Acid shikimic là một chất trung gian quan trọng trong thực vật và vi sinh vật
được các nhà khoa học biết đến từlâu. Tên gọi của nó xuất phát từhoa shikimi trong
tiếng Nhật, là hoa của cây Illicium religiosumlần đầu tiên nó được cô lập [13]. Acid
shikimic là nguyên liệu cần thiết đểtổng hợp các acid amin thơm nhưphenylalanin,
tyrosin, indol, các dẫn xuất của indol, tryptophan, nhiều alcaloid và các chất chuyển
hóa thơm khác trong thực vật [5, 6]. Mặc dù acid shikimic có mặt trong phần lớn ở
các sinh vật tựdưỡng nhưng nó chỉlà chất tổng hợp sinh học trung gian và tìm thấy
với hàm lượng rất thấp [16, 34].
Trong tựnhiên acid shikimic có nhiều trong một sốloài thực vật nhưhoa hồi
Illicium religiosum, hạt của quảsau sau Liquidambar, hạt cây bạch quả Ginkgo
biloba[27, 31]. Cho đến nay hoa hồi được xem là loài thực vật có chứa hàm lượng
acid shikimic cao nhất [31]. Do tính hữu dụng của hoa hồi mà từlâu con người đã
biết sửdụng để điều trịcác rối loạn vềtiêu hóa, nhức mỏi trong cơthể, ngày nay hoa
hồi còn được dùng làm hương liệu, làm gia vịtrong chếbiến thực phẩm bằng cách
nấu hoa hồi cùng với nhiều thực phẩm ăn uống hàng ngày nhưbún, phở[1] Ở
nước ta, hoa hồi được trồng nhiều ởcác tỉnh miền núi phía Bắc. Đầu năm 2006
“Nhóm H5N1” tại Viện Hóa học Hà Nội đã xây dựng được quy trình chiết tách acid
shikimic từhoa hồi rất hiệu quả, với hàm lượng acid shikimic thu được lớn và tách
ra khá dễdàng [2]. Nguồn tiềm năng hiện nay có chứa acid shikimic là phương pháp
tổng hợp sinh học trong vi khuẩn E.coli [9-11].
Cấu tạo của acid shikimic có nhiều nhóm chức quan trọng và có cấu tạo vòng
tương thích với nhiều hợp chất hữu cơcó hoạt tính, nên đây là nguồi nguyên liệu quý
giá đểtổng hợp nhiều hợp chất hữu cơcó giá trị. Nhiều dẫn xuất của acid shikimic
được biết đến có hoạt tính sinh học mạnh nhưvaliolamin [33], pericosin A,
cyathifomin B, cyathifomin C, cyathifomin D [18, 19], dioxolamycin, COCT [20],
GS-4104, GS-4071 [21], zeylenon [36] và thời gian gần đây hoạt chất tamiflu
được biết đến nhưmột loại thuốc đặc hiệu đểphòng ngừa và điều trịcác dòng virus
cúm tuýp A, B ởngười [15, 16].
ỞViệt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu vềacid này. Việc nghiên cứu tổng hợp
một sốhợp chất từacid shikimic sẽ đóng góp thiết thực vào việc tìm kiếm một số
14 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 2493 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Tổng hợp một số dẫn xuất từ acid shkimic, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 20 -
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU
2.1 MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tổng hợp hợp chất etyl 4,5-epoxyshikimat
(18) (tên IUPAC là etyl (3R,4R,5S)-4,5-epoxy-3-hydroxyl-1-cyclohexen-1-
carboxylat). Etyl 4,5-epoxy- shikimat (18) là một dẫn xuất của acid shikimic, có thể
được xem như là một chất trung gian quan trọng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ
khác.
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• Tổng hợp hợp chất etyl shikimat (14)
• Tổng hợp hợp chất etyl 3,4-O-isopropyliden shikimat (15)
• Tổng hợp hợp chất etyl 3,4-O-isopropyliden-5-O-(metansulfonyl)shikimat
(16)
• Tổng hợp hợp chất etyl 5-metansulfonylshikimat (17)
• Tổng hợp hợp chất etyl 4,5-epoxyshikimat (18)
Quy trình tổng hợp được tiến hành qua 5 giai đoạn, thu được 5 dẫn xuất từ acid
shikimic theo sơ đồ chuyển hóa sau:
COOHHO
HO
OH
COOC2H5HO
HO
OH
COOC2H5O
O
OH
COOC2H5O
O
OSO2CH3
COOC2H5HO
HO
OSO2CH3
COOC2H5HO
O
a b
c d e
(1) (14) (15)
(16) (17) (18)
C9H14O5C7H10O5 C12H18O5
C13H20O7S C10H16O7S C9H12O4
(a) C2H5OH, SOCl2
(b) (CH3)2CO/ TsOH
(c) MsCl/ (C2H5)3N
(d) C2H5OH/ TsOH
(e) KHCO3/H2O
Sơ đồ 2.1: Tổng hợp epoxid (18) từ acid shikimic (1)
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 21 -
Bước 1: Thực hiện phản ứng ester hóa với SOCl2/ C2H5OH
Bước 2: Thực hiện phản ứng bảo vệ cis-diol với (CH3)2CO/ TsOH
Bước 3: Thực hiện phản ứng mesylat hóa alcol với MsCl/ (C2H5)3N
Bước 4: Thực hiện phản ứng thủy giải acetal xúc tác TsOH
Bước 5: Thực hiện phản ứng khử MsOH trong môi trường kiềm KHCO3/ H2O.
2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất bằng thực nghiệm, cấu trúc phân tử được
xác định bằng các phương pháp phân tích hiện đại như: 1H NMR, 13C NMR…
Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng: Nhiệt độ cho phản
ứng, tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng, thời gian thực hiện phản ứng.
2.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2.4.1 Phản ứng ester hóa tạo thành etyl shikimat (14)
Trong phản ứng này, chúng tôi không thực hiện phản ứng ester hóa trực tiếp
giữa acid và alcol, bởi vì phản ứng giữa acid và alcol là phản ứng thuận nghịch dẫn
tới hiệu suất không tốt. Do đó chúng tôi chuyển nhóm carboxyl trong phân tử acid
shikimic thành dẫn xuất clorur acid sử dụng tác chất tionyl clorur vì clorur acid tác
dụng với tác nhân thân hạch mạnh hơn acid. Clorur acid sinh ra tác dụng ngay với
alcol etylic được sử dụng làm dung môi cho phản ứng. Trong phản ứng này alcol
etylic vừa là dung môi, vừa là tác nhân thân hạch tấn công vào nguyên tử carbon của
nhóm carbonyl theo cơ chế thế thân hạch (sơ đồ 2.2).
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 22 -
S
O
HO
HO
OH
C
O
OH
Cl Cl
HO
HO
OH
C
O
O
-HCl- SO2 ,
S
Cl
O
H
Cl
HO
HO
OH
C
O
O
S
Cl
O
H
Cl
HO
HO
OH
C
O
Cl
HO
HO
OH
C
O
Cl C2H5OH
HO
HO
OH
C
O
Cl
O
HO
HO
OH
C
O
O
H
HO
HO
OH
C
O
O-H
-Cl
C2H5
H
C2H5C2H5
Sơ đồ 2.2: Cơ chế phản ứng tổng hợp etyl shikimat (14)
Trước tiên chúng tôi khảo sát phản ứng theo nhiệt độ để tìm điều kiện cho
phản ứng xảy ra. Chất nền acid shikimic (1) và tác chất tionyl clorur lấy theo tỉ lệ
đương lượng của phản ứng (tỉ lệ 1eq:1eq), đun khuấy từ hỗn hợp phản ứng ở 50oC
thấy phản ứng không xảy ra, tăng lên nhiệt độ 60oC thì phản ứng có tạo ra sản phẩm
nhưng không đáng kể. Sau đó tăng nhiệt độ phản ứng lên tới nhiệt độ sôi của etanol
thấy phản ứng xảy ra tốt. Giữ phản ứng ở nhiệt độ này, tiến hành thay đổi thời gian
phản ứng để tìm ra thời gian phản ứng thích hợp. Từ những kết quả thu được trong
bảng 2.1 chúng tôi nhận thấy phản ứng cho hiệu suất tốt khi đun sôi hỗn hợp phản
ứng trong 3.5 giờ.
Biết được nhiệt độ và thời gian tối ưu cho phản ứng, chúng tôi tiến hành thay
đổi tỉ lệ chất nền acid shikimic (1) và tác chất tionyl clorur. Kết quả thu được trong
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 23 -
bảng 2.1 cho ta thấy phản ứng ester hóa đạt hiệu suất cao nhất khi đun sôi 1 đương
lượng acid shikimic (1) với 1.2 đương lượng của tionyl clorur trong 3.5 giờ (sơ đồ
2.3).
COOHHO
HO
OH
COOC2H5HO
HO
OH
(1) (14)
Sơ đồ 2.3: Tác chất và điều kiện: C2H5OH, SOCl2 (1.2 eq), đun sôi, 3.5 giờ
(h= 81.1%)
Bảng 2.1: Khảo sát phản ứng tổng hợp etyl shikimat (14)
Tác chất
(tionyl clorur)
Điều kiện
phản ứng
Sản phẩm (14)
(etyl shikimat)
Hiệu suất (%)
0.20ml (1.0eq) Đun 60oC - -
0.20ml (1.0eq) Đun sôi 2h 0.400g 69.0
0.20ml (1.0eq) Đun sôi 3.h 0.428g 73.8
0.20ml (1.0eq) Đun sôi 3.5h 0.436g 75.1
0.20ml (1.0eq) Đun sôi 8h 0.406g 70.0
0.24ml (1.15eq) Đun sôi 3.5h 0.446g 77.0
0.25ml (1.20eq) Đun sôi 3.5h 0.471g 81.1
0.27ml (1.25eq) Đun sôi 3.5h 0.394g 79.0
0.43ml (2.00eq) Đun sôi 3.5h 0.395g 78.4
Phổ 1HNMR của etyl shikimat (14) cho thấy một mũi ba 3H ở 1.31 ppm và
một mũi bốn 2H ở 4.21 ppm là mũi của nhóm CH3-CH2-. Ba mũi 1H ở khoảng 4.0
ppm là mũi của H gắn vào C có nhóm -OH. Mũi 1H ở trường thấp 6.80 ppm là mũi
của H gắn vào C mang nối đôi Hai mũi 1H ở 2.72 ppm và 2.22 ppm thuộc nhóm
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 24 -
-CH2- còn lại và 3H của 3 nhóm -OH có hydrogen linh động nên không xuất hiện
mũi trên phổ (Phụ lục 1,2).
Phổ 13CNMR của etyl shikimat (14) cho thấy một mũi ở trường thấp 168.3
ppm tương ứng với nhóm -CO- của ester; hai mũi ở 138.9 ppm; 130.5 ppm tương
ứng với hai C của alcen; ba mũi ở 67.2 ppm , 68.4 ppm, 72.6 ppm là 3C gắn với
nhóm –OH; hai mũi ở 61.9 ppm, 14.5 ppm là của nhóm –CH2-CH3 và mũi còn lại ở
31.5 ppm là của nhóm -CH2- (Phụ lục 3). Phổ DEPT cho biết hợp chất có 9C, trong
đó có 1 carbon của nhóm metyl CH3 ở 14.5 ppm, 2 carbon của nhóm metylen CH2 ở
31.5 ppm và 61.9 ppm, 4 carbon của nhóm metin CH ở 67.3 ppm, 68.4 ppm, 72.7
ppm và 138.9 ppm và 2 carbon tứ cấp ở 130.5 ppm và 168.3 ppm (Phụ lục 4).
2.4.2 Phản ứng bảo vệ diol tạo thành etyl 3,4-O-isopropyliden shikimat (15)
Trong phân tử etyl shikimat (14) có nhóm chức alcen và nhóm chức ester cho
nên chúng tôi sử dụng xúc tác là một acid Lewis. Phân tử cần bảo vệ có tới 3 nhóm
-OH, trong đó có 2 nhóm -OH kề nhau tại C-3 và C-4 nằm cùng về một phía của mặt
phẳng xích đạo nên thuận lợi về mặt năng lượng khi tạo vòng acetal. Nhóm -OH còn
lại ở C-5 nằm ở phía bên kia của mặt phẳng xích đạo nên vẫn còn nguyên. Do vậy 2
nhóm -OH tại C-3 và C-4 của etyl shikimat (14) phản ứng với aceton và p-TsOH tạo
thành acetonid. Đầu tiên một nhóm –OH tại C-3 hoặc C-4 phản ứng với aceton dưới
xúc tác p-TsOH tạo thành hemiacetal. Sau đó hemiacetal phản ứng với nhóm -OH
thứ hai tạo etyl 3,4-O-isopropyliden shikimat (15) (sơ đồ 2.4).
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 25 -
C O
OTs
C OH
CO2C2H5HO
HO
OH
CO2C2H5O
HO
OH
C
OH
H
CO2C2H5O
HO
OH
C
OH
CO2C2H5O
HO
OH
C
OH2
CO2C2H5O
HO
OH
C
CO2C2H5
O
O
OH
C
H
CO2C2H5O
O
OH
C
H -H2O
-H
-TsOHH
TsO
Sơ đồ 2.4: Cơ chế phản ứng tổng hợp acetonid (15)
Trước tiên chúng tôi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng, thấy phản ứng
không xảy ra. Khi tăng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên 30oC chúng tôi nhận thấy
phản ứng xảy ra rất chậm và hiệu suất phản ứng rất thấp, khi tăng lên đến nhiệt độ
sôi của aceton thì phản ứng có được hiệu suất tốt nhất trong cùng một thời gian là 2.5
giờ. Sau đó chúng tôi đun sôi khuấy từ hỗn hợp phản ứng lâu hơn thì nhận thấy phản
ứng cho hiệu suất tăng dần theo thời gian. Nhưng nếu đun sôi quá lâu nhận thấy hiệu
suất phản ứng giảm. Điều này có thể được giải thích là do phản ứng thuận nghịch
nên khi lượng aceton bị mất dần sẽ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều ngược lại,
thêm vào đó sản phẩm sinh ra có thể bị phân hủy do đun sôi hỗn hợp phản ứng quá
lâu. Từ những kết quả thu được trong bảng 2.2 nhận thấy phản ứng bảo vệ cis-diol
(14) đạt hiệu suất cao nhất khi đun sôi hỗn hợp phản ứng trong 2.5 giờ (sơ đồ 2.5)
(bảng 2.2).
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 26 -
COOC2H5HO
HO
OH
COOC2H5O
O
OH
(14) (15)
Sơ đồ 2.5: Tác chất và điều kiện: (CH3)2CO, TsOH, đun sôi, 2.5 giờ
(h= 91%)
Bảng 2.2: Khảo sát phản ứng tổng hợp etyl 3,4-O-isopropyliden shikimat (15)
Điều kiện phản ứng
Nhiệt độ Thời gian
Sản phẩm (15) Hiệu suất (%)
Đun 30 oC 1.5h 0.029g 12.1
Đun 40 oC 1.5h 0.168g 70.3
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
1.5h 0.209g 87.4
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
2.h 0.194g 80.8
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
2.5h 0.218g 91.0
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
6h 0.173g 72.1
Phổ 1H NMR của acetonid (15) cho thấy sự xuất hiện 2 mũi đơn ở 1.41 ppm
và 1.46 ppm là hai mũi của 2 nhóm –CH3 của vòng acetal. Mũi 1H của hidrogen gắn
vào carbon mang nối đôi ở 6.92 ppm trong hợp chất acetonid (15) được dịch chuyển
xuống trường thấp so với mũi 1H ở 6.80 ppm trong hợp chất etyl shikimat (14) (phụ
lục 5, 6). So với phổ 13C NMR của hợp chất etyl shikimat (14) thì ở hợp chất
acetonid (15) xuất hiện thêm 2 mũi -CH3 mới ở 25.7 ppm, 28.0 ppm và một mũi CH
mới ở 109.8 ppm cho thấy rằng 2 nhóm -OH trong hợp chất etyl shikimat (14) được
bảo vệ thành công (phụ lục 7).
