Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

TỔNG HỢP DẪN XUẤT 4H-PIRAN
DÙNG XÚC TÁC K2CO3 TẨM TRÊN
CHẤT MANG RẮN
MONTMORILLONITE K-10
GVHD: ThS. Phạm Đức Dũng
SVTH: Nguyễn Thị Bích Ngọc
Lớp: Hóa 4C
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................... 2
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................... 3
Chương 1: TỔNG QUAN ...................................................................... 5
1.1 Giới thiệu 4H-piran[4]................................................................................5
1.2 Hoạt tính và ứng dụng dẫn xuất 4H-piran ...............................................8
1.3 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-piran ..............................................8
1.4 Khoáng sét[8].............................................................................................12
1.5 Montmorillonite.........................................................................................14
Chương 2: THỰC NGHIỆM............................................................... 18
2.1 Hóa chất và thiết bị ...................................................................................18
2.2 Điều chế xúc tác tẩm K2CO3 trên chất mang rắn Montmorillonite K-
10.........................................................................................................................18
2.3 Tổng hợp dẫn xuất 4H-piran (4a-f)..........................................................19
2.4 Định danh sản phẩm.................................................................................19
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................... 20
3.1 Quy trình tổng hợp dẫn xuất 4H-piran...................................................20
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .............................................. 56
4.1 Kết luận ......................................................................................................56
4.2 Đề xuất........................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 58

LỜI MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật nói chung và Hóa học nói riêng, trong
đó Hóa học về tổng hợp các hợp chất hữu cơ ngày càng phát triển nhằm tạo ra các hợp
chất phục vụ đời sống con người. Trong lĩnh vực y học, những hợp chất dị vòng ngày
càng tổng hợp nhiều và có những hoạt tính sinh học, khả năng ứng dụng cao. Vì vậy, các
chất này góp phần vào việc chữa trị các căn bệnh hiểm nghèo.
Trong đó phản ứng đa thành phần (MCRs) có rất nhiều đóng góp cho sự tổng hợp
các phân tử hữu cơ phức tạp và các cấu trúc thú vị từ các vật liệu đơn giản và sẵn có trên
thị trường như là một công cụ mạnh mẽ cho những phát minh thuốc hiện nay và sự phát
triển ngành dược trong tương lai[1-2]
.
Phản ứng tổng hợp đa thành phần trong điều kiện không dung môi hay dung môi
không độc hại và sử dụng xúc tác rắn là một quy trình tổng hợp hữu cơ được quan tâm
nhiều nhất hiện nay do nó thỏa mãn được những yêu cầu của một mô hình tổng hợp hiện
đại như đã nêu ở trên. Sự thay thế những xúc tác thông thường bằng xúc tác rắn góp phần
làm giảm ô nhiễm môi trường và chi phí phản ứng do giá thành rẻ, dễ sử dụng và thu hồi,
có thể tái sử dụng nhiều lần, sản phẩm có hiệu suất và độ chọn lọc cao.
Nhiều nghiên cứu cho thấy dẫn xuất 4H-piran là hợp chất có nhiều ứng dụng do có
các hoạt tính sinh học và dược lý quan trọng. Trong đó, dị vòng 4H-piran cho thấy hoạt
động dược lý mạnh hơn và đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa. Những
hợp chất này được sử dụng như thuốc chống đông, chống ung thư và đặc biệt được sử
dụng để điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh (bệnh Alzheimer, bệnh tâm thần phân
liệt)…[3]
Với ý nghĩa trên, tôi đã nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Tổng hợp dẫn xuất 4H-
piran dùng xúc tác K2CO3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite K-10”.
Đề tài này nghiên cứu dùng xúc tác K2CO3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite
K-10 để tổng hợp một số dẫn xuất 4H-piran có hoạt tính sinh học được ứng dụng trong
thực tế.

 Mục đích nghiên cứu của đề tài:
• Nghiên cứu phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-piran bằng phản ứng đa thành
phần với xúc tác K2CO3/MMT K−10.
• Dựa trên phương thức tốt nhất để tiến hành tối ưu hóa phản ứng bằng cách khảo
sát những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất, bao gồm: nhiệt độ phản ứng, thời gian
phản ứng, tỉ lệ giữa các tác chất và khối lượng xúc tác.
• Tổng hợp một số dẫn xuất của 4H–piran bằng cách thay thế trực tiếp trên vòng
thơm bởi các nhóm clo, brom, metyl, nitro…dựa trên các điều kiện tối ưu.
• Dựa trên đặc tính ưu việt của MMT K-10 là giá thành rẻ, dễ sử dụng, dễ xử lý và
thu hồi, chúng tôi nghiên cứu khả năng tái sử dụng xúc tác để xanh hóa phản ứng
một cách kinh tế nhất.
• Khảo sát tính chất vật lí (nhiệt độ, nhiệt độ nóng chảy, màu sắc…) của các hợp
chất điều chế được.
• Khảo sát cấu trúc các hợp chất điều chế được bằng các phổ cộng hưởng từ hạt
nhân.
 Phương pháp nghiên cứu
• Tham khảo các tài liệu khoa học liên quan
• Thực hiện tổng hợp trong phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ Khoa Hóa học, trường
Đại học khoa học tự nhiên TP.HCM.
• Phương pháp kết tinh trong dung môi thích hợp được sấy khô thu được sản phẩm
tinh khiết sẽ được dùng để xác định hiệu suất phản ứng.
Khảo sát cấu trúc của các hợp chất thu được thông qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu 4H-piran[4]
1.1.1 Khái niệm
Piran là những eter vòng sáu cạnh không no.
Piran không phải là hợp chất thơm nên không quan trọng mà dẫn xuất piron quan
trọng hơn do có trong thành phần nhiều hợp chất thiên nhiên. Piron có thể xem như là
dẫn xuất cacbonyl của piran (α và γ-piran).
1.1.2 Phân loại
1.1.2.1 α-piran, 2H-piran hay 1,2-oxin
• α-piran có hệ thống liên hợp, không tồn tại dạng tự do mà khung α-piran chỉ có
trong hợp chất muối pirilium, thường gặp hợp chất của α-piran dưới dạng α-piron và α-
cromon.
O O O O O
α –piron( 2H-piron -2) α-cromon(2H-cromon) Coumarin
(2H-Benzopiramon-2)
Hình 1.1: Hợp chất α-piron và α-cromon
• Muối pirilium thường gặp dạng benzopirilium, có trong thành phần cấu tạo của
hợp chất màu thực vật cyanin. Cyanin tồn tại ở các dạng cấu tạo khác nhau có giá trị pH
thay đổi.

O
+ OH
OH
OH
O - glucose
Cl
-
O -
O
O
OH
OH
O
O -
O
O
OH
O-
O-
O-
Hình 1.2: Cyanin (cân bằng acid–base của cyanin)
• α-piron có trong khung coumarin. Coumarin có thể được tổng hợp bằng cách cho
aldehid salicylic tác dụng với anhidrid acetic có xúc tác natri acetat.
CHO
OH
(CH3CO)2O
CH3COONa
O O
+ CH3COOH
Sơ đồ 1.1: Tổng hợp coumarin
Khung coumarin có trong công thức cấu tạo của hợp chất varfarin có tác dụng
chống đông máu.
O O
OH C6H5
COCH3
Hình 1.3: Varfarin

1.1.2.2 γ-pian, 4H-piran hay 1,4-dioxin
• Thường gặp ở dạng γ-piron và γ-cromon.Trong các hợp chất flavonoid có chứa
khung γ-cromon.
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
Hình 1.4: Hợp chất chứa khung γ-cromon
• Các chất màu thực vật thương chứa khung Flavon. Một số chất hữu cơ chứa khung
γ-cromon dùng trong dược phẩm như nedocromilnatri.
O
OH
OH
O
R
OH
OH
N O
O
COONa
CH(CH3)2Et
O
NaOOC
Nedocromilnatri
Hình 1.5: Hợp chất chứa khung Flavon
γ-piron γ-cromon
Flavon Flavonol
( R = H, OH hay O – gốc đường )
Các flavon màu vàng

1.2 Hoạt tính và ứng dụng dẫn xuất 4H-piran
4H-piran là một bộ khung quan trọng của dị vòng bởi vì đoạn cốt lõi được cấu
thành bởi một loạt các sản phẩm tự nhiên và các hợp chất khác có giá trị. Hiện nay, dẫn
xuất 4H-piran đang được quan tâm đáng kể do các hoạt tính sinh học và dược lý của nó,
thí dụ chống co thắt, lợi tiểu, thuốc chống đông máu, chống ung thư, điều trị các bệnh
thoái hóa thần kinh, bao gồm cả bệnh Alzheimer, cũng như để điều trị tâm thần phân liệt
và rung giật cơ. Đặc biệt, chúng có thể được sử dụng như là các chất tăng cường nhận
thức cho việc điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh[3]
.
Ngoài ra, nó đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa , bao gồm một
chất ức chế chọn lọc kích thích subtype vận chuyển amino axit 1, IKCa thuốc chẹn kênh,
A3 thuốc đối kháng thụ adenosine như tiềm năng chống viêm đại lý, và proapoptotic hoạt
động chống lại các tế bào ung thư. Dẫn xuất 4H-piran cũng có tiềm năng đối kháng kênh
canxi có cấu trúc tương tự như hoạt tính sinh học 1,4-dihidropiridin[2,5]
.
Hơn nữa, dẫn xuất 4H-piran đại diện cho các khối xây dựng bộ khung của một loạt
các sản phẩm tự nhiên. Một số dẫn xuất 2-amino-4H-piran được sử dụng làm vật liệu
quang hoạt, bột màu và khả năng phân hủy sinh học hóa chất nông nghiệp[3,5-7]
.
Như vậy, tổng hợp dẫn xuất 4H-piran có tầm quan trọng đang thu hút nhiều sự chú
ý trong tổng hợp hữu cơ thông qua một số phương pháp đã được báo cáo tổng hợp các
dẫn xuất 4H-piran bằng nhiều phương pháp đa dạng trong đó phương pháp phản ứng
ngưng tụ ba thành phần của hợp chất β-dicarbonyl với andehit và malononitrile đạt thành
công nhất và đưa đến ứng dụng thực tiễn tốt nhất.
1.3 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
1.3.1 Phản ứng đa thành phần[1]
Phản ứng đa thành phần (multi–component reaction, MCR) có thể được phân loại
là chỉ đơn giản là một phản ứng, trong đó ba hoặc nhiều hơn các thành phần được kết hợp
với nhau trong một bình phản ứng duy nhất của một quá trình (one–pot operation) gồm
nhiều giai đoạn để tạo thành sản phẩm cuối cùng chứa đựng hầu hết các nguyên tử của
các nguyên liệu ban đầu.

