TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRỊNH THỊ THU TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HỢP CHẤT AZO 3-METYL-4-[-3-(3AXETYL-4-HIDROXI-5-METYL-8-OXA-7 OXONAPHTYLAZONO)4-METYLPHENYL]FUROXAN KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH : ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HĨA HỌC THANH HỐ, THÁNG NĂM 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HỢP CHẤT AZO -METYL4-[-3-(3-AXETYL-4-HIDROXI-5-METYL-8-OXA-7OXONAPHTYLAZONO)-4-METYLPHENYL]FUROXAN KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH : ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÓA HỌC Người thực hiện: Trịnh Thị Thu Người hướng dẫn: TS Trịnh Thị Huấn THANH HOÁ, THÁNG NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Trịnh Thị Thu LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Trịnh Thị Huấn – Giảng viên mơn hóa học, Khoa học tự nhiên Trường Đại học Hồng Đức, người tận tình giúp đỡ tơi q trình thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Hồng Đức người trực tiếp giảng dạy, trang bị cho kiến thức quý báu trình học tập rèn luyện Tuy nhiên điều kiện thời gian lực nghiên cứu hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận thơng cảm , góp ý từ phía thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, tháng năm 2017 Sinh viên thực Trịnh Thị Thu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Tình hình nghiên cứu tinh dầu hồi anetol 1.1 Sơ lược tinh dầu hồi 1.2 Phương pháp tách tinh dầu hồi anetol từ tinh dầu Hồi .4 1.3 Sơ lược tình hình nghiên cứu anetol Sơ lược hợp chất màu azo[14] 2.1 Định nghĩa .8 2.2 Tên gọi .8 2.3 Khái niệm màu sắc, quan hệ cấu trúc màu sắc 10 2.3.1 Khái niệm màu sắc, chất màu phẩm nhuộm .10 2.3.2 Quan hệ cấu trúc chất màu sắc 12 2.4 Một số loại phẩm nhuộm quan trọng .14 2.4.1 Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc cromopho 14 2.4.2 Phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng 19 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 23 I TỔNG HỢP CÁC CHẤT 23 Các phản ứng tổng hợp amin (A3) từ tinh dầu hồi 23 1.1 Tách anetole từ tinh dầu hồi 23 1.2 Tổng hợp 4-(4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A1) 23 1.3 Tổng hợp 4-(4-metoxi-3-nitrophenyl)-3-metylfuroxan (A2) 24 1.4 Tổng hợp 4-(3-amino-4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A3) 25 Tổng hợp hợp chất màu 26 3.1 Tổng hợp 26 II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .28 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU 28 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 30 3.2.1 Tổng hợp .30 3.2.2 Phổ 1H NMR A4 31 3.2.4 Phổ 13C NMR A4 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Những đóng góp đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .3 I Tình hình nghiên cứu tinh dầu hồi anetol .3 1.1 Sơ lược tinh dầu hồi 1.2 Phương pháp tách tinh dầu hồi anetol từ tinh dầu Hồi 1.3 Sơ lược tình hình nghiên cứu anetol Sơ lược hợp chất màu azo[14] 2.1 Định nghĩa 2.2 Tên gọi .8 2.3 Khái niệm màu sắc, quan hệ cấu trúc màu