tolylboronic acid thực hiện trong
chất lỏng ion .................................................................................................................24
Hình 1- 14: Phản ứng giữa hợp chất alcohol với 3,4-dihydropyran (a) hoặc 2,3dihydrofuran (b) trong chất lỏng ion............................................................................24
Hình 1- 15: Phản ứng cộng hợp aza-Michael thực hiện trong chất lỏng ion 1-butyl-3methylimidazolium tetrafluoroborate ...........................................................................25
Hình 1- 16: Phản ứng trao đổi thioacetal (transthioacetalization) của các dẫn xuất
acetal với sự có mặt của chất lỏng ion .........................................................................26
Hình 1- 17: Phản ứng ghép đôi C-P thực hiện trong chất lỏng ion.............................26
Hình 1- 18: : Phản ứng fluorine hóa thực hiện trong chất lỏng ion ............................27
Hình 1- 19: Phản ứng oxy hóa benzylic alcohol bậc hai sử dụng xúc tác ...................27
Hình 1- 20: Phản ứng epoxy hóa bất đối xứng sử dụng xúc tác phức Jacobsen thực
hiện trong chất lỏng ion................................................................................................28
Hình 1- 21: Phản ứng Knoevenagel với xúc tác KOH thực hiện trong IL...................29
VII

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1- 22: Phản ứng Claisen-Schmidt với xúc tác NaOH thực hiện trong IL ...........29
Hình 1- 23: Tổng hợp các peroxide trong chất lỏng ion..............................................30
Hình 1- 24: Phản ứng ester hoá các hợp chất alcohol bậc ba trong IL ......................31
Hình 1- 25: Phản ứng Baylis-Hillman sử dụng xúc tác trên cơ sở IL .........................32
Hình 1- 26: Phản ứng Prins giữa styrene và formaldehyde trong IL ..........................32
Hình 1- 27: Tổng hợp các hợp chất carbamate từ amine béo và dimethyl carbonate sử
dụng xúc tác chất lỏng ion có tính acid........................................................................33
Hình 1- 28: Tổng hợp các dẫn xuất 1,1-diacetal sử dụng xúc tác chất lỏng ion .........33
Hình 1- 29: Phản ứng tổng hợp 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole (a) và
phản ứng tổng hợp Pravadoline (b) trong chất lỏng ion .............................................34
Hình 2- 1: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]Br .............................................39
Hình 2- 2: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]PF6 ...........................................41
Hình 2- 3: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [HMIM]Br.............................................44
Hình 2- 4: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [HMIM]PF6 ..........................................46
Hình 2- 5: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [OMIM]Br.............................................49
Hình 2- 6: Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [OMIM]PF6 ..........................................51
Hình 2- 7: Phản ứng giữa 2-methylindole và 1-(N-morpholino)-2-chloroethane .......54
Hình 2- 8: Quy trình tổng hợp 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole.................60
Hình 2- 9: Quy trình tinh chế 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole ..................64
Hình 2- 10: Chương trình nhiệt của phương pháp phân tích GC ................................67
Hình 3- 1: Phương trình phản ứng tổng hợp [BMIM]Br.............................................69
Hình 3- 2: Cấu trúc 1-Butyl-3-methylimidazolium bromide ........................................70
Hình 3- 3: Phương trình phản ứng tổng hợp [BMIM]PF6...........................................71
Hình 3- 4: Cấu trúc 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate....................72
Hình 3- 5: Phương trình phản ứng tổng hợp [HMIM]Br ............................................72
Hình 3- 6: Cấu trúc 1- Hexyl -3-methylimidazolium bromide .....................................73
Hình 3- 7: Phương trình phản ứng tổng hợp [HMIM]PF6 ..........................................74
Hình 3- 8: Cấu trúc 1- Hexyl -3-methylimidazolium hexafluorophosphate.................75

VIII


MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 3- 9: Phương trình phản ứng tổng hợp [OMIM]Br ............................................76
Hình 3- 10: Cấu trúc 1-Octyl-3-methylimidazolium bromide......................................77
Hình 3- 11: Phương trình phản ứng tổng hợp [OMIM]PF6 ........................................78
Hình 3- 12: Cấu trúc 1-Octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate .................79
Hình 3- 13: Cấu trúc 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole .............................108

IX


MỤC LỤC CÁC ĐỒ THỊ

MỤC LỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị 3- 1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào thời gian phản ứng ......83
Đồ thị 3- 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào tỉ lệ mol 1-(Nmorpholino)-2-chloroethane hydrochloride : 2-methylindole .....................................85
Đồ thị 3- 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào tỉ lệ mol KOH : 2methylindole..................................................................................................................88
Đồ thị 3- 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào loại base ......................91
Đồ thị 3- 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào nhiệt độ phản ứng .......93
Đồ thị 3- 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào tỉ lệ mol IL : 2methylindole..................................................................................................................96
Đồ thị 3- 7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào loại dung môi IL..........98
Đồ thị 3- 8: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo số lần tái sử dụng IL ............101
Đồ thị 3- 9: Hiệu suất phản ứng với các tỉ lệ scale up khác nhau .............................103
Đồ thị 3- 10: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 1)...................................105
Đồ thị 3- 11: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 2)...................................106
Đồ thị 3- 12: Hiệu suất phản ứng sau tinh chế (thí nghiệm 3)...................................107

X


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT

IL: Chất lỏng ion
IM: Imidazolium
[BMIM]Br: 1-Butyl-3-methylimidazolium bromide
[HMIM]Br: 1-Hexyl-3-methylimidazolium bromide
[OMIM]Br: 1-Octyl-3-methylimidazolium bromide
[BMIM]PF6: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[HMIM]PF6: 1-Hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[HMIM]PF6: 1-Octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[EMIM]: 1-Ethyl-3- methylimidazolium
[EM2IM]: 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium
[BMPYRR]: 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium
[BMIM]BF4: 1-Butyl-3-methylimdazolium tetrafluoroborate
[HMIM]BF4: 1-Hexyl-3-methylimdazolium tetrafluoroborate
[C1MIM]: 1,3-Dimethylimidazolium
[C2MIM]: 1-Ethyl-3-dimethylimidazolium
[C3MIM]: 1-Propyl-3-methylimidazolium
[C4MIM]: 1-Butyl-3-methylimidazolium
[C6MIM]: 1-Hexyl-3-methylimidazolium
[C8MIM]: 1-Octyl-3-methylimidazolium
[C10MIM]: 1-Decyl-3-methylimidazolium
[C2OHMIM]: 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium
[C3OHMIM]: 1-(2-Hydroxypropyl)-3-methylimidazolium
XI

DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT
[C5O2MIM]: 1-[2-(2-Methoxyethoxyl)-ethyl]-3-methylimidazolium
[C4OMIM]: 1-Butoxymethyl-imidazolium
[C3OMIM]: 1-(2-Methoxyethyl)-3-methylimidazolium
[BDMIM]: 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium
EtOAc : Ethyl acetate
EtOH : Ethanol
Et3N: Triethylamine
Et2O: Diethyl ether
Si(OMe)3: Bis(trimethoxysilyl)
DMF: N,N-dimethylformamide
DMSO: Dimethylsulfoxide
TBAB: Tetrabutylammonium
NTF2: Bis(trifluoromethanesulfonyl)amine
TfO: Trifluoromethanesulfonate; triflate - CF3SO2NfO: Nonaflate – CF3(CF2)3SO2THF: Tetrahydrofuran
Ph: Phenyl group
Pd(PPh3)4: Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)
acac: Acetylacetone
dppp: 1,3-Bis(diphenylphosphino)propane
NMR: Nuclear magnetic resonance
MS: Mass spectrometry
GC: Gas chromatography
RT: Room temperature