Người đầu tiên báo cáo MCR là Strecker tổng hợp các axit amin ở những năm
1850. Strecker tổng hợp axit amin kết hợp một aldehyde, hydrogen cyanide và amoniac
theo một phương pháp đơn giản dẫn đến một loạt các axit amin. Với hơn 150 năm lịch sử
và phát triển, MCRs gần đây đã thấy một sự nghiên cứu và phát triển sâu hơn, một phần
là do sự dễ dàng phản ứng tạo một loạt các hợp chất đa dạng các nhóm chức hữu ích, đặc
biệt là nhiều dị vòng nhỏ của thuốc hóa học quan trọng trong tổng hợp.
Phản ứng đa thành phần có khả năng tạo thành các phân tử phức tạp với sự đơn
giản và ngắn gọn nhất. Một lợi ích điển hình của phản ứng này là dễ dàng thu được sản
phẩm tinh khiết, vì hầu hết tác chất ban đầu đều được kết hợp tạo thành sản phẩm cuối.
1.3.2 Các phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
 Theo tài liệu tham khảo [2], các tác giả Arturo Sasnchez, Fernando Hernadez và
Joaquin Tamariz tổng hợp thành công các dẫn xuất 4H-piran dưới sự thúc đẩy của bức xạ
hồng ngoại trong điều kiện không dung môi, sử dụng tỉ lệ
benzaldehid:malononitril:acetoacetate etil = 3:3:3 (mmol), xúc tác amoni hydroxid (3
mmol) và thời gian phản ứng là 10 phút. Sản phẩm cuối cùng kết tinh bằng dung môi
etanol/H2O. Kết quả một số dẫn xuất được trình bày trong Bảng 1.1.
• Phương trình tổng hợp
CN
CN
CH3
EtO O
O+ +
O
R
CN
NH2
O
EtO
CH3
R
O
H
+ H2O
Sơ đồ 1.2: Tổng hợp dẫn xuất 4H-piran [2]
NH4OH
IR

Bảng 1.1: Kết quả tổng hợp dẫn xuất 4H-piran[2]
STT R Hiệu suất (%)
1 C6H5 98
2 4-NO2C6H5 98
3 4-FC6H4 80
4 3-CHOC6H4 40
 Theo tài liệu tham khảo [3], các tác giả Majid M. Heravi và Mina Adibi tổng hợp
dẫn xuất 4H-piran bằng phương pháp đun hoàn lưu 1h trong điều kiện tỉ lệ tác chất
benzaldehid:malononitril:acetoacetate etil = 10:12:10 (mmol), sử dụng 10 ml dung môi
CH3CN và xúc tác Cu(II) oxymetasilicate (0,3 mmol). Sản phẩm cuối cùng được kết tinh
bằng etanol. Kết quả được trình bày trong Bảng 1.2.
• Phương trình phản ứng
CN
CN
CH3
EtO O
O+ +
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
+ H2O
CHO
R
R
Bảng 1.2: Kết quả tổng hợp dẫn xuất 4H-piran sử dụng Cu (II) oxymetasilicate
STT R Hiệu suất (%)
1 H 88
2 4-NO2 92
3 3-NO2 91
4 4-Cl 92
5 4-OMe 85
6 4-Me 83
7 4-OH 84
 Theo tài liệu tham khảo [5], các tác giả A. Moshtaghi zonouz, I.Eskandari và D.
Moghani bằng phương pháp khuấy trộn hỗn hợp benzaldeid:malononitril:acet
Catalyst
Reflux

benzaldehid:malononitril:acetoacetat etil = 1:1:1 (mmol) trong 10 ml etanol/H2O với
lượng xúc tác amoni acetat (1,3 mmol) tại nhiệt độ 55o
C. Sản phẩm cuối cùng kết tinh
bằng etanol. Kết quả được thể hiện trong Bảng 1.3.
• Phương trình phản ứng:
CN
CN
CH3
R O
O+ +
O
CN
NH2
O
R
CH3
+ H2O
CHO
X
X
Bảng 1.3: Kết quả tổng hợp 2-amino-4H-piran trong H2O-etanol
STT Aldehid Thời gian (phút) R Hiệu suất (%)
1 H 5 OEt 87
2 4-NO2 5 OEt 94
3 Br 10 OEt 84
4 CH3 15 OEt 83
 Ngoài ra, còn một số bài báo nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất 4H-piran như: phương
pháp sử dụng xúc tác dị thể MgO khuấy trộn trên bếp hoàn lưu 5h trong dung môi
methanol[6]
, phương pháp dùng xúc tác Mg-La đun hoàn lưu trong 1h với dung môi
methanol[7]
.
 Những phương pháp trên tổng hợp thành công dẫn xuất 4H-piran nhưng chưa đáp
ứng được xu hướng tổng hợp “Hóa học Xanh” ngày nay vì còn sử dụng dung môi
methanol gây độc, đun hoàn lưu trong thời gian lâu và các xúc tác dị thể trong phòng thí
nghiệm chưa có sẵn nên chúng tôi mở ra một hướng nghiên cứu mới là khảo sát khả năng
xúc tác của K2CO3 tẩm trên chất mang rắn Montmorillonite K-10 bằng phương pháp
khuấy từ điều nhiệt trong dung môi etanol/H2O.
NH4OAc
Water:etanol
(1:1)
55o
C,
5-25 phút

1.4 Khoáng sét[8]
Khoáng sét được hình thành trong tự nhiên do sự phong hóa hóa học các loại đá
chứa silicate dưới tác động của acid carbonic hoặc do các hoạt động thủy nhiệt. Khoáng
sét là hỗn hợp bao gồm Al2O3, SiO2, H2O và một số oxid của kim loại kiềm, kiềm thổ,
sắt, mangan, kẽm… Phần lớn, khoáng sét thường gặp dưới dạng tập hợp hạt mịn. Khi hấp
phụ nước, chúng trở thành vật liệu với độ dẻo thay đổi.
1.4.1 Cơ cấu[9-10]
1.4.1.1 Tấm tứ diện
Mỗi tứ diện chứa một cation T liên kết với bốn nguyên tử oxigen, và liên kết với
các tứ diện kế cận bằng ba oxigen đáy (Ob, the basal oxigen atom) tạo thành một mô hình
mạng lưới vòng sáu cạnh hai chiều vô tận. Cation tứ diện thường là Si4+
, Al3+
và Fe3+
.
Hình 1.6 : Tấm tứ diện của lớp khoáng sét
(a) : Tứ diện [TO4]; (b) : Tấm tứ diện (T)
Oa và Ob lần lượt là oxigen đỉnh và oxigen đáy
1.4.1.2 Tấm bát diện
Mỗi bát diện chứa một cation T liên kết với sáu nhóm hidroxil. Trong tấm bát
diện, sự liên kết giữa mỗi bát diện O và các bát diện kế cận là bởi các cạnh trải rộng theo
hai chiều trong mặt phẳng.
Cation bát diện thường là Al3+
, Fe3+
, Mg2+
và Fe2+
. Ngoài ra còn có một số ion
khác như Li+
, Mn2+
, Co2+
, Ni2+
, Cu2+
, Zn2+
, V3+
, Cr3+
và Ti4+
.
Nguyên tử oxigen tự do ở mỗi tứ diện (Oa, the tetrahedral apical oxigen atom)
trong tấm tứ diện cùng hướng về một phía so với tấm và liên kết với các tấm bát diện tạo
thành mặt phẳng chứa Ooct (Ooct = OH, F, Cl, O). Ooct là anion của tấm bát diện, nằm ở

trung tâm của vòng sáu tứ diện và không liên kết với tấm tứ diện, nguyên tử oxigen này
liên kết với nguyên tử hidrogen tạo thành nhóm –OH trong cơ cấu của đất sét. Bát diện
có hai dạng hình học khác nhau phụ thuộc vào vị trí nhóm –OH : định hướng cis (2 Ooct
nằm cùng phía) và trans (2 nhóm Ooct nằm khác phía).
Hình 1.7 : Tấm bát diện của một lớp khoáng sét
(a): sự định hướng Ooct (OH, F, Cl) trong cis-bát diện và trans-bát diện
(b): Vị trí tâm cis và tâm trans trong tấm bát diện
aO và bO lần lượt là oxigen đỉnh và oxigen đáy
1.4.2 Phân loại[11-12]
Sự sắp xếp giữa tấm tứ diện và tấm bát diện thông qua các nguyên tử oxigen một
cách liên tục tạo nên mạng tinh thể của khoáng sét. Có 2 kiểu sắp xếp chính:
1.4.2.1 Lớp 1:1
Cơ cấu của lớp 1:1 là sự sắp xếp trật tự tuần hoàn của một tấm bát diện và một tấm
tứ diện (TO). Trong cơ cấu của lớp 1:1, mỗi ô mạng bao gồm 6 bát diện (4 bát diện định
hướng cis và 2 bát diện định hướng trans) và 4 tứ diện.

Hình 1.8: Cơ cấu lớp 1:1
O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; Oa: oxigen tại đỉnh tứ diện
bO : oxigen tại đáy tứ diện; Ooct: tâm anion bát diện
1.4.2.2 Lớp 2:1
Cơ cấu của lớp 2:1 bao gồm một tấm bát diện nằm giữa hai tấm tứ diện, mỗi ô
mạng bao gồm 6 bát diện và 8 tứ diện, 2
/3 nhóm hidroxil của tấm bát diện được thay thế
bởi các oxigen đỉnh của tấm tứ diện.
Hình 1.9: Cơ cấu lớp 2:1
O: Cation bát diện; T: Cation tứ diện; Oa: oxigen tại đỉnh tứ diện
bO : oxigen tại đáy tứ diện; Ooct: tâm anion bát diện
1.5 Montmorillonite
1.5.1 Lịch sử-Khái niệm[13]
Montmorillonite (MMT) là một khoáng sét phyllosilicate rất mềm, là thành phần
chính của bentonite (khoảng 80–90 % theo khối lượng) – sản phẩm phong hóa tro núi
lửa. MMT được phát hiện vào năm 1847 tại Montmorillon trong tỉnh Vienne của Pháp,

sau đó được tìm thấy ở nhiều nơi khác trên thế giới và được biết đến với các tên gọi khác
nhau.
Montmorillonite là một trong những xúc tác thông dụng được sử dụng rộng rãi
trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt trong lĩnh vực Hóa học Xanh do khả năng phản ứng tốt,
thân thiện với môi trường, không độc hại và dễ dàng thu hồi tái sử dụng. Montmorillonite
đóng vai trò như xúc tác acid rắn hay chất mang rắn “Xanh” trong các phản ứng hóa học
do có nguồn gốc từ tự nhiên, dễ sử dụng và bền vững trong thời gian dài.
1.5.2 Cơ cấu phân loại[14]
MMT thuộc nhóm smectit, có cơ cấu lớp 2:1 bao gồm hai tấm tứ diện và một tấm
bát diện, mỗi lớp có độ dày khoảng 1 nm và có thể mở rộng theo hai hướng khác nhau
đến vài trăm nm.
Cơ cấu và thành phần mỗi loại đất sét tùy thuộc vào đặc thù địa chất nơi tìm thấy.
Do đó mỗi loại đất sét có một công dụng khác nhau. Cơ cấu của MMT được minh họa
như sau:
Hình 1.10: Mô hình cơ cấu không gian của MMT K-10
1.5.3 Tính chất
1.5.3.1 Tính chất vật lí[15]

MMT là dạng đơn khoáng, gần giống sáp nến, màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu,
nâu đỏ, có thể màu xám xanh hoặc xanh lục…khi sờ cảm thấy nhờn và trơn.
Tỷ trọng MMT trong khoảng 2.2 – 2.6, độ cứng Mohs tương đối khoảng 1.5. Tốc
độ lắng đọng thấp, thường có hiện tượng kết bông khi gặp môi trường kiềm, có độ pH
cao hoặc khi thay đổi môi trường nhanh chóng.
MMT có diện tích bề mặt lớn, diện tích lớp cao, kích thước hạt rất mịn, độ dẻo cao
và có tính thấm ướt thấp.
1.5.3.2 Tính chất hóa học
1.5.3.2.1 Tính trao đổi ion[10,15]
4
3 3
4 5
4 10 3 10( )
[ ] [ ]Si
Al Fe
Si O AlSi O
+
+ +
−− −
+
→
Nguyên nhân tạo ra khả năng này là sự thay thế đồng hình Si4+
bằng Al3+
(Fe3+
)
trong mạng tứ diện và Al3+
bởi Mg2+
(Fe2+
) trong mạng bát diện làm xuất hiện điện tích
âm trong cơ cấu. Điện tích âm đó được trung hòa bởi các cation trao đổi giữa các lớp,
thông thường là các cation kiềm: K+
, Na+
… và kiềm thổ: Ca2+
, Ba2+
… Chính các điện
tích sinh ra này làm thay đổi lực hút tĩnh điện giữa các lớp và ảnh hưởng nhiều đến khả
năng xúc tác của MMT. Bằng cách thay thế các cation giữa các lớp bằng các cation khác
có thể tạo ra nhiều loại MMT khác nhau có tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Khả năng trao đổi cation (Cation Exchange Capacity, CEC) của MMT thay đổi
trong một khoảng rộng từ 80–140 meq/100 g. Khả năng trao đổi ion còn phụ thuộc vào
hóa trị và bán kính của các cation trao đổi, các cation có hóa trị nhỏ dễ trao đổi hơn các
cation có hóa trị lớn theo thứ tự M+
> M2+
> M3+
. Với các cation có cùng hóa trị, bán kính
càng nhỏ thì khả năng trao đổi cation càng lớn theo thứ tự Li+
> Na+
> K+
> Mg2+
> Ca2+
>
Fe2+
> Al3+
.
1.5.3.2.2 Hấp phụ[16]
Tính chất hấp phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cơ cấu lớp
của chúng. Do MMT có cơ cấu tinh thể và độ phân tán cao nên có cơ cấu xốp phức tạp và
bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề
mặt trong. Diện tích bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa
các lớp trong cơ cấu tinh thể. Bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt.

Sự hấp phụ bề mặt trong của MMT có thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô
cơ, các chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực. Các chất hữu cơ phân cực có
kích thước và khối lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao
đổi nằm ở lớp xen giữa (interlayer) hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước.
Nếu các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết
hợp trực tiếp vào vị trí oxigen đáy (Ob) của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực
Van Der Waals hoặc nối hidrogen.
Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các polymer và đặc biệt là vi khuẩn
chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của MMT.
1.5.3.2.3 Tính trương nở[17]
Sự trương nở (swelling capacity) của MMT có thể xảy ra do sự hấp phụ nước hoặc
dung môi hữu cơ phân cực vào giữa các tinh thể hoặc giữa các lớp trong tinh thể, hoặc
tiếp xúc trực tiếp với môi trường có áp suất hơi của chất lỏng cao, thậm chí có thể do sự
thay thế cation nhỏ ở lớp xen giữa bằng các cation hữu cơ lớn hơn. Mỗi dạng trương nở
khác nhau sẽ có những quá trình khác nhau và chịu sự điều khiển bởi các yếu tố khác
nhau.
1.5.3.2.4 Khả năng xúc tác của MMT K-10[18]
MMT có tính chất cơ bản có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ đó là độ
acid cao. Nó có thể được xem là acid Lewis do sự thay thế đồng hình các ion Si4+
bằng
ion Al3+
ở tâm tứ diện và ion Mg2+
thay thế ion Al3+
ở bát diện làm bề mặt của MMT
mang điện tích âm. Các ion thay thế Al3+
, Mg2+
có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện
tích âm của chúng không được bù trừ bởi các ion dương. Do vậy tâm acid Lewis được tạo
thành từ ion Al3+
và ion Mg2+
. Trên bề mặt MMT tồn tại các nhóm hidroxil có khả năng
nhường proton để hình thành trên bề mặt MMT những tâm acid Brönsted.
 Đặc tính của MMT K−10 [19]
Là dạng bột mịn, màu trắng, không độc, pH 2.5−3.5, diện tích bề mặt BET khoảng
250 m2
.g-1
, tỉ khối 300−370 kg.m-3
.
Với những ưu điểm vượt trội như giá thành rẻ, không gây ăn mòn, có thể tái sử
dụng, thân thiện với môi trường và dễ xử lý, trong vài năm gần đây, xúc tác có nguồn gốc
từ đất sét, đặc biệt là MMT, nhận được nhiều sự quan tâm trong tổng hợp hữu cơ. Điển
hình là sét MMT K−10, một sản phẩm thương mại hóa, được nghiên cứu rộng rãi và trở
thành một xúc tác hữu ích cho nhiều loại phản ứng.

Chương 2: THỰC NGHIỆM
2.1 Hóa chất và thiết bị
2.1.1 Hóa chất
• Acetoacetat etil (Merck)
• Benzaldehid (Sigma-Aldrich)
• 4-Clorobenzaldehid (Sigma-Aldrich)
• p-Tolualdehid (Sigma-Aldrich)
• 4-Nitrobenzaldehid (Sigma-Aldrich)
• 4-Bromobenzaldehid (Sigma-Aldrich)
• 4-Florobenzaldehid (Sigma-Aldrich)
• Malononitril (propane-1,3-dinitril, Sigma-Aldrich)
• Etanol (Chemson)
• Kali cacbonat (Trung Quốc)
• MMT K−10 (Fluka)
2.1.2 Thiết bị
• Cân điện tử Sartotius
• Tủ sấy
• Máy khuấy từ điều nhiệt IKARET
• Bếp điện
• Máy cô quay Heidolph
• Máy đo nhiệt độ nóng chảy Buchi
2.2 Điều chế xúc tác tẩm K2CO3 trên chất mang rắn Montmorillonite K-10
Hòa tan hoàn toàn 3,0 g kali cacbonat bởi 15 ml H2O trong cốc dung tích 50 ml.
Sau đó thêm 9,0 g montmorillonite K-10 từ từ vào dung dịch, khuấy trên máy khuấy từ
trong 15 phút ở nhiệt độ thường rồi cho vào bình cô quay. Cho bay hơi nước bằng cách
đem dung dịch cô quay ở nhiệt độ 70o
C cho đến khi dung dịch khô cạn tạo thành chất
rắn. Sấy chất rắn lại trong 2h tại nhiệt độ 110o
C và nghiền mịn thì thu được xúc tác
K2CO3/MMT K-10 theo tỉ lệ khối lượng là 1:3 (g).

2.3 Tổng hợp dẫn xuất 4H-piran (4a-f)
 Phương trình phản ứng:
CN
CN
CH3
EtO O
O+ +
O
R
CN
NH2
O
EtO
CH3
R
O
H
+ H2O
4a: R=C6H5, 4b: R= 4-
NO2C6H4
4c: R= 4-FC6H4, 4d: R= 4-ClC6H4
4e: R= 4-BrC6H4, 4f: R= 4-CH3C6H4
Sơ đồ 2.1: Phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
 Cách tiến hành:
Hòa tan 2 mmol arylaldehid (1a-f), 0,132 g malononitril (2 mmol), 0,260g
acetoacetate etil (2 mmol) và 0,1 g xúc tác K2CO3/MMT K-10 với 6 ml dung môi
EtOH:H2O=1:1 trong bình cầu 50 ml. Hỗn hợp phản ứng được khuấy trộn trên bếp
khuấy từ điều nhiệt với nhiệt độ 55 (o
C), thời gian 20 (phút). Sau đó để nguội hỗn hợp
phản ứng, lọc lấy chất rắn, rửa lại bằng EtOH:H2O=1:1. Chất rắn trên được hòa tan bởi
30 ml ethanol nóng, lọc lấy dung dịch và thu hồi xúc tác nằm trên phễu. Sản phẩm cuối
cùng được cho vào cốc 50 ml rồi kết tinh lại bằng ethanol.
Từ điều kiện thực hiện phản ứng ban đầu tiếp tục quá trình tối ưu hóa các điều
kiện phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-piran. Sau đó áp dụng các điều kiện tối ưu để tổng
hợp dẫn xuất 4H-piran.
2.4 Định danh sản phẩm
Sản phẩm cuối cùng được định danh bằng cách xác định nhiệt độ nóng chảy và
nghiên cứu cấu trúc thông qua phổ 1
H-NMR và phổ 13
C-NMR.
K2CO3/MMT K-10
Khuấy từ điều nhiệt
(1a-f) (2) (3) (4a-f)

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Quy trình tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
3.1.1 Sơ đồ điều chế
Arylaldehid + Malononitril + Acetoacetat etil + xúc tác
K2CO3/MMT K-10 + dung môi EtOH:H2O
Để nguội hỗn hợp phản ứng rồi
lọc với EtOH:H2O
(1:1)
Xúc tác và sản phẩmDung dịch
1. Làm khan.
2. Lọc thu hồi xúc
tác lấy dung dịch bằng
ethanol nóng.
3. Kết tinh lại bằng
ethanol.
Xúc tácSản phẩm
Hiệu suất
Sấy sản phẩm
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ điều chế sản phẩm

3.1.2 Quá trình tối ưu hóa điều kiện phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-piran [5]
 Phương trình phản ứng:
CN
CN
CH3
EtO O
O+ +
O
R
CN
NH2
O
EtO
CH3
R
O
H
+ H2O
 Cơ chế phản ứng [5-6]
Cơ chế phản ứng được nghiên cứu thực hiện qua 2 giai đoạn như sau:
• Giai đoạn 1: Malononitril tạo thành cacbanion ổn định thực hiện phản ứng ngưng
tụ với arylaldehid (1a-f) tạo thành hợp chất benzylidenemalononitril không no.
H
NC
NC H
K2CO3/K10
CH (CN)2 + H
+
(2)
Đa số cacbanion ổn định được tạo ra bởi sự dị li các liên kết. Thông thường các
liên kết C-H khá bền vững, khó có thể tự phân li như trên. Vì vậy, để tăng tốc độ sự dị li
người ta thường phải sử dụng xúc tác base. Ở bài này có sự kết hợp mới mẻ giữa K-10
tẩm muối kalicacbonat tạo thành một xúc tác mang tính bazơ và được đưa vào tìm hiểu
qua tổng hợp hữu cơ.
Tiếp theo, thực hiện phản ứng ngưng tụ Knovenagel giữa benzaldehid và cacbanion của
malononitril tạo thành hợp chất benzylidenemalononitril không no (A) và loại một phân
tử nước.
K2CO3/MMT K-10
(1a) (2) (3) (4a)

R H
O
+
CN
CN
R - C - CH (CN)2
O
H
H
+
- H2O
R - C - CH (CN)2
OH
H
R
NC
C = N
Giai đoạn 2:
Thực hiện phản ứng cộng Michael của cacbanion là hợp phần methylen của hợp
chất acetoacetate etil vào hợp chất không no (A) trên tạo thành hợp chất trung gian quan
trọng (B).
Sau đó hợp chất (B) thực hiện chuyển hóa nhóm chức cacbonyl và đóng vòng
trung gian ( C ) cho ra sản phẩm dẫn xuất 4H-piran cần tổng hợp.
Phản ứng dễ dàng xảy ra vì trong hợp chất β – diceton, nguyên tử hidro ở -CH2
nằm giữa 2 nhóm C=O của hợp chất acetoacetate etil rất linh động.
R
NC
C = N +
CH3
EtO O
O
C = N
O
R
CN
O
EtO
CH3
(1a-f)
(A)
(3)

C = N
O
R
CN
O
EtO
CH3
C = N
CH3
CN
RO
EtO
O
O
O
EtO
CH3
R
CN
NH O
O
EtO
CH3
R
CN
NH2
 Điều kiện phản ứng ban đầu:
Tỉ lệ tác chất 1:2:3 = 2:2:2 (mmol), dung môi EtOH:H2O = 1:1 (6 ml), nhiệt độ 55
(o
C), thời gian 20 (phút) và xúc tác K2CO3/MMT K-10 0,1 (g).
Từ điều kiện phản ứng ban đầu tôi tiến hành khảo sát tỉ lệ etanol:H2O, nhiệt độ tối
ưu của phản ứng, tiếp theo cố định nhiệt độ này rồi tiến hành thay đổi thời gian phản
ứng để tìm thời gian tối ưu của phản ứng. Tương tự, tiến hành khảo sát các yếu tố khác
của phản ứng như: tỉ lệ malononitril:benzaldehid, acetoacetat etil:benzaldehid,
benzaldehid: malononitril:acetoacetat etil và khối lượng xúc tác K2CO3/MMT K−10.
3.1.2.1 Tỉ lệ etanol:H2O
Khi thực hiện phản ứng không dung môi thì phản ứng không xảy ra. Do đó chúng
tôi tiến hành thêm vào dung môi etanol, tuy nhiên hiệu suất thu được khá thấp. Vì vậy
chúng tôi thay đổi hệ dung môi là etanol:H2O tỉ lệ 1:1 (ml) [5]
. Sau đó tiến hành khảo sát
thay đổi tỉ lệ etanol:H2O cũng như lượng dung môi được thêm vào. Kết quả được trình
bày trong Bảng 3.1.
(B)
(4a-f)(C)

Bảng 3. 1: Khảo sát thay đổi tỉ lệ etanol:H2O
Khi thay đổi hệ dung môi etanol:H2O thì tỉ lệ etanol:H2O (1:1) và lượng dung môi
được thêm vào là 6 ml cho hiệu suất tốt nhất (thí nghiệm 5), thêm nhiều dung môi hơn
không ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng (thí nghiệm 7).
3.1.2.2
Để khảo sát nhiệt độ tối ưu của phản ứng, tiến hành cố định thời gian phản ứng là
20 phút, khối lượng xúc tác K2CO3/MMT K−10 là 0,1 g, tỉ lệ benzaledhid
malononitril:acetoacetat etil lần lượt là 2:2:2 (mmol).
Bảng 3.2: Kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng
STT Nhiệt độ (o
C) Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%)
1 45 0,400 70
2 50 0,405 71
3 55 0,42 74
4 60 0,409 72
5 65 0,386 68
STT Dung môi
Thể tích
(ml)
Hiệu suất
(%)
1 Etanol 6 18
2 H2O 6 33
3 Etanol/H2O (1:2) 6 52
4 Etanol/H2O (2:1) 6 63
5 Etanol/H2O (1:1) 6 68
6 Etanol/H2O (1:1) 3 63
7 Etanol/H2O (1:1) 9 66
Nhiệt độ phản ứng

Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa nhiệt độ phản ứng
Từ đồ thị 3.1 và bảng 3.2 cho thấy phản ứng tại nhiệt độ 45o
C bắt đầu tăng dần và
đạt hiệu suất cao nhất tại 55 o
C ( thí nghiệm 3, 74 %) sau đó giảm dần theo chiều tăng
nhiệt độ. Vì khi tăng nhiệt độ lên càng cao thì sản phẩm trung gian còn lại càng ít, do
dung môi đã bắt đầu bay hơi.
3.1.2.3 Thời gian phản ứng
Sau khi chọn nhiệt độ tối ưu của phản ứng là 55 o
C, cố định khối lượng xúc tác và
tỉ lệ benzaledhid:malononitril:acetoacetat etil để khảo sát thời gian phản ứng từ 10 -60
phút.
STT
Thời gian phản
ứng (phút)
Khối lượng sản phẩm
(g)
Hiệu suất
(%)
1 10 0,367 65
2 15 0,383 67
3 20 0,420 74
4 30 0,385 68
5 60 0,340 60
Hiệusuấtthựctế(%)
Nhiệt độ
(
o
C)
Bảng 3.3: Kết quả tối ưu hóa thời gian phản ứng

Đồ thị 3.2: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hóa thời gian
Từ đồ thị 3.2 và bảng 3.3 cho thấy tăng thời gian từ 10 phút đến 20 phút thì hiệu
suất tăng nhanh đáng kể và đạt hiệu suất cao nhất với thời gian phản ứng là 20 phút (thí
nghiêm 3), sau đó giảm nhanh theo chiều tăng thời gian phản ứng. Từ đồ thị cho thấy thời
gian phản ứng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng tạo thành sản phẩm.
3.1.2.4 Tỉ lệ benzaldehid:malononitril
Từ kết quả nghiên cứu tài liệu tham khảo cơ chế phản ứng cho thấy, việc thay đổi
tỉ lệ acetoacetate etil:benzaldehid không phải là phương thức hiệu quả để cải thiện hiệu
suất phản ứng. Do đó, tôi tiếp tục cố định nhiệt độ 55o
C, thời gian 20 phút, khối lượng
acetoacetate etil 0,26 g (2 mmol), khối lượng xúc tác 0,1 g, thay đổi tỉ lệ
benzaldehid:malononitril (mmol) để tìm tỉ lệ tối ưu giữa hai lượng tác chất này.
Thời gian (phút)
Hiêụsuấtthựctế(%)

STT Tỉ lệ (2):(1a)
(mmol:mmol)
Khối lượng sản phẩm
(g)
Hiệu suất
(%)
1 2:2 0,42 74
2 3:2 0,31 55
3 4:2 0,40 70
4 5:2 0,34 60
Từ kết quả bảng 3.4 cho thấy, khi tăng lượng malononitril thì hiệu suất của phản
ứng giảm, nên tôi chọn tỉ lệ tốt nhất là 2 mmol ( thí nghiệm 1). Mặc dù tỉ lệ 4:2 có tăng
hơn so với tỉ lệ 3:2 nhưng sản phẩm sinh ra có chứa nhiều tạp chất và đặc biệt là bị nhiễu
màu nâu đỏ của dung dịch malononitril do lượng tác chất cho vào quá nhiều đồng thời
cũng do hỗn hợp phản ứng quá loãng làm khả năng xúc tác của K2CO3/MMT K−10 bị
giảm khi càng tăng tỉ lệ lên đến 5:2.
3.1.2.5 Tỉ lệ benzaldehid:acetoacetat etil
Sau khi chọn được tỉ lệ tối ưu giữa benzaldehid:mailononitril = 2:2 (mmol), tôi
tiếp tục cố định nhiệt độ 55 o
C, thời gian 20 phút, khối lượng xúc tác 0,1 g, và thay đổi tỉ
lệ benzaldehid:acetoacetate etil (mmol) để tìm tỉ lệ tối ưu giữa hai lượng tác chất này.
Bảng 3.5: Kết quả tối ưu tỉ lệ acetoacetate etil:benzaldehid
Từ kết quả bảng 3.5 cho thấy, khi tăng lượng tác chất acetoaetat etil thì hiệu suất
của phản ứng giảm và cho hiệu suất cao nhất theo tỉ lệ 2 mmol ( thí nghiệm 1). Có thể lý
giải điều này là do khi lượng tác chất này quá nhiều sẽ làm hỗn hợp phản ứng quá loãng,
làm giảm khả năng xúc tác của nên khả năng phản ứng xảy ra giữa các tác chất theo cơ
STT
Tỉ lệ (3):(1a)
(mmol:mmol)
Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%)
1 2:2 0,420 74
2 3:2 0,350 62
3 4:2 0,270 48
Bảng 3.4: Kết quả tối ưu tỉ lệ malononitril:benzaldehid

chế đề ra khó có thể đạt hiệu suất cao [6]
.
3.1.2.6 Tỉ lệ benzaldehid:malononitril:acetoacetat etil
Sau khi chọn được các điều kiện tối ưu cho phản ứng: nhiệt độ 55 o
C, thời gian 20
phút, tỉ lệ tác chất benzaledhid:malononitril và benzaldehid:acetoacetat etil như trên, tôi
tiếp tục tăng dần lượng tác chất benzaldehid để khảo sát sự thay đổi 3 lượng tác chất cho
vào phản ứng trên tìm tỉ lệ sử dụng tối ưu.
Bảng 3.6: Kết quả tối ưu tỉ lệ benzaldehid:malononitril:acetoacetate etil
STT
Tỉ lệ (1a):(2):(3)
(mmol)
Khối lượng sản phẩm (g) Hiệu suất (%)
1 2:2:2 0,420 74
2 3:2:2 0,5427 93
3 4:2:2 0,447 79
4 5:2:2 0,255 40
Từ kết quả bảng 3.6 cho thấy, khi tăng tỉ lệ 2 mmol của chất (1) lên lượng 3 mmol
thì hiệu suất tăng đáng kể (93%) và tiếp tục tăng lượng tác chất benzaldehid thì hiệu suất
của phản ứng giảm. Kết quả cho hiệu suất tốt nhất theo tỉ lệ 3:2:2 (mmol) (thí nghiệm 1).
Có thể lý giải điều này là do khi lượng tác chất này quá nhiều sẽ làm hỗn hợp phản ứng
quá loãng, làm giảm khả năng xúc tác nên khả năng phản ứng xảy ra giữa các tác chất
theo cơ chế đề ra khó có thể đạt hiệu suất cao.
3.1.2.7 Khối lượng xúc tác
Sau khi chọn được các điều kiện tối ưu cho phản ứng: nhiệt độ 55 o
C, thời gian 20
phút, tỉ lệ tác chất benzaledhid:malononitril:acetoacetat etil lần lượt là 3:2:2 (mmol), tôi
tiếp tục thay đổi lượng xúc tác sử dụng để tìm lượng xúc tác sử dụng tối ưu.

Bảng 3.7: Kết quả tối ưu khối lượng xúc tác
STT
Khối lượng
xúc tác (g)
Khối lượng
sản phẩm (g)
Hiệu suất
(%)
1 Không xúc tác 0 0
2 0,05 0,1 18
3 0,10 0,527 93
4 0,15 0,490 86
5 0,20 0,435 77
6 0,25 0,385 68
Từ bảng 3.7 và đồ thị 3.3 cho thấy khi không sử dụng xúc tác thì phản ứng chưa
xảy ra, nhưng khi tăng lượng xúc tác tăng từ 0,05 g đến 0,1 g thì hiệu suất tăng vượt trội (
từ 18% lên đến 93%, thí nghiệm 1,2) và sau đó hiệu suất giảm dần theo chiều tăng khối
lượng xúc tác. Điều này được giải thích là khi lượng xúc tác quá ít (0,05 g) thì không đủ
để xúc tác cho phản ứng nên hiệu suất thu được chỉ được 18% thấp hơn khoảng gấp hơn
5 lần so với khối lượng xúc tác tối ưu 0,1 g đạt hiệu suất tối đa 93%. Sau đó tiếp tục tăng
khối lượng xúc tác từ 0,15 g-0,25 g thì sau phản ứng sản phẩm trung gian sẽ còn lại trong
hỗn hợp rất nhiều. Lí do là khi có quá nhiều xúc tác sẽ làm hỗn hợp phản ứng quá đặc sệt,
Khối lượng xúc tác (g)
Hiệusuấtthựctế(%)
Đồ thị 3.3: Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu khối lượng xúc tác

làm giảm khả năng kết hợp giữa các phân tử tác chất cũng như giảm khả năng tạo thành
sản phẩm chính của. Dẫn đến làm giảm hiệu suất của phản ứng. Từ đó cho ta thấy tầm
ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng một cách rõ rệt. Với lượng xúc tác phù
hợp thì tốc độ phản ứng xảy ra hoàn toàn nhanh và đạt hiệu suất cao hơn rất nhiều so với
việc không sử dụng xúc tác hay sử dụng một lượng không phù hợp.
 Qua quá trình tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp dẫn xuất
4H-piran được thực hiện trong điều kiện phản ứng như sau:
• Tỉ lệ mol tác chất: ( 1a):2:3 = 3:2:2 (mmol)
• Dung môi EtOH:H2O = 1:1 (6ml)
• Nhiệt độ: 55 (o
C)
• Thời gian: 20 (phút)
• Khối lượng xúc tác K2CO3/MMT K-10: 0,1 (g)
3.1.3 So sánh khi sử dụng các xúc tác khác
Sau khi tối ưu hóa phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4H-piran, chúng tôi so sánh khi
tiến hành phản ứng bằng xúc tác K2CO3, montmorillonite K-10 và các xúc tác khác. Kết
quả được trình bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: So sánh khi sử dụng các xúc tác khác
Xúc tác Dung môi
Thời gian
(phút)
Nhiệt độ
(o
C)
Hiệu suất
(%)
Montmorillonite K10 Etanol/H2O (1:1) 20 55 0
K2CO3 Etanol/H2O (1:1) 20 55 77
K2CO3/K10 Etanol/H2O (1:1) 20 55 93
MgO [6]
Metanol 300 Hoàn lưu 67
KF/Al2O3
[7]
Mg-Al (hidrotalcite) [7]
Hỗn hợp oxid Mg/La [7]
Kết quả từ bảng 3.8 cho thấy khi có xúc tác MMT K-10 thì không xảy ra phản ứng
so với phản ứng có xúc tác K2CO3 và xúc tác K2CO3/MMT K-10 bởi vì phản ứng cần có

xúc tác mang tính base tương đối phù hợp để phản ứng được thuận lợi diễn ra mang lại
hiệu suất cao.
Nhưng khi sử dụng xúc tác base K2CO3 cho kết quả thấp hơn nhiều khi được tẩm
trên chất mang rắn là montmorillonte K-10 do montmorillonite K-10 có diện tích bề mặt
riêng lớn nên khi tẩm K2CO3 lên bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc với các tác chất tham
gia phản ứng. So với các xúc tác baz dị thể khác như MgO, KF/Al2O3 và hidrotalcite thì
hiệu quả xúc tác của K2CO3 tẩm trên montmorillonite K-10 tốt hơn và thời gian phản
ứng cũng được rút ngắn hơn.
3.1.4 Tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
 Phương trình tổng hợp
CN
CN
CH3
EtO O
O+ +
O
R
CN
NH2
O
EtO
CH3
R
O
H
+ H2O
Sơ đồ 3.2: Phương trình tổng hợp dẫn xuất 4H-piran
Bảng 3.9: Kết quả tổng hợp các dẫn xuất
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
R
K2CO3/MMT K-10
(4a-f)
(1a-f) (2) (3) (4a-f)

STT R
Công thức cấu tạo
của sản phẩm
Màu
sắc
Mp (o
C) Hiệu
suất
(%)
Phụ
lụcTLTK
Thực
nghiệm
1 C6H5
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
(4a)
Tinh
thể,
màu
trắng
190-191.5[5]
192-193 94
Phụ
lục 1
2
4-
NO2C6H4
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
NO2
(4b)
Tinh
thể,
màu
vàng
178-180 [2]
176-178 69
Phụ
lục 2
3 4-FC6H4
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
F
(4c)
Tinh
thể
,màu
trắng
170-172 173-175 88
Phụ
lục 3
4 4-ClC6H4
O NH2
CN
CH3
O
EtO
Cl
(4d)
Tinh
thể,
màu
trắng
175-177 177-179 91
Phụ
lục 4

 Từ bảng 3.9 cho thấy các dẫn xuất có chứa nhóm rút electron (-NO2, -F, -Cl, -Br…)
cho hiệu suất cao hơn nhiều so với các nhóm đẩy electron (-CH3, OH…) tại vị trí para.
Cụ thể là trong đó nhóm halogen cho hiệu suất tương đối cao hơn nhóm nitro.
 Điều này được giải thích là do nhóm -NO2 mang cộng hưởng -R và có hiện tượng
cộng hưởng giữa nhóm nitro và vòng thơm nên chắc sẽ xảy ra sự cạnh tranh tại các vị trí
ortho, meta và para tạo thành nhiều sản phẩm phụ nên hiệu suất sản phẩm (4b) không cao
bằng các nhóm halogen. Trong khi đó nhóm halogen –F, -Cl, -Br mang cộng hưởng +R
nhưng chúng đều lại gây hiệu ứng cảm –I nên trong giai đoạn 1 của cơ chế phản ứng,
những nhóm này có khả năng rút electron mạnh làm cho mật độ electron của aldehid linh
động hơn thuận lợi cho cacbanion của malononitril dễ dàng tấn công tạo thành hợp chất
trung gian quan trọng benzylidenmalononitril không no A điều kiện cần cho tổng hợp
hữu cơ với hiệu suất tương đối cao. Trong khi đó các nhóm metyl mang cộng hưởng +R
và gây hiệu ứng +I nên cho phản ứng theo xu hướng ngược lại.
5 4-BrC6H4
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
Br
(4e)
Tinh
thể,
màu
trắng
180-181[5]
180-182 67
Phụ
lục 5
6
4-
CH3C6H4
(4f)
Tinh
thể,
màu
trắng
177-179 [6]
180-181 75
Phụ
lục 6
O
CN
NH2
O
EtO
CH3
CH3

