Đề tài Nghiên cứu tổng hợp xeton từ eleutherol và benzoyl clorua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC BÀI TẬP MÔN HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XETON TỪ ELEUTHEROL VÀ BENZOYL CLORUA Sinh viên :  Trần Thị ÁnhTuyết Lớp : K57E Giáo viên hướng dẫn : TS.Trương Minh Lương  HÀ NỘI  1  - 5/2010 LỜI CẢM ƠN Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Trương Minh Lương đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành bài tập lớn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn hóa hữu cơ, các anh chị làm cùng trong phòng thí nghiệm đã động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình làm bài tập này. Cuối cùng em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ động viên khích lệ của bạn bè và người thân để em hoàn thành bài tập lớn này Hà Nội, ngày 7 tháng 6 năm 2010 Sinh viên Trần Thị Ánh Tuyết  2 MỞ ĐẦU Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa ẩm, thảm thực vật phong phú trong đó có nhiều loại cây thuốc quý, sâm đại hành là một trong những số đó. Sâm đại hành được dân gian dùng làm thuốc chữa các bệnh như: Viêm phế quản, đau sưng cổ họng, chữa mụn nhọt, cầm máu, rượu bổ huyết trị tê thấp… Các nghiên cứu cho thấy trong sâm đại hành chứa ba hợp chất chính: eleutherol, eleutherin, isoeleutherin. Nghiên cứu khoa học thấy rằng các hợp chất tách ra từ Sâm đại hành có hoạt tính kháng khẩn, kháng nấm, chống ung thư, ức chế vi rút HIV phát triển, điều chế thuốc trị đau tim…[21, 22, 23]. Qua khảo sát thực tế trong và ngoài nước chúng tôi thấy hiện nay đã có một số đề tài nghiên cứu tách chiết và thử hoạt tính sinh học còn các nghiên cứu chuyển hóa các hợp chất trên còn rất ít. Gần đây có các nghiên cứu chuyển hóa của một số tác giả ở trường đại học sư phạm về eleutherol tạo ra các hợp chất nitro, amon, azometin. Như vậy, còn nhiều hướng chuyển hóa khác chưa được nghiên cứu. Về mặt cấu trúc thì eleutherol có vòng lacton kết hợp với nhân thơm có chức phenol tao những chuyển hóa giữ nguyên cấu trúc vòng lacton của chất mới với hi vọng sản phẩm có hoạt tính kháng khuẩn tốt. Trong công trình trước tác giả đã tổng hợp được sản phẩm axyl hóa và este hóa của eleutherol. Vì vậy chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu tổng hợp xeton từ eleuthrol và benzoyl clorua.  3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. Giới thiệu về Sâm đại hành [2] Chi Eleutherin có nhiều loại khác nhau, phân bố ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới, trong đó có các loài như: Eleutherine Muller (Brazin), Eleutherin bulbosa Mill (Ilalia), Eleutherin American MERR và HEYN (Nhật)… Sâm đại hành là loại cây mọc hoang hoặc được trồng nhiều ở Việt Nam thuộc chi Eleutherin. Tên khoa học là: Eleutherine subaphylla gagnep. Tên địa phương: Cây tỏi lào, tỏi mọi, kiệu đỏ, cỏ nhọt (Lào), sâm cau, phong nhan, hom búa lượt (Thái)… Sâm đại hành là một loại cây sống lâu năm, cao từ 30 – 60 cm, củ dài khoảng 4-5 cm, đường kính củ từ 2 – 3 cm, dài hơn củ hành, ngoài phủ vẩy màu đỏ nâu, phía trong từ màu nâu hồng đến màu đỏ nâu. Lá hình mác, gân lá song song chạy dọc trông giống như lá cau non, có thể dài từ 40 – 50 cm, rộng từ 3 – 5 cm. Là vị thuốc bổ trong y học cổ truyền nên có tên là sâm cau (lá như lá cau nhưng lại bổ  4 như sâm). Từ củ mọc lên một cán mang hoa dài 30 – 40 cm, trên cán có một lá dài từ 15 – 25 cm. Hoa mọc thành từng chùm ba lá dài, ba cánh tràng màu trắng hay vàng nhạt, ba nhị màu vàng, bầu hình trứng, ba cạnh, ba ngăn dài 1 mm, vòi dài 2,5 mm, trên sẻ thành ba trông như mũi dùi. Phân bố : Sâm đại hành mọc hoang và trồng lấy củ (dò) làm thuốc ở nhiều nơi như: Hà Tây, Hòa Bình, Nghĩa Lộ - Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Nam, Đà Nẵng, ở Hà Nội cũng có một số nhà trồng cây này. Sâm đại hành trồng rất đơn giản chỉ việc dùng củ vùi xuống đất như trồng hành tỏi. Trên