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 27 -
2.4.3 Phản ứng mesylat hóa tạo thành metansulfonat ester (16)
Để có vòng epoxy tại C-4 và C-5 trước hết nhóm hydroxyl tại C-5 phải được
chuyển đổi thành một nhóm xuất tốt để khi thủy giải vòng acetal thì vòng epoxy tại
C-4 và C-5 có thể được tạo thành qua phản ứng SN2. Trước tiên chúng tôi sử dụng p-
toluensulfonyl clorur (TsCl) để bảo vệ nhóm –OH tại C-5 nhưng không thành công.
Sau đó chúng tôi thay thế TsCl bằng metansulfonyl clorur (MsCl) để có nhóm xuất
tốt hơn thì phản ứng xảy ra rất dễ dàng và cho hiệu suất tốt (sơ đồ 2.6).
COOC2H5O
O
OH
O
S
O
H3C Cl
N
C2H5
C2H5C2H5
COOC2H5O
O
O
SO O
H3C Cl
H
COOC2H5O
O
O
SO O
CH3
H
COOC2H5O
O
O
SO O
CH3
Sơ đồ 2.6: Cơ chế phản ứng tổng hợp etyl 3,4-O-isopropyliden-5-O-
(metansulfonyl)- shikimat (16)
Trước tiên khảo sát theo nhiệt độ để tìm điều kiện cho phản ứng xảy ra. Chất
nền acetonid (15) và tác chất CH3SO2Cl lấy theo tỉ lệ đương lượng của phản ứng (tỉ
lệ 1eq:1eq), khuấy từ hỗn hợp phản ứng ở 10oC thấy không xảy ra. Hạ thấp dần nhiệt
độ phản ứng xuống nhận thấy hiệu suất phản ứng tăng lên, khi hạ thấp nhiệt độ phản
ứng xuống đến -3oC thấy phản ứng cho hiệu suất tốt. Giữ phản ứng ở nhiệt độ này,
tiến hành thay đổi thời gian phản ứng để tìm ra thời gian phản ứng thích hợp. Từ
những kết quả thu được trong bảng bảng 2.3 chúng tôi nhận thấy phản ứng cho hiệu
suất tốt khi khuấy từ ở -3oC trong 1.5 giờ.
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 28 -
Biết được nhiệt độ tối ưu cho phản ứng, chúng tôi tiến hành thay đổi tỉ lệ chất
nền acetonid (15) và tác chất metansulfonyl clorur. Kết quả thu được trong bảng 2.3
cho thấy phản ứng mesylat hóa alcol đạt hiệu suất cao nhất khi thực hiện phản ứng ở
-3oC trong 1.5 giờ với tỉ lệ đương lượng acetonid (15) và metansulfonyl clorur là
1eq:1.5eq (sơ đồ 2.7).
COOC2H5O
O
OH
(15)
COOC2H5O
O
OSO2CH3
(16)
(C2H5)3N
CH3SO2Cl
Sơ đồ 2.7: Tác chất và điều kiện: CH3SO2Cl (1.5eq), (C2H5)3N, -3oC, 1.5 giờ
(h=84.8%).
Bảng 2.3: Khảo sát phản ứng tổng hợp etyl 3,4-O-isopropyliden-5-O-
(metansulfonyl) shikimat (16)
Nhiệt độ Thời gian Tác chất (MsCl) Sản phẩm (mg) Hiệu suất (%)
10oC 1.0 giờ 1.0 eq - -
5oC 1.0 giờ 1.0 eq 152.7 55.0
-3oC 1.0 giờ 1.0 eq 171.6 61.8
-3oC 1.5 giờ 1.0 eq 210.5 75.8
-3oC 4.0 giờ 1.0 eq 211.0 76.0
-3oC 1.5 giờ 1.2 eq 222.4 80.1
-3oC 1.5 giờ 1.5 eq 235.5 84.8
-3oC 1.5 giờ 1.8 eq 233.2 84.0
Phổ 1H NMR của metansulfonat ester (16) cho thấy sự xuất hiện mũi đơn 3H
ở trường thấp 3.12 ppm là ba proton trong nhóm CH3SO2-(15) (phụ lục 8,9). Phổ
13C NMR của metansulfonat ester (16) xuất hiện mũi carbon của nhóm CH3SO2- ở
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 29 -
38.6 ppm (phụ lục 10). Phổ DEPT của metansulfonat ester (16) cho thấy mũi carbon
ở 38.6 ppm là của nhóm metyl (phụ lục 11). Từ các giữ kiện trên chứng tỏ phản ứng
mesylat hóa nhóm –OH trong phân tử acetonid (15) đã thành công.
2.4.4 Phản ứng thủy giải tạo thành etyl 5-metansulfonylshikimat (17)
Trong hợp chất metansulfonat ester (16) có nhóm chức ester và có vòng acetal.
Trong môi trường acid thì nhóm chức ester cũng như vòng acetal đều kém bền.
Chúng tôi muốn thủy phân vòng acetal để tạo diol và giữ lại nhóm chức ester. Nếu
sử dụng xúc tác là các axit mạnh HCl, H2SO4…phản ứng sẽ làm thủy phân luôn cả
nhóm chức ester trong phân tử. Do đó chúng tôi sử dụng chất xúc tác là một acid yếu
TsOH.
CO2C2H5
O
HO
OSO2CH3
C
O
CO2C2H5
O
HO
OSO2CH3
C
CO2C2H5O
O
OSO2CH3
C
H
CO2C2H5O
O
OSO2CH3
C
- H
+ H
+ H
HO-C2H5
C2H5H
CO2C2H5O
HO
OSO2CH3
C
O
C2H5
CO2C2H5
O
HO
OSO2CH3
C
O
C2H5
H
CO2C2H5HO
HO
OSO2CH3
+ C2H5OH
(CH3)2(OC2H5)2
C
O
C2H5
+
- H
Sơ đồ 2.8: Cơ chế phản ứng tổng hợp etyl 5-metansulfonylshikimat (17)
Etanol được sử dụng trong phản ứng có vai trò vừa là tác chất, vừa là dung
môi nên chúng tôi không khảo sát theo tỉ lệ đương lượng của các chất tham gia phản
ứng mà chỉ khảo sát phản ứng theo nhiệt độ và thời gian phản ứng. Trước tiên chúng
tôi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng, thấy phản ứng không xảy ra. Khi tăng nhiệt
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 30 -
độ hỗn hợp phản ứng lên 40oC chúng tôi nhận thấy phản ứng xảy ra rất chậm và hiệu
suất phản ứng rất thấp, khi tăng lên đến nhiệt độ sôi của etanol thì phản ứng có được
hiệu suất tốt nhất trong cùng thời gian là 2.5 giờ. Sau đó chúng tôi đun sôi khuấy từ
hỗn hợp phản ứng lâu hơn thì nhận thấy phản ứng cho hiệu suất tăng dần theo thời
gian. Nhưng nếu đun sôi quá lâu nhận thấy hiệu suất phản ứng giảm. Điều này có thể
được giải thích là do phản ứng thuận nghịch nên khi lượng etanol bị mất dần sẽ làm
cân bằng chuyển dịch theo chiều ngược lại, thêm vào đó sản phẩm sinh ra có thể bị
phân hủy do đun sôi hỗn hợp phản ứng quá lâu. Từ những kết quả thu được trong
bảng 2.4, nhận thấy phản ứng thủy giải nhóm acetal trong phân tử metansulfonat
ester (16) đạt hiệu suất cao nhất khi đun sôi hỗn hợp phản ứng trong 2.5 giờ (sơ đồ
2.9) (bảng 2.4).