3.1.5 Định danh sản phẩm
3.1.5.1 Phổ 1
H-NMR
Hình 3.1: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4a)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4a) qua phổ 1
H-NMR, kết quả phổ cộng
hưởng từ proton của (4a) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4a) đã tổng hợp thành
công.
Quan sát trên phổ 1
H-NMR cho thấy về cường độ của các tín hiệu có tổng cộng 16
proton được tách thành các tín hiệu với cường độ tương đối 3 : 3 : 2 : 1 : 2 : 3: 2 phù hợp
với cấu trúc dự đoán của (4a).
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
1 2
3 4
5
7
8
9
10 6

Trong vùng trường mạnh, xuất hiện tín hiệu triplet có cường độ tương đối bằng 3
và độ dịch chuyển hóa học δ=1,082 ppm, hằng số tách J=7 được quy kết cho 3 proton
của H1
thuộc nhóm etyl của ester.
Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 3 và có độ dịch chuyển hóa học
δ=2,340 ppm được quy kết cho proton H3
thuộc nhóm metyl. Tín hiệu singlet với cường
độ bằng 1 và độ dịch chuyển hóa học δ=4,386 ppm được quy kết cho proton H5
của vòng
piran.
Trên phổ còn xuất hiện tín hiệu multiplet với cường độ bằng 2, có độ dịch chuyển
hóa học bằng δ=3,976-4,039 ppm và hệ số tách J=7 được quy kết cho 2 proton tương
đương H2
thuộc nhóm etyl của ester. Do nhóm –CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử
oxigen có độ âm điện tương đối lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm
chắn mạnh nên dịch chuyển về trường yếu hơn.
Tại vùng trường yếu, xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ bằng 2 và độ dịch
chuyển δ=6,152 ppm được quy kết cho 2 proton H4
của nhóm amin.
Ngoài ra, trên phổ còn xuất hiện cụm tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học δ=7,184-
7,312 ppm là vùng tín hiệu đặc trưng cho các proton của vòng thơm. Trong đó tín hiệu
multi với cường độ tương đối bằng 2 và có độ dịch chuyển hóa học δ=7,282-7,312 ppm
được quy kết cho 2 proton H6, 10
. Tín hiệu multiplet với cường độ bằng 3 và có độ
chuyển dịch hóa học δ =7,184-7,222 ppm được quy kết cho 3 proton H7, 8, 9
. Do hai
proton ở H6
và H10
chịu sự ảnh hưởng của 2 nhóm -COO- và -CN mang cộng hưởng -R,
nên làm mật độ electron 2 proton này giảm nên tín hiệu proton H6
và H10
dịch chuyển về
trường yếu hơn so với 3 proton H7
, H8
và H9
còn lại trên vòng benzene.

Bảng 3.10 : Tóm tắt các tín hiệu trên phổ 1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
1 2
3 4
5
7
8
9
10 6
Các proton
ở vị trí
Tín hiệu [δ (ppm), J(Hz)] TLTK[21]
[δ (ppm), J(Hz)]
1
1.082
(t, 3H, J=7)
1,10
(t, 3H, J=7,1)
2
3,976-4,039
(m, 2H, J=7)
4,0
(q, 2H, J=6,6)
3
2,340
(s, 3H)
-
4
6,152
(s, 2H)
6,1
(s, 2H)
5
4,386
(s, 1H)
4,4
(s, 1H)
6,10
7,282-7,312
(m, 2H)
7,30-7,35
(m, 2H)
7,8,9
7,184-7,222
(m, 3H)
7,18-7,23
(m, 3H)

3.1.5.2 Phổ 13
C-NMR
Hình 3.2: Phổ 13
C-NMR của hợp chất (4a)
Quan sát trên phổ 13
C của hợp chất (4a) cho thấy xuất hiện đầy đủ các mũi cacbon
13
C phù hợp với cấu trúc dự đoán của hợp chất (4a).
Tại vùng trường mạnh, xuất hiện tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=14,19 ppm
được quy kết cho cacbon C1
thuộc nhóm etyl của ester. Còn tín hiệu có độ chuyển dịch
hóa học δ=18,45 ppm được quy kết cho cacbon C6
. Do C6
liên kết trực tiếp với C5
ở
trạng thái lai hóa sp2
và gắn trực tiếp với nguyên tử oxy có độ âm điện mạnh trong khi đó
cacbon C1
gắn trực tiếp với nhóm -CH2- ở trạng thái lai hóa sp3
làm C6
dịch chuyển về
trường yếu C1
hơn nên độ dịch chuyển hóa học của cacbon C6
lớn hơn độ dịch chuyển
hóa học của cacbon C1
.
O
CN
NH2
O
CH3
H3C - H2C - O
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học δ=40,11 ppm được quy kết cho cacbon C10
.
Tín hiệu có độ dịch chuyển hóa học δ=60,53 ppm được quy kết cho cacbon C2
. Do C2
gắn trực tiếp vào nguyên tử oxigen có độ âm điện lớn và hiệu ứng rút electron xảy ra
ngang qua chỉ một nối đơn C-O nên trong phổ 13
C-NMR khoảng dịch chuyển này khá
lớn.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=61,03 ppm được quy kết cho cacbon C8
.
. Tín hiệu
có độ chuyển dịch hóa học δ=119,63 ppm đặc trưng được quy kết cho cacbon C9
của
nhóm nitril.
Các cacbon trong vòng benzene được chịu ảnh hưởng nhẹ của hai nhóm mang
cộng hưởng –R làm giảm hiệu ứng chắn electron trong đó cacbon C11
bị giảm hiệu ứng
chắn nhiều nhất, tiếp theo là cacbon C12
, C16
rồi cacbon C13
, C15
và chịu ảnh hưởng ít
nhất là cacbon C14
. Do đó các cacbon của vòng benzene được quy kết tương ứng với độ
dịch chuyển hóa học như sau:
.
, C15
.
, C16
.
.
Tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học 157,64-159,48 ppm được quy kết cho cacbon
C5
, C7
. Ngoài ra trên phổ còn xuất hiện tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học δ=166,49
ppm đặc trưng được quy kết cho cacbon C3
của nhóm cacbonyl. Cacbon cacbonil C=O
có độ dịch chuyển hóa học rất lớn vì cacbon này ở trạng thái tạp chủng sp2
và vì C gắn
trực tiếp vào nguyên tử oxi có độ âm điện mạnh.

Các cacbon
ở vị trí
Tín hiệu δ (ppm) TLTK[5]
1 14,19 13,86
2 60.53 60,64
3 166,49 165,83
4 108,59 108,00
5,7 157,64-159,48 156,76-157,39
6 18,45 18,37
8 61,03 62,58
9 119,63 118.80
10 40,11 38,75
11 145,84 143,72
12,16 129,23 128,56
13,15 128,36 127,50
14 127,72 127,17

Hình 3.3: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4b)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4b) qua phổ 1
hưởng từ proton của (4b) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4b) đã tổng hợp thành
công.
So với hợp chất (4a) thì hợp chất (4b) được thay thế bởi nhóm nitro (-NO2) vào
proton ở vị trí 8 của hợp chất (4a) nên quan sát trên phổ 1
H-NMR của hợp chất (4b) cho
thấy về cường độ của các tín hiệu có tổng cộng 15 proton được tách thành các tín hiệu
với cường độ tương đối 3 : 3 : 2 : 1 : 2 : 2: 2 và tất cả tín hiệu pronton đều dịch chuyển
trong vùng trường thấp hơn so với hợp chất (4a) phù hợp với cấu trúc dự đoán của (4b).
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
NO2
1 2
3 4
5
78
9 6

của H1
Tín hiệu doublet với cường độ tương đối bằng 3 và có độ dịch chuyển hóa học
của vòng
piran.
Trên phổ còn xuất hiện tín hiệu mũi bốn bị chẻ đôi với cường độ bằng 2, có độ
dịch chuyển hóa học bằng δ=4,002-4,064 ppm được quy kết cho 2 proton tương đương
H2
thuộc nhóm etyl của ester. Do nhóm -CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử oxigen có
độ âm điện tương đối lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm chắn mạnh
nên dịch chuyển về trường yếu hơn và trong không gian, proton H2
sẽ ghép với proton
của nhóm ester nên tại tín hiệu proton H3
xuất hiện mũi đôi còn tín hiệu proton H2
xuất
hiện mũi bốn bị chẻ đôi một lần nữa.
của nhóm amin.
8,218 ppm là vùng tín hiệu đặc trưng cho các proton của vòng thơm. Trong đó xuất hiện
tín hiệu doublet với cường độ tương đối bằng 2, có độ dịch chuyển hóa học δ=7,513-
7,536 ppm và hệ số tách J=9 Hz được quy kết cho 2 proton H6, 9
. Tín hiệu doublet với
cường độ bằng 2, có độ chuyển dịch hóa học δ =8,190-8,218 ppm và hệ số tách J=9 Hz
. Do hiệu ứng –I, -R của nhóm –NO2 ở vị trí para làm
cho proton H7
và H8
được giảm chắn mạnh nên sẽ cho tín hiệu ở trường yếu hơn proton
H6
và H9
.

Bảng 3.12: Tóm tắt các tín hiệu trên phổ 1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
NO2
1 2
3 4
5
78
9 6
Các proton
ở vị trí
Tín hiệu [δ (ppm), J(Hz)] TLTK [δ (ppm), J(Hz)]
1
1.095
(t, 3H, J=7)
1,01
(t, 3H, J=7)
2
4,002-4,064
(m, 2H)
3,97
(q, 2H, J=7)
3
2,396
(d, 3H)
2,38
(s, 3H)
4
6,259
(s, 2H)
6,86
(s, 2H)
5
4,573
(s, 1H)
4,47
(s, 1H)
6,9
7,513-7,536
(d, 2H, J=9)
7,42
(d, 2H, J=8,8)
7,8
8,190-8,218
(d, 2H, J=9)
8,16
(d, 2H, J=8,8)

Hình 3.4: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4c)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4c) qua phổ 1
hưởng từ proton của (4c) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4b) đã tổng hợp thành
công.
So với hợp chất (4a) thì hợp chất (4c) được thay thế bởi nhóm flour (-F) vào
H-NMR của hợp chất (4c) cho
với cường độ tương đối 3 : 3 : 2 : 1 : 2 : 2: 2 phù hợp với cấu trúc dự đoán của (4c).
của H1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
F
1 2
3 4
5
78
9 6

Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 3 và có độ dịch chuyển hóa học
của vòng
piran.
Trên phổ còn xuất hiện tín hiệu multi với cường độ bằng 2, có độ dịch chuyển hóa
học bằng δ=4,031 ppm được quy kết cho 2 proton tương đương H2
thuộc nhóm etyl của
ester. Do nhóm –CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử oxigen có độ âm điện tương đối
lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm chắn mạnh nên dịch chuyển về
trường yếu hơn. Tại vùng trường yếu, xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ bằng 2 và
độ dịch chuyển δ=6,111 ppm được quy kết cho 2 proton H4
của nhóm amin.
tín hiệu triplet với cường độ tương đối bằng 2, có độ dịch chuyển hóa học δ=7,046-7,082
ppm và hệ số tách J=9 Hz được quy kết cho 2 proton H6, 9
. Tín hiệu doublet-doublet với
cường độ bằng 2, có độ chuyển dịch hóa học δ =7,248-7,276 ppm được quy kết cho 2
proton H7, 8
. Do hiệu ứng cảm –I của nhóm –F ở vị trí para và là nguyên tố có độ âm
điện mạnh nhất làm cho proton H7
và H8
được giảm chắn mạnh nên sẽ cho tín hiệu ở
trường yếu hơn proton H6
và H9
.