sắc .10 2.3.1 Khái niệm màu sắc, chất màu phẩm nhuộm 10 2.3.2 Quan hệ cấu trúc chất màu sắc 12 2.4 Một số loại phẩm nhuộm quan trọng .14 2.4.1 Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc cromopho 14 2.4.2 Phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng 19 Inđigo Luico inđigo không màu tan nước Inđigo trắng tan sợi vải .21 21 21 Đó loại phẩm nhuộm khơng tan nước, phân tán sợi, dùng để nhuộm tốt loại sợi có độ phân cực trung bình Người ta dùng phẩm nhuộm dạng huyền phù Khi nhuộm vải, để tăng trình hấp phụ thuốc nhuộm vào sợi vải phải nhuộm nhiệt độ cao tăng áp suất 21 Thí dụ : 1-Amino-4-hiđroxiantraquinon 21 e) Phẩm nhuộm phát triển ( phẩm nhuộm màu ) .21 Để thu sản phẩm nhuộm đen, màu bền nhiều lúc người ta điều chế thuốc nhuộm sợi phản ứng ghép (điazo hóa) 21 Vải sợi tẩm dung dịch β-naphtol kiềm; sau nhúng sợi vào dung dịch pnitrobenzenđiazoni clorua nhiệt độ lạnh – 5oC; màu đỏ vải sợi xuất phản ứng điazo hóa 21 Màu đỏ 22 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 22 I TỔNG HỢP CÁC CHẤT 22 Các phản ứng tổng hợp amin (A3) từ tinh dầu hồi .22 1.1 Tách anetole từ tinh dầu hồi .22 1.2 Tổng hợp 4-(4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A1) .23 1.3 Tổng hợp 4-(4-metoxi-3-nitrophenyl)-3-metylfuroxan (A2) 24 1.4 Tổng hợp 4-(3-amino-4-metoxiphenyl)-3-metylfuroxan (A3) 24 Tổng hợp hợp chất màu .25 3.1 Tổng hợp (A4) 25 II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 26 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước ta có nguồn tinh dầu thực vật phong phú quý giá Tuy nhiên, thường sử dụng trực tiếp xuất khẩu tinh dầu, tách biệt chuyển hoá hợp phần chúng thành hợp chất có giá trị cao Trong hố học dị vòng, hợp chất chứa vòng 1,2,5-oxađiazol (vẫn gọi vịng furazan) N – oxit (còn gọi vòng furoxan) giữ vị trí khiêm tốn Các cơng trình nghiên cứu lĩnh vực cịn tương đối Chỉ gần chúng thu hút ý nhà hố học Một số hợp chất chứa vịng furoxan có khả chống vi khuẩn, chống nấm mạnh, chống vi trùng bệnh lao phổi, diệt cỏ, diệt nhện Những cơng trình nghiên cứu hóa dược cho thấy vịng furoxan vào thể giải phóng dần nitơ oxit (NO) Các nhà dược lý xếp chúng vào loại với trinitroglyxezol, nitroprusside chất dùng từ lâu điều trị số bệnh tim mạch Bên cạnh đó, nhu cầu màu sắc đời sống ngày cao lĩnh vực: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm số ngành công nghiệp khác dệt may, giày da… nên loại chất màu tổng hợp quan tâm người Chính lý nên định chọn hướng đề tài: “Tổng hợp nghiên cứu số hợp chất azo chứa vòng furoxan sở anetol từ tinh dầu hồi” Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp số hợp chất loại nitro, amin, azo chứa vòng furoxan từ anetol - Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc phổ IR, 1H NMR, 13C NMR chúng Mục đích nghiên cứu - Từ enetol tinh dầu hồi tổng hợp khoảng hợp chất - Nghiên cứu tính chất phổ cấu trúc chúng Đối tượng nghiên cứu - Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất màu azo chứa dị vòng furoxan từ anetol tinh dầu hồi Nội dung nghiên cứu a Tra