COOC2H5O
O
OSO2CH3
(16)
COOC2H5HO
HO
OSO2CH3
(17)
Sơ đồ 2.9: Tác chất và điều kiện: C2H5OH, TsOH, đun sôi, 2.5 giờ
(h= 85.0%)
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 31 -
Bảng 2.4: Khảo sát phản ứng tổng hợp etyl 5-metansulfonylshikimat (17)
Điều kiện phản ứng
Nhiệt độ phòng Thời gian
Sản phẩm (17) Hiệu suất (%)
Đun 30 oC 1.5h 15.23g 8.7
Đun 40 oC 1.5h 60.37g 34.5
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
1.5h 122.5g 70.0
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
2.h 144.02g 82.3
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
2.5h 148.75g 85.0
Nhiệt độ sôi
của dung dịch
6h 129.85g 74.2
Phổ 1H NMR của etyl 5-metansulfonylshikimat (17) nhận thấy không còn 2
mũi đơn 3H ở trong khỏang 1.30 ppm đến 1.50 ppm so với phổ 1H NMR
metansulfonat ester (16) (phụ lục 12, 13). Phổ 13C NMR của etyl 5-
metansulfonylshikimat (17) nhận thấy có 9 mũi carbon, mất đi 3 mũi carbon ở 25.6
ppm, 27.6 ppm, 110.3 ppm so với 13C NMR của metansulfonat ester (16) (phụ lục
14). Phổ DEPT của etyl 5-metansulfonylshikimat (17) nhận thấy mất đi 2 mũi CH3 ở
25.6 ppm, 27.6 ppm và 1 mũi C tứ cấp ở 110.3 ppm so với phổ DEPT của
metansulfonat ester (16) (phụ lục 15). Từ các dữ kiện này chứng tỏ nhóm
isopropyliden của metansulfonat ester (16) đã bị thủy phân.
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 32 -
2.4.5 Phản ứng khử MsOH tạo thành epoxid (18)
Khi có được cis-diol chúng tôi tạo vòng epoxid tại C-4 và C-5 trong môi
trường kiềm (sơ đồ 2.5).
CO2C2H5HO
HO
OSO2CH3
CO2C2H5HO
O
OSO2CH3
CO2C2H5HO
O
- CH3SO2
(18)
KHCO3
H2O
Sơ đồ 2.10: Cơ chế phản ứng tổng hợp etyl 4,5-epoxyshikimat (18)
Trước tiên chúng tôi khảo sát theo nhiệt độ để tìm điều kiện cho phản ứng xảy
ra. Khuấy từ hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng thấy phản ứng không xảy ra. Tăng
dần nhiệt độ phản ứng lên nhận thấy hiệu suất phản ứng tăng theo (bảng 2.5). Khi
nhiệt độ phản ứng lên trên 65oC thì hiệu suất phản ứng có tăng lên nhưng không
đáng kể. Giữ phản ứng ở nhiệt độ 65oC, chúng tôi tiến hành thay đổi thời gian phản
ứng. Kết quả thu được trong bảng 2.5 cho thấy phản ứng khử MsOH tạo thành
epoxid (18) đạt hiệu suất cao nhất khi đun khuấy từ hỗn hợp phản ứng ở 65oC trong
thời gian 70 phút (sơ đồ 2.11).
COOC2H5HO
HO
OSO2CH3
COOC2H5HO
O
(17) (18)
Sơ đồ 2.11: Tác chất và điều kiện: C2H5OH, KHCO3/H2O, 65oC, 70 phút
(h= 88.0%)
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC
- 33 -
Bảng 2.5: Khảo sát phản ứng tổng hợp etyl 4,5-epoxyshikimat (18)
Điều kiện phản ứng
Nhiệt độ Thời gian
Sản phẩm (18) Hiệu suất (%)
Nhiệt độ phòng 50 phút - -
40oC 50 phút 24.99mg 35.0
65oC 50 phút 54.42mg 76.2
80oC 50 phút 54.63mg 76.5
65oC 70 phút 62.85mg 88.0
65oC 210 phút 63.16mg 88.4
So với hợp chất etyl 5-metansulfonylshikimat (17) thì trong hợp chất etyl 4,5-
epoxyshikimat (18) trên phổ 1H NMR chỉ thấy còn một mũi đơn 3H ở 1.30 ppm,
giảm đi một mũi đơn 3H ở 3.12 ppm (phụ lục 16, 17), trên phổ 13C NMR chỉ còn 9
mũi carbon, giảm đi một mũi carbon ở 38.5 ppm (phụ lục 18), trên phổ DEPT cho
thấy không còn mũi carbon của nhóm –CH3 ở trường thấp (phụ lục 19). Chứng tỏ
phản ứng khử MsOH trong hợp chất etyl 5-metansulfonylshikimat (17) tạo vòng
epoxid (18) thành công.