O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
F
1 2
3 4
5
78
9 6
Các proton
ở vị trí
[δ (ppm), J(Hz)]
1
1.104
(t, 3H, J=7)
1,11
(t, 3H, J=7)
2
4,031
(m, 2H)
4,05
(q, 2H, J=7)
3
2,346
(s, 3H)
2,35
(s, 3H)
4
6,111
(s, 2H)
5,89
(s, 2H)
5
4,415
(s, 1H)
4,39
(s, 1H)
6,9
7,046-7,082
(t, 2H, J=9) 6,92-7,21
(4H)
7,8
7,248-7,276
(dd, 2H)

Hình 3.5: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4d)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4d) qua phổ 1
hưởng từ proton của (4d) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4d) đã tổng hợp thành
công.
So với hợp chất (4a) thì hợp chất (4d) được thay thế bởi nhóm cloro (-Cl) vào
H-NMR của hợp chất (4d) cho
với cường độ tương đối 3 : 3 : 2 : 1 : 2 : 2: 2 phù hợp với cấu trúc dự đoán của (4d).
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
Cl
1 2
3 4
5
78
9 6

của H1
thuộc nhóm metyl. Tín hiệu doublet với cường
của vòng
piran.
học bằng δ=3,481-3,541 ppm được quy kết cho 2 proton tương đương H2
thuộc nhóm
etyl của ester. Do nhóm –CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử oxigen có độ âm điện
tương đối lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm chắn mạnh nên dịch
chuyển về trường yếu hơn. Tại vùng trường yếu, xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ
bằng 2 và độ dịch chuyển δ=6,496 ppm được quy kết cho 2 proton H4
của nhóm amin.
6,734 ppm và hệ số tách J=8,5 Hz được quy kết cho 2 proton H6, 9
cường độ bằng 2, có độ chuyển dịch hóa học δ =6,905-6,933 ppm và hệ số tách J=8,5
Hz được quy kết cho 2 proton H7, 8
. Do hiệu ứng cảm –I của nhóm -Cl ở vị trí para và là
nguyên tố có độ âm điện mạnh làm cho proton H7
và H8
được giảm chắn mạnh nên sẽ
cho tín hiệu ở trường yếu hơn proton H6
và H9
.

O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
Cl
1 2
3 4
5
78
9 6
Các proton
ở vị trí
[δ (ppm), J(Hz)]
1
0,584
(t, 3H, J=7)
1,12
(t, 3H, J=7,16)
2
3,481-3,541
(m, 2H)
4,06-4,00
(m, 2H)
3
1,860
(d, 3H)
2,36
(s, 3H)
4
6,496
(s, 2H)
5,93
(s, 2H)
5
3,861
(d, 1H)
4,38
(s, 1H)
6,9
6,707-6,734
(d, 2H, J=8,5)
7,15
(d, 2H, J=8)
7,8
6,905-6,933
(d, 2H, J=8,5)
7,25
(d, 2H, J=8)

Hình 3.6: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4e)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4e) qua phổ 1
hưởng từ proton của (4e) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4e) đã tổng hợp thành
công.
So với hợp chất (4e) thì hợp chất (4e) được thay thế bởi nhóm bromo (-Br) vào
H-NMR của hợp chất (4e) cho
với cường độ tương đối 3 : 3 : 2 : 1 : 2 : 2: 2 phù hợp với cấu trúc dự đoán của (4e).
của H1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
Br
1 2
3 4
5
78
9 6

của vòng
piran.
học bằng δ=4,008-4,068 ppm được quy kết cho 2 proton tương đương H2
thuộc nhóm
etyl của ester. Do nhóm –CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử oxigen có độ âm điện
tương đối lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm chắn mạnh nên dịch
chuyển về trường yếu hơn. Tại vùng trường yếu, xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ
bằng 2 và độ dịch chuyển δ=128 ppm được quy kết cho 2 proton H4
của nhóm amin.
7,208 ppm và hệ số tách J=8,5 Hz được quy kết cho 2 proton H6, 9
cường độ bằng 2, có độ chuyển dịch hóa học δ =7,474-7,501 ppm và hệ số tách J=8,5 Hz
. Do hiệu ứng cảm –I của nhóm -Br ở vị trí para và là
nguyên tố có độ âm điện mạnh làm cho proton H7
và H8
được giảm chắn mạnh nên sẽ
cho tín hiệu ở trường yếu hơn proton H6
và H9
.

Bảng3.15 : Tóm tắt các tín hiệu trên phổ 1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
Br
1 2
3 4
5
78
9 6
Các proton
ở vị trí
[δ (ppm), J(Hz)]
1
1,109
(t, 3H, J=7)
1,11
(t, 3H, J=6,9)
2
4,008-4,068
(m, 2H)
4,03
(q, 2H, J=6,9)
3
2,353
(d, 3H)
2,35
(s, 3H)
4
6,128
(s, 2H)
4,66
(s, 2H)
5
4,405
(d, 1H)
4,40
(s, 1H)
6,9
7,181-7,208
(d, 2H, J=8,5)
7,08
(d, 2H, J=8,4)
7,8
7,474-7,501
(d, 2H, J=8,5)
7,42
(d, 2H, J=8,4)

Hình 3.7: Phổ 1
H-NMR của hợp chất (4f)
Chúng tôi tiến hành định danh sản phẩm (4f) qua phổ 1
hưởng từ proton của (4f) cho phép chúng tôi khẳng định hợp chất (4f) đã tổng hợp thành
công.
So với hợp chất (4a) thì hợp chất (4f) được thay thế bởi nhóm metyl (-CH3) vào
H-NMR của hợp chất (4f) cho
với cường độ tương đối 3:3:3:2:1:2:4 phù hợp với cấu trúc dự đoán của (4f).
của H1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
CH3
1 2
3 4
5
7
8
9
10 6

thuộc nhóm etyl của ester. Tín hiệu singlet với
cường độ tương đối bằng 3 và có độ dịch chuyển hóa học δ=2,249 ppm được quy kết cho
proton H8
thuộc nhóm metyl gắn trực tiếp vào vòng thơm. Tín hiệu doublet với cường độ
bằng 1 và độ dịch chuyển hóa học δ=4,329 ppm được quy kết cho proton H5
của vòng
piran.
Trên phổ còn xuất hiện tín hiệu mũi bốn bị chẻ đôi với cường độ bằng 2, có độ
dịch chuyển hóa học bằng δ=3,970-4,032 ppm được quy kết cho 2 proton tương đương
H2
thuộc nhóm etyl của ester. Do nhóm –CH2- liên kết trực tiếp với nguyên tử oxigen có
độ âm điện tương đối lớn có khả năng rút electron, làm cho proton H2
bị giảm chắn mạnh
nên dịch chuyển về trường yếu hơn và trong không gian, proton H2
sẽ ghép với proton
của nhóm ester nên tại tín hiệu proton H3
xuất hiện mũi đôi còn tín hiệu proton H2
xuất
hiện mũi bốn bị chẻ đôi một lần nữa.
của nhóm amin.
7,100 ppm là vùng tín hiệu đặc trưng cho 4 proton H6,7,9,10
của vòng thơm.

Bảng3.16: Tóm tắt các tín hiệu trên phổ 1
O
CN
NH2
O
H3C - H2C - O
CH3
CH3
1 2
3 4
5
7
8
9
10 6
Các proton
ở vị trí
Tín hiệu [δ (ppm), J(Hz)] TLTK [5]
[δ (ppm), J(Hz)]
1
1.089
(t, 3H, J=7)
1,27
(t, 3H, J=6,9)
2
3,970-4,032
(m, 2H)
4,03
(q, 2H, J=6,9)
3
2,310
(d, 3H)
2,31
(s, 3H)
4
6,217
(s, 2H)
4,54
(s, 2H)
5
4,329
(d, 1H)
4,41
(s, 1H)
8
2,249
(s, 3H)
2,36
(s, 3H)
6,7,9,10
7,061-7,100
(s, 4H)
7,09
(s, 4H)

Bảng 3.16: Tóm tắt các tín hiệu proton trên phổ 1
H-NMR của các hợp chất dẫn xuất
H
Tín hiệu [δ (ppm), J(Hz)]
4a 4b 4c 4d 4e 4f
1
1,082
(t, 3H, J=7)
1,095
(t, 3H, J=7)
1,104
(t, 3H, J=7)
0,584
(t, 3H, J=7)
1,109
(t, 3H, J=7)
1,089
(t, 3H, J=7)
2
3,976-4,039
(m, 2H, J=7)
4,002-4,064
(m, 2H)
4,031
(m, 2H)
3,481-3,541
(m, 2H)
4,008-4,068
(m, 2H)
3,970-4,032
(m, 2H)
3
2,340
(s, 3H)
2,396
(d, 3H)
2,346
(s, 3H)
1,860
(d, 3H)
2,353
(d, 3H)
2,310
(d, 3H)
4
6,152
(s, 2H)
6,259
(s, 2H)
6,111
(s, 2H)
6,496
(s, 2H)
6,128
(s, 2H)
6,210
(s, 2H)
5
4,386
(s, 1H)
4,573
(s, 1H)
4,415
(s, 1H)
3,861
(d, 1H)
4,405
(d, 1H)
4,329
(s, 1H)
6,10
7,282-7,312
(m, 2H)
- - - - -
7,8,9
7,184-7,222
(m, 3H)
- - - - -
6,9 -
7,513-7,536
(d, 2H, J=9)
7,046-7,082
(t, 2H, J=9)
6,707-6,734
(d,2H,J=8,5)
7,181-7,208
(d, 2H, J=8,5)
-
7,8 -
8,190-8,218
(d, 2H, J=9)
7,248-7,276
(dd, 2H)
8,190-8,218
(d,2H,J=8,5)
7,474-7,501
(d, 2H,J=8,5)
-
8 - - - - -
2,249
(s, 3H)
6,7,9,
10
- - - - -
7,061-7,100
(s, 4H)