cứu tài liệu phần nghiên cứu b Thực nghiệm: - Tổng hợp chuyển nhánh anlyl thành dị vòng furoxan - Tổng hợp dẫn xuất nitro, amin, azo - Phân tích chất tổng hợp phương pháp phổ đại c Kết thảo luận - Phân tích kết thu - Nghiên cứu cấu trúc hợp chất tổng hợp Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp tổng hợp hữu truyền thống có cải tiến cách sử dụng số tác nhân xúc tác (các phương pháp thực phịng thí nghiệm Trường Đại học Hồng Đức Thanh Hoá) - Dùng phương pháp phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, kết hợp với phương pháp hóa học để nghiên cứu cấu trúc Phổ đo loại máy đại Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết thu kết hợp với phương pháp hoá học để phân tích cấu trúc Những đóng góp đề tài - Tổng hợp: xuất phát từ anetol tổng hợp chất Trong trình phản ứng ghép cần trì mơi trường hỗn hợp phản ứng axit yếu pH = 5- khuấy hỗn hợp phản ứng thêm 30 phút Đem phản ứng đun nồi cách thủy 60 oC 10 phút Để nguội hỗn hợp, lọc kết tủa, rửa nhiều lần nước, làm khổ, kết tinh dung môi thích hợp lọc thu chất rắn màu vàng đỏ thẩm, dạng bột Nhiệt độ nóng chảy: 200- 2060C, ký hiệu A4 Hiệu suất 75% Ký hiệu (A4) Nhiệt độ nóng chảy: 200- 206C Hiệu suất: 75% II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT * Phổ hồng ngoại: Phổ hồng ngoại chất ghi dạng viên ép với KBr máy FTIR IMPACT 410 Phịng hồng ngoại, Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam * Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ghi phịng cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) dung mơi d6-DMSO máy Bruker XL500, Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 26 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC CHẤT ĐẦU Tổng hợp A1 cần thực nhiệt độ 10-15 oC nhiệt độ cao tạo thành hỗn hợp đồng phân khác vị trí nhóm N-oxit (nhóm N-oxit gần nhóm metyl gần nhóm phenyl) Khi nitro hóa A1 axit axetic thu được chất kết tinh màu vàng nhiệt nóng chảy 86oC kí hiệu A2 Vịng furoxan thường khơng bền mơi trường kiềm để khử dẫn xuất nitro có chứa vịng furoxan tác giả cơng trình [13] thực phản ứng theo kiểu dị pha: Na2S2O4 hòa tan dung dịch nước chứa NaOH hợp chất nitro hịa tan benzen toluen Chúng khử A2 theo phương pháp dị pha hiệu suất không vượt 30% Chúng chuyển sang khử theo phương pháp đồng pha etanol (xem phần thực nghiệm), kết thu amin A3 với hiệu suất cao (70%) mà cách tiến hành phản ứng đơn giản (không phải cất quay) CH3 O H3CO CH CH CH3 NaNO2/CH3COOH N O N HNO3/H2SO4, t0 OCH3 (A1) O CH3 N O N (A2) NO2 Na2S2O4/NaOH OCH3 27 CH3 O N NH2 O N (A3) OCH3 Bảng 3.1 Hằng số vật lý dạng bề của hợp chất nitro amin tổng hợp STT Hợp chất CH3 O N O N N O N (%) A1 90 NO2 N Hình kim, màu vàng Điểm chảy (0C) 96-97 A2 62 A3 55 Hình kim, màu vàng 85-86 OCH3 CH3 O Dạng bề OCH3 CH3 O Hiệu suất Ký hiệu Hình kim, màu vàng nhạt 119-120 NH2 O N OCH Trên phổ IR A3, thấy xuất vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm NH2, NH, C=N, C=C, O=N→O, =C-O, C-H có phân tử, vân NH2 thể rõ ràng phổ IR (bảng 3.2.) Bảng 3.2 Một số vân hấp thụ phổ IR amin K/ νNH2 CT h A3 O νC-H νC-H (no) νC=N, νC=C 2934 1603 νONO (thơm) CH3 N O N NH2 3468 307 3371 1582 1465 OCH3 3.2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 3.2.1 Tổng hợp Nhóm -NH2 dẫn xuất hiđrazin nhóm có khả phản ứng cao Chúng tơi chuyển hợp chất thành hợp chất điazoni nhiệt độ – 0C, 28 hợp chất tác nhân electronphin (E+) dễ dàng công vào nhân thơm hợp chất phenol thực phản ứng ghép tạo hợp chất azo Phản ứng cho hiệu suất cao ( 75%) H3CO N N NO N O N O N + NaNO2/HCl CH3 NH2 OCH3 (A3) H3CO H3CO +B N N O N O NO N O N= N N CH3 O H3COC CH3 HO CH3 O O H3C (Z) (A4) Sơ đồ 3.2 Chuyển hóa nhóm amin thành hợp chất azo Bảng 3.3 Hằng số vật lý dạng bề của hợp chất A4 STT Ký hiệu A4 Hiệu suất Dạng bề (%) Chất rắn màu đỏ thẩm, 75 dạng bột 29 Điểm chảy (0C) 200- 206 3.2.2 Phổ 1H NMR A4 Nhìn vào hình phổ 1H NMR hợp chất H cho thấy ba tín hiệu 2,32 ppm cụm proton nhóm CH3 (H10) Hai tín hiệu 2,74 ppm cụm proton OCH3 (H7) Các tín hiệu từ 6,40 s; 7,94 dvà 7,51 dppm cụm proton thơm H2, H5, H6 vịng thơm hợp phần amin Tín hiệu proton OH bị che khuất Các proton vòng thơm phenol thể độ chuyển dịch 7,92 s; 8,30 s tín hiệu phổ H12, H17 ( tín hiệu phổ đưa vào bảng 3.4 Từ hình phổ cho thấy tín hiệu proton phù hợp với cơng thức dự đốn Hình 3.1 Phổ 1H NMR của hợp chất A4 30 Hình 3.2 Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 Hình 3.3 Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 31 H3CO 21 20 H3COC N=N 12 11 N O N O CH3 10 13 14 HO 19 O 15 16 H3C 18 O (Z) 17 (A4) 22 KH H2 H5 H6 H7 H10 H12 H17 H21 H22 A4 6,4 s 7,9d 7,5d 4,1s 2,3 s 7,9 s 8,3 s 2,7 s 2,5d Bảng 3.4 Tín hiệu cộng hưởng H NMR của hợp chất A4, δ (ppm), J (Hz) 3.2.4 Phổ 13C NMR của A4 Hình 3.4 Phổ 13C NMR của hợp chất A4 KẾT LUẬN 32 Trong đề tài này, đạt số kết sau: Đã tổng hợp amin có chứa vịng 1,2,5-oxađiazol-N-oxit xuất phát từ enetol nhờ chuỗi phản ứng sau: khép vịng 1,2,5-oxađiazol-Noxit nhánh allyl, nitro hóa, khử nhóm –NO thành nhóm –NH2 Nhờ tổng hợp amin A3 - chất chìa khố Điazoni hố amin A3 cho phản ứng ghép với 2-naphtol p-crezol tạo hai hợp chất chứa nhóm azo Đã đo phân tích phổ 1H NMR ,13C NMR hợp chất (A4) Bằng liệu từ phổ xác định cấu trúc (A4) chất chưa thấy mô tả tài liệu tra cứu Trên sở phân tích chi tiết phổ 1H NMR ,13C NMR, cung cấp liệu độ chuyển dịch hóa học proton hợp chất loại chứa nhóm azo TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Khang, Phạm Văn Khiển-Khai thác tinh dầu làm thuốc xuất khẩu NXB Y học (2001) Đỗ Tất Lợi-Những thuốc vị thuốc Việt Nam Tập I- NXB Khoa học kỹ thuật 1969 Phạm Văn Hoan- Tổng hợp nghiên cứu số hợp chất chứa nitơ sở Eugenol anetol Luận án tiến sĩ Hóa học – Trường đại học Sư phạm Hà Nội Trần Hữu Anh, Lê Ngọc Thạch, Nguyễn Tuyết Trinh, Trần Kim Quí Tạp chí Hóa Học- T35 số 1, Tr 23-26(1997) Mai Ngọc Chúc- Hóa học cơng nghiệp Hóa chất số 5(1997) Lê Thị Anh Đào (1997) nghiên cứu chuyển hóa anetol tinh dầu hồi thành chất khác Tạp chí hóa học Tập 35, số 1, tr 82- 84 Hóa học hữu – Nguyễn Hữu Đĩnh – NXB Giáo Dục Tài liệu