XII


TÓM TẮT LUẬN VĂN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Chất

lỏng

ion

1-butyl-,

1-hexyl-,

và

1-octyl-3-methylimidazolium

hexafluorophosphate được tổng hợp dễ dàng bằng phản ứng giữa 1-butyl-, 1-hexyl-,
1-octyl-3-methylimidazolium bromide với hexafluorophosphoric acid và được xác
định cấu trúc bằng 1H, 13C NMR và MS. Những chất lỏng ion là dung môi hữu hiệu
và có thể tái sử dụng nhiều lần cho phản ứng giữa 1-(N-morpholino)-2-chloroethane
hydrochloride và 2-methylindole để tạo ra sản phẩm chính là 1-(2-(Nmorpholino)ethyl)-2-methylindole. Hiệu suất phản ứng cao trong điều kiện phản ứng
êm dịu. Các chất lỏng ion này có thể được thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà hoạt
tính thay đổi khơng đáng kể.

XIII


ABSTRACT

ABSTRACT

An

easily

accessible

ionic

liquids,

1-butyl-,

1-hexyl-,

1-octyl-3-

methylimidazolium hexafluorophosphate was synthesized, and characterized using 1H
and

13

C NMR, and MS. The ionic liquids was demonstrated to be an efficient and

recyclable solvent for the reaction between 1-(N-morpholino)-2-chloroethane
hydrochloride and 2-methylindole to form 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2-methylindole
as the principal product. High yield was observed under mild reaction conditions. The
ionic liquids could be recovered and reused several times without significant
degradation in performance.

XIV


LỜI MỞ ĐẦU

LỜI MỞ ĐẦU

Các chất lỏng ion được coi là một lựa chọn “xanh” để thay thế cho các dung
mơi hữu cơ thơng thường bởi vì chúng khơng bay hơi nên có thể làm giảm bớt các
hợp chất hữu cơ độc hại và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách các sản phẩm từ các
dung môi phản ứng

[1, 2]

. Trong vài năm qua, nhiều loại chất lỏng ion đã được nghiên

cứu, trong đó chất lỏng ion họ dialkylimidazolium có một số ưu điểm như vẫn ở trạng
thái lỏng ở một khoảng nhiệt độ rộng và có tính hịa tan tốt đối với nhiều tác chất và
chất xúc tác

[3, 4]

. 1 - (2 - (N-morpholino) ethyl)-2-methylindole là nguyên liệu được

dùng để tổng hợp thuốc giảm đau và kháng viêm pravadoline. Thông thường, phản
ứng tổng hợp giữa 1-(N-morpholino)-2-chloroethane hydrochloride và 2-methylindole
được thực hiện trong dung môi phân cực không proton như DMF hoặc DMSO [2, 5].
Ở Việt Nam, tổng hợp các chất lỏng ion được nghiên cứu đầu tiên bởi nhóm
tác giả Lê Ngọc Thạch vào năm 2006 - 2009

[6, 7]

. Tuy nhiên, vẫn chưa thấy báo cáo

cụ thể về việc ứng dụng chúng trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Trong bài này,
chúng tôi mong muốn là bài báo cáo đầu tiên tại Việt Nam về việc sử dụng chất lỏng
ion họ

imidazolium

như là một dung môi xanh cho phản ứng giữa 1 - (N-

morpholino)-2-chloroethane hydrochloride và 2-methylindole với base KOH để tạo
thành sản phẩm chính là 1 - (2 - (N-morpholino) ethyl)-2-methylindole. Phản ứng
được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong thời gian 7 giờ và hiệu suất đạt 75 %.

XV


INTRODUCTION

INTRODUCTION
Ionic liquids have been considered as green alternatives to conventional
organic solvents because their non-volatile nature can reduce the emission of toxic
organic compounds and facilitate the separation of products from the reaction solvents
[1, 2]

. During the past few years, a variety of ionic liquids have been investigated, in

which dialkylimidazolium-based ionic liquids exhibit several advantages such as
keeping the liquid condition under a wide range of temperature and having excellent
solubility

for

many

substrates

and

molecular

catalysts

[3,

4]

.

1-(2-(N-

morpholino)ethyl)-2-methylindole is used as a starting material for the synthesis of
pravadoline, which is one of the non-steroidal anti-inflamatory drugs. It is
conventionally synthesized by the reaction between 1-(N-morpholino)-2-chloroethane
hydrochloride and 2-methylindole in a dipolar aprotic solvent such as DMF or DMSO
[2, 5]

.
In Viet Nam, the synthesis of ionic liquids was reported for the first time by Le

Ngoc Thach and co-workers during the 2006 – 2009 period

[6, 7]

. However,

applications of the as-synthesized ionic liquids in organic synthesis have not been
reported yet. In this paper, we wish to report for the first time in Viet Nam, to our best
knowledge, the use of an imidazolium-based ionic liquid as a green solvent for the
reaction between 1-(N-morpholino)-2-chloroethane hydrochloride and 2-methylindole
with solid potassium hydroxide as the base to form 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2methylindole as the principal product. The reaction was complete at room temperature
in 7 hours to affording the product in 75 % yield.

XVI


PHẦN 1: TỔNG QUAN

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LỎNG ION
Chất lỏng ion được định nghĩa là những chất lỏng chỉ chứa tồn bộ ion mà khơng
có phần tử trung hịa trong đó

[8]

. Hay nói cách khác chất lỏng ion (IL) là những

muối nóng chảy ở nhiệt độ thấp (dưới 100oC)
có

chứa

cation

hữu

cơ

như

[9, 10]

. thường gặp nhất là những muối

tetraakylammonium,

alkylpyridium,

1,3-

dialkylimidazolium...[8].
Các chất lỏng ion được xem là loại dung môi có tính chất thay đổi theo u cầu
của người sử dụng, do các tính chất vật lý như nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt, tỷ trọng,
cân bằng ái nước - ái dầu… của chúng có thể thay đổi theo yêu cầu của phản ứng cần
thực hiện. Những thông số này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi cấu trúc của
các cation và anion hình thành nên chất lỏng ion

[8]

. Nhờ các tính chất hố lý có thể

thay đổi được như trên mà chất lỏng ion được xem như là những dung môi xanh và là
một giải pháp mới trong tổng hợp hữu cơ hiện đại.
Mặc dù chất lỏng ion được khám phá khá sớm tuy nhiên khái niệm chất lỏng ion
chỉ được quan tâm trong những năm gần đây, khi mà người ta bắt đầu quan tâm hàng
loạt vấn về gây ô nhiễm môi trường từ nhiều nguyên nhân, mà trong đó khơng thể
khơng nhắc đến sự ơ nhiễm môi trường do sự bay hơi của các dung môi, cũng như các
nguyên nhân gây cháy nổ...[8].
Các chất lỏng ion khi được sử dụng làm dung mơi sẽ có một số tính chất đặc
biệt. Nhờ vào những tính chất này, chất lỏng ion thể hiện được nhiều ưu điểm hơn so
với các dung môi hữu cơ truyền thống, và cũng nhờ đó chúng được xem là những
dung mơi xanh cho tổng hợp hữu cơ. Các tính chất hữu cơ tổng quát của các IL
thường gặp là [11, 12]:
o

Các chất lỏng ion hồn tồn khơng bay hơi và khơng có áp suất hơi. Do
đó, chúng khơng gây ra các vấn đề liên quan đến cháy nổ, an toàn cho
người vận hành cũng như đối với môi trường sống.
1


PHẦN 1: TỔNG QUAN
o

Các chất lỏng ion có độ bền nhiệt cao và khơng bị phân hủy vì nhiệt
trong một khoảng nhiệt độ khá rộng. Vì vậy, có thể thực hiện các phản

ứng đòi hỏi nhiệt độ cao trong chất lỏng ion một cách hiệu quả.

o

Các chất ion có khả năng hòa tan một dãy khá rộng các chất hữu cơ,
chất vô cơ cũng như các chất hợp kim.

o

Các chất lỏng ion có khả năng hịa tan khá tốt các khí như H2, O2, CO,
CO2. Do đó chúng làm dung mơi có nhiều hứa hẹn cho các phản ứng
cần sử dụng pha khí như hydrogen hóa xúc tác, carbonyl hóa,
hydroformyl hóa, oxy hóa bằng khơng khí.