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
4.1 Kết luận
Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4H-piran bằng con đường tổng hợp đa thành phần
từ dẫn xuất của benzaldehid, malononitril và acetoacetate etil với xúc tác Hóa học xanh
K2CO3/ MMT K−10 là một phương pháp dễ thực hiện và mang lại hiệu quả khả quan với
hiệu suất tương đối khá cao.
Những ưu điểm vượt trội của phương pháp này bao gồm:
Sử dụng lượng ít tác chất.
Xúc tác K2CO3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite K-10 là loại xúc rẻ tiền,
không độc hại, dễ xử lý.
Sử dụng dung môi phản ứng là hệ Etanol : H2O và dung môi kết tinh là ethanol phù
hợp với tính chất của sản phẩm và giảm thiểu tối đa lượng hao hụt của sản phẩm.
• Thời gian phản ứng ngắn nhiệt độ trung bình nhưng cho hiệu suất cao.
 Từ những nghiên cứu, tham khảo tài liệu khoa học và qua quá trình tiến
hành thực nghiệm với những ưu điểm như trên tôi đã tối ưu hóa các yếu tố liên quan và
tổng hợp thành công 6 dẫn xuất 4H-piran phù hợp với các tài liệu khoa học tham
khảo như sau:
• Điều kiện tối ưu phản ứng:
Tỉ lệ mol tác chất: ( 1a-f):2:3 = 3:2:2(mmol)
Dung môi EtOH:H2O = 1:1, 6 ml
Nhiệt độ: 55 (o
C)
Thời gian: 20 (phút)
Khối lượng xúc tác K2CO3/MMT K-10: 0,1 (g)
Bảng 4.1: Sáu dẫn xuất 4H-piran
STT Sản phẩm Kí hiệu

1
Ethyl 6 –amino–5–cyano–2–methyl-4-phenyl-4H-pyran-3-
carboxylate
4a
2
Ethyl 6 –amino–5–cyano–2–methyl-4–(4–nitrophenyl)– 4H-
pyran-3-carboxylate
4b
3
Ethyl 6 –amino–5–cyano -4–(4–fluorophenyl)-2–methyl-4H-
pyran-3-carboxylate
4c
4
Ethyl 6 –amino–4–(4–chlorophenyl)– 5–cyano–2–methyl-4H-
pyran-3-carboxylate
4d
5
Ethyl 6 –amino–4–(4–bromophenyl)– 5–cyano–2–methyl-4H-
pyran-3- carboxylate
4e
6
Ethyl 6 –amino–5–cyano–2–methyl-4–(4–methylphenyl)– 4H-
pyran-3-carboxylate
4f
 Sau khi tổng hợp tôi đã tiến hành tìm hiểu tính chất vật lí (màu sắc, nhiệt độ nóng
chảy, trạng thái…) và phân tích cấu trúc phổ phân tử bằng phổ 1
H-NMR. Từ đó chúng tôi
khẳng định đã tổng hợp thành công 6 dẫn xuất trên phù hợp với công thức dự kiến.
4.2 Đề xuất
Vì thời gian có hạn nên đề tài của em chỉ dừng lại ở việc tổng hợp 6 dẫn xuất
của 4H-piran như trên. Vì thế những hướng mở của đề tài này là:
 Tiếp tục tổng hợp nhiều dẫn xuất 4H-piran có hoạt tính khác được đtrưng
bởi những nhóm thế khác gắn trực tiếp trực tiếp vào vòng thơm Benzaldehid ở các vị trí
ortho, meta như là: nitro, floro, metyl, hydroxyl, methoxy…
 Tìm hiểu và đề xuất nguyên nhân gây giảm hiệu suất sản phẩm của nhóm
rút electron, đặc biệt là nhóm nitro (-NO2).
 Tiến hành thăm dò hoạt tính sinh học của những dẫn xuất đã tổng hợp trên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. A. Dömling, I. Ugi, Multicomponent reactions with isocyanides, Angew. Chem.
Int. Ed., 39, 3170 – 3172, (2000).
2. Arturo Sánchez, Fernando Hernández, Paulo César Cruz, Yolanda Alcaraz,
Joaquín Tamariz, Francisco Delgado, Miguel A. Vázquez, Infrared Irradiation-Assisted
Multicomponent Synthesis of 2-Amino-3-cyano-4H-pyran Derivatives, J.Mex. Chem.
Soc., 56(2), 121-127, (2012).
3. Majid M. Herav, Yahya S. Beheshtiha, Zahra Pirnia, Samaheh Sadjadi, Mina
Adibi, One-Pot, Three-Component Synthesis of 4H-Pyrans using Cu(II) Oxymetasilicate,
Synthetic Communications, 39 3663-3667, (2011).
4. Bộ Y tế vụ khoa học và đào tạo, Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức 2, NXB Y
HỌC Hà Nội, (2006).
5. A. Moshtaghi Zonouz, I.Eskandari and D. Moghani, Acceleration of
Multicomponent Reaction in Aqueous Medium: Multicomponent Synthesis of a 4H-pyran
Library, Chem. Sci. Trans., 1(1), 91-102, (2012).
6. D. Kumar, V. B. Reddy, S. Sharad, U. Dube, K. A. Suman, A facile one-Pot green
synthesis and antibacterial activity of 2-amino-4H-pyrans and 2-amino-5-oxo-5,6,7,8-
tetrahydro-4H-chromenes, Eur. J. Med. Chem., 44, 3805-3809, (2009).
7. N. S. Babu, N.S. Pasha, N. Rao, K. T. V. Prasad, N. Lingaiah, A
Heterogeneousstrong basic Mg/La mixed oxide catalyst for efficient synthesis of
polyfunctionalized pyrans, Tetrahedron Lett., 49, 2730-2733, (2008).
8. Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung, Cơ sở hóa học tinh thể, NXB Đại Học Quốc gia
Hà Nội, 63–66, (2005).
9. F. Bergaya, B. K. G. Theng, G. Lagaly, Handbook of clay science, Developments
in clay science, 1, Elsevier, New York, 19–43, (2006).
10. Phạm Đức Dũng, Vũ Thành Đạt, Lê Ngọc Thạch, Điều chế một số
Montmorillonite hoạt hóa acid từ đất sét Củ Chi và áp dụng xúc tác vào chuyển hóa trọn
gói Benzaldehid thành Benzonitril, Phát triển khoa học và công nghệ, 14, 43−45, (2011).

11. Bandita Datta, M. Afzal Pasha, Silica sulfuric acid: an efficient heterogeneous
catalyst for the one-pot synthesis of 1,4-dihydropyridines under mild and solvent−free
conditions, Chinese Journal of Catalysis , 32, 1180−1184, (2011).
12. Jean Jacques Vanden Eynde, Annie Mayence, Synthesis and aromatization of
Hantzsch 1,4−dihydropyridines under microwave irradiation. An overview, Molecule, 8,
381−391, (2003).
13. http://en.wikipedia.org/wiki/Montmorillonite , (2011).
14. Ola Karnland, Martin Birgersson, Montmorillonite stability with special respect to
KBS-3 conditions, Clay Technology, 7–10, (2006).
15. H.H Murray, Applied Clay Mineralogy Occurrences, Processing and Application
of Kaolins, Bentonites, Palygorskite–Sepiolite, and Common Clays, Elsevier’s Science &
Technology, Oxford, 12–27, (2007).
16. Çigdem Küçükselek, Invertigation of applicability of clay minerals in wastewater
treatment, Graduate of Natural and Applied Sciences, Dokul Eylül University, 9–26,
(2007).
17. David A.Laird, Influence of layer charge on swelling of smectite, Applied Clay
Science, 34, 74–86, (2006).
18. Navjeet Kaur, Dharma Kishore, Montmorillonite: an efficient, heterogeneous and
green catalyst for organic synthesis, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research,
4, 991−993, (2012).
19. http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/281522?lang=en&region=V
N, (2012).
20. Ipsita Devi, Pulak J. Bhuyan, Sodium bromide catalysed one-pot synthesis of
tetrahydrobenzo[b]pyrans via a three-component cyclocondensation under microwave
irradiation and solvent free conditions, Tetrahedron Letter, 45, 8625-8627, (2004).
21. Yanqing Peng, Gonghua Song, Amino-functionalized ionic liquid as catalytically
active solvent for microwave-assisted synthesis of 4H-pyrans, 111-114, (2007).
22. H. Valizadeha, A.A. Azimi, ZnO/MgO Containing ZnO Nanoparticles as a Highly
Effective Heterogeneous Base Catalyst for the Synthesis of 4H-Pyrans and Coumarins in
[bmim]BF, J. Iran. Chem. Soc., 123-130, (2010).

23. Yanqing Peng, Gonghua Song, Feifei Huang, Tetramethylguanidine-
[bmim][BF4].An Efficient and Recyclable Catalytic System for One-Pot Synthesis of 4H-
Pyrans, Monatshefte fur Chemie, 136, 727-731, (2005).

PHỤ LỤC 1
Phổ 1

Một phần phổ 1
H-NMR dãn rộng của hợp chất (4a)

Phổ 13

PHỤ LỤC 2
Phổ 1

H-NMR dãn rộng của hợp chất (4b)

PHỤ LỤC 3
Phổ 1

H-NMR dãn rộng của hợp chất (4c)

PHỤ LỤC 4
Phổ 1

H-NMR dãn rộng của hợp chất (4d)

PHỤ LỤC 5
Phổ 1

H-NMR dãn rộng của hợp chất (4e)

PHỤ LỤC 6
Phổ 1

H-NMR dãn rộng của hợp chất (4f)

Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10

Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Viewers also liked

Viewers also liked (13)

Similar to Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10

Similar to Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10 (20)

More from https://www.facebook.com/garmentspace

More from https://www.facebook.com/garmentspace (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Tổng hợp dẫn xuất 4 h piran dùng xúc tác k2co3 tẩm trên chất mang rắn montmorillonite k-10