Tiếng Anh Ceretto Hugo, Maio Rosanna, Journal of medicinal chemistry, 42(1999)N o 11,p,1941-1950 G V Brucker, J Kovacs(1948) Addition of maleic anhydride to anethole Jour Org Chem., 1984, Vo113, 641-651 10 Olliver Gaudin and Noel Loz’ach(1947) Sulfurized derivatives O anethole and estrangole Compt Rend, 577-8(1947) CA Vol 41 1947, 3441e 11 Lydia Monlt; Gazzchim Ital 74233-275(1994) 12 Zdenekec Bubukin (1954) Chem Listry, 48,241-6(1959) 13 C.A Vol 15 (1921) No 86 14 Nguyen Huu Dinh, Ngo Thi Ly, Trinh Thi Huan (2003), “Imines and ozo compounds derived from 4-(3-amino-4-methoxyphenyl)-3-methylfuroxan” Journal of Chemistry (of Vietnam in English), Vol 43, No.1, pp 128-132 15 Mariana Boiani, Hugo Cerecetto, Mercedes González, Mariela Risso, Claudio Olea-Azar, Oscar E Piro, Eduardo E Castellano, Adela López de Ceráin, Olga Ezpeleta, Antonio Monge-Vega (2001) 1,2,5-Oxadiazole N-oxide 34 derivatives as potential anti-cancer agents: synthesis and biological evaluation Part IV Eur J Med Chem., 36(10), pp 771-782 16 V Ovchinnikov, A S Kulikov, N N Makhova, P Tosco, A Di Stilo, R Fruttero, and A Gasco (2003) Synthesis and vasodilating properties of Nankylamine derivative of 4-amino-3-furoxancarboxylic acid and related azo derivatives II Farmaco, 58 (9), pp 677-681 17 AM Gasco, A Di Stilo, G Sorba, A Gasco, R Ferioli, G Folco, M Civelli and P Caruso (1993) 1,1-Dinitroethyl substituted furoxans: a new class of vasodilators and inhibitors of platelet aggregation Eur J Med Chem., 28 (5), pp 433-438 18 John Stevens, Marcus Schweizer, and Guntram Rauhut (2001) Toward an Understanding of the Furoxan−Dinitrosoethylene Equilibrium J Am Chem Soc, 123 (30), pp 7326–7333 19 Lucia Boiani, Gabriela Aguirre, Mercedes González, Hugo Cerecetto, Agustina Chidichimo, Juan J Cazzulo, Massimo Bertinaria, Stefano Guglielmo (2008) Furoxan-, alkylnitrate-derivatives and related compounds as antitrypanosomatid agents: Mechanism of action studies Bioorg Med Chem., 16 (17), pp 7900-7907 20 Sergio Auricchio, Antonio Selva, Ada M Truscello (1997) New reactions of furoxans: Formation of alkynes and cyclobutaphenanthrenes Tetrahedron, 53 (51), pp 17407-17416 PHỤ LỤC 35 Hình Phổ 1H NMR của hợp chất A4 36 Hình Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 37 Hình Phổ giãn 1H NMR của hợp chất A4 38 Hình 3.4 Phổ 13C NMR của hợp chất A4 39 Hình 3.4 Phổ 13C NMR của hợp chất A4 40 ... 23 1.2 Tổng hợp 4- (4- metoxiphenyl) -3- metylfuroxan (A1) 23 1 .3 Tổng hợp 4- (4- metoxi -3- nitrophenyl) -3- metylfuroxan (A2) 24 1 .4 Tổng hợp 4- (3- amino -4- metoxiphenyl) -3- metylfuroxan (A3) 25 Tổng. .. 1.2 Tổng hợp 4- (4- metoxiphenyl) -3- metylfuroxan (A1) . 23 1 .3 Tổng hợp 4- (4- metoxi -3- nitrophenyl) -3- metylfuroxan (A2) 24 1 .4 Tổng hợp 4- (3- amino -4- metoxiphenyl) -3- metylfuroxan (A3) ... amin K/ νNH2 CT h A3 O νC-H νC-H (no) νC=N, νC=C 2 9 34 16 03 νONO (thơm) CH3 N O N NH2 34 68 30 7 33 71 1 58 2 146 5 OCH3 3. 2 TỔNG HỢP, TÍNH CHẤT PHỔ CỦA CÁC HỢP CHẤT AZO 3. 2.1 Tổng hợp Nhóm -NH2 dẫn