o

Độ tan của chất lỏng ion phụ thuộc vào bản chất cation và anion tương
ứng. Bằng cách thay đổi cấu trúc của các ion này, có thể điều chỉnh độ
tan của chúng phù hợp với yêu cầu.

o

Các chất lỏng ion mặc dù phân cực nhưng thơng thường khơng tạo phức
phối trí với các hợp chất cơ kim, các enzyme và với các hợp chất hữu
cơ khác.

o

Nhờ có tính chất ion, rất nhiều phản ứng hữu cơ thực hiện trong dung
mơi chất lỏng ion thường có tốc độ phản ứng lớn hơn so với trường hợp

sử dụng các dung môi thông thường, đặc biệt là khi có sự hỗ trợ của vi
sóng.

o

Hầu hết các chất lỏng ion có thể được lưu trữ trong một thời gian dài mà
không bị phân hủy.

o

Các chất lỏng ion là dung mơi có nhiều triển vọng cho các phản ứng cần
độ chọn lọc quang học tốt. Có thể sử dụng các chất lỏng ion có cấu trúc
bất đối xứng để điều chỉnh độ chọn lọc quang học của phản ứng.

o

Các chất lỏng ion chứa chloroaluminate ion là những Lewis acid mạnh,
có khả năng thay thế cho các acid độc hại như HF trong nhiều phản ứng
cần sử dụng xúc tác acid.

2


PHẦN 1: TỔNG QUAN
o

Bên cạnh đó, một tính chất khác góp phần xếp loại chất lỏng ion đứng
cùng với các dung môi xanh khác là khả năng thu hồi và tái sử dụng xúc
tác hòa tan trong IL, đặc biệt là các xúc tác phức của các kim loại
chuyển tiếp.

1.2 CẤU TẠO CỦA CHẤT LỎNG ION
Chất lỏng ion thường được cấu tạo từ một cation hữu cơ và một anion hữu cơ
hoặc vô cơ, các cation và anion thường gặp như dưới đây [8, 9, 11, 13]:


Cation:

Hình 1- 1: Cấu trúc của một số cation thông dụng thường gặp


Anion:
Các anion thường gặp của chất lỏng ion ngồi một số ít các halide anion
có thể là BF4-, PF6-, Sb6-, ZnCl3-, CuCl2-, SnCl3-, N(CF3SO2)2-,
3


PHẦN 1: TỔNG QUAN
N(C2F5SO2)2-, N(FSO2)2-, C(CF3SO2)3-, CF3CO2-, CF3SO3- và CH3SO3-.
Ngoài ra cịn có các anion đa nhân (polynuclear anion) khác như Al2Cl7-,
Al3Cl10-, Au2Cl7-, Fe2Cl7- và Sb2F11-. Trong đó, các chất lỏng ion chứa các
anion đa nhân như vậy thường dễ bị phân hủy dưới tác động của khơng
khí và nước [11].
1.3 TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION
Nguyên tắc chung của quá trình tổng hợp IL có thể chia làm hai giai đoạn tổng
quát: giai đoạn I là tạo muối để hình thành cation và giai đoạn II là trao đổi anion để
hình thành chất lỏng như u cầu. Ví dụ một quy trình điều chế chất lỏng ion họ muối
ammonium tổng quát [13]:

Giai đoạn I

Giai đoạn IIa
+ Lewis acid MXy

Giai đoạn IIb:
1. + Muối kim loại M+[A]- MX
2. + Acid bronsted H+[A]- HX
3. Nhựa trao đổi ion

Hình 1- 2: Tổng hợp chất lỏng ion 1,3-dialkylimidazolium
Trong một vài trường hợp chỉ cần thực hiện giai đoạn I (như chỉ cần tạo ra muối
bậc bốn của các hợp chất amine hay phosphane). Nếu khơng thể hình thành anion
thích hợp bằng con đường tạo muối như giai đoạn I thì cần sử dụng thêm giai đoạn II.

4