thế giới các loài Sâm đại hành còn phân bố ở các nước như: Châu Á (Nhật, Indonexia, Ấn Độ, Lào,…); Châu Âu (Pháp, Anh…); Châu Mĩ ( Brazin). Thu hái và chế biến: Khi thấy cây tàn lụi thì đào củ lấy về, rửa sạch bóc lớp vỏ bên ngoài, thái mỏng dùng tươi hay phơi, sấy khô rồi để nguyên hay tán bột mà dùng, thuốc có vị đắng mùi hơi hắc, có một số nơi dùng để chế biến thức ăn có tác dụng chữa bệnh. Công dụng: Củ Sâm đại hành theo kinh nghiệm cổ truyền dùng để chữa một số bệnh: Mệt mỏi, tiêu độc, thuốc bổ máu, dùng dưới dạng rượu nước sắc hay chế thành viên. Một trong những nghiên cứu gần đây nhất cho thấy sản phẩm tách từ củ cây sâm đại hành, và các dẫn xuất có tác dụng kháng sinh, ức chế các tế bào gây ung thư, ức chế vi rút HIV phát triển và có tác dụng bảo vệ da. I.2. Những nghiên cứu trong và ngoài nước về sâm đại hành I.2.1. Nghiên cứu về thành phần hóa học của sâm đại hành. Trong các công trình công bố từ những năm 1950, H. Schmid và và các cộng tác viên khi nghiên cứu cây Eleutherin bulbosa mill (Ilalia) đã xác định được thành phần hóa học có ba chất: eleutherol (I), eleutherin (II) và isoeleutherin (III). Các tác giả đã sử dụng các phương pháp phổ IR, UV, 1H-NMR xác được cấu trúc của  5 chúng là: 5'' OCH3OH CH3 6'' 4'' O O C6H5COCl/AlCl3 OCOC6H5 3  6 11 OCH3 5 4a 7'' O  4 2'' 1'' O 3a 3''  10 CH3 3 O O 2 O H2O/NaOH 7 O 8 1' 8a 9 9a 1 O 2' I OCH3OH O O 7' 6'  5' 3' 4' II OMe O  Me  O  Me O III Nhóm tác giả T. Alevs [9] đã tách được từ Eleutherine Muller (Brazin) được bốn chất chính, trong đó có ba chất đã biết là: isoeleutherin, eleutherol và một chất mới là eleutherinon. Bằng các phương pháp phổ IR, 1H-NMR, 13C-NMR và phổ hai chiều đã xác định được cấu trúc: [8-metoxi-1-metyl-1,3-đihidronaphto(2,3-c) furan-4,9-dion]. Tác giả [23] và các cộng tác viên đã tách từ Eleutherin American MERR và HEYN (Nhật) được hai loại naphton đã biết là eleutherin, isoeleutherin, ngoài ra còn tách được một naphtoquinon mới là elecacin (I) và isoeleutherol (II). Nhóm tác giả Shibuya [21] đã tách được các glucozit và đisaccarit của eleutherin và eleutherol từ củ Eleutherin palmamifolia (Iridaceae) một loại thực vật ở Indonesia.  6 O O OMe O OH CH2 O OH OH OH  Me  I  O  O OH CH2 O OH OH OH  O  OH  OMe O CH2 O OH OH OMe OH  Me Me  II O OH CH2 O OH OH OH  O  OH  OMe O CH2 O OH OH  Me  III Vậy các hợp chất eleutherin, isoeleutherin, eleutherol không những tồn tại ở dạng tự do mà còn tồn tại ở dạng glicozit. Ở Trung Hoa, nhóm tác giả Chen [10] khi nghiên cứu về Eleutherin American (Iridaceae) đã cô lập được một naphthalen mới là Hongconin và xác nhận cấu trúc của nó bằng phổ nhiễu xạ tia X.  7 OMe OH OH  Me O O  Me [ Hongconin] Ngoài ra các tác giả còn tách được CH3(CH2)16COOH, axeritanin và axit gallic. Ở Việt Nam, từ lâu người ta đã biết sử dụng Sâm đại hành làm thuốc chữa bệnh. Nghiên cứu về thành phần hóa học nhóm tác giả Nguyễn Văn Đàn, Lê Văn Hồng, Lê Tùng Châu và cộng sự [4] đã tách được là eleutherol, eleutherin, isoeleutherin từ Eleutherin subaphylla Garnep và cấu trúc của chúng đã được xác nhận bằng phổ IR, UV và 1H-NMR. Và hàm lượng ba chất trong Sâm đại hành Việt Nam là: Eleutherin (0,7%), Isoeleutherin (0,3%), Eleutherol (0,42%). Trong những năm gần đây nhóm tác giả Trương Minh Lương , Tô Trà My, Nguyễn Thị Minh Hiền, Bùi Thị Thanh Hoa, Trịnh Thị Quyên và cộng sự [1, 3, 5, 6, 7)đã tách eleutherol. Cấu trúc của sản phẩm được xác định bằng phổ IR, 1D-NMR, 2D-NMR và phổ MS. I.2.2. Các nghiên cứu về tổng hợp các hợp chất tách được trong chi eleutherin. Các nghiên cứu về tổng hợp eleutherin, eleuthrol và các hợp chất tương tự chúng phát triển tương đối mạnh. Các tác giả [18, 19] đã dùng phản ứng đóng vòng của naphtoquinon tổng hợp được pentalogin là sản phẩm thuốc có cấu trúc tương tự ((±) isoeleutherin, tổng hợp psychorubin có cấu trúc tương tự eleutherin. Tác giả [9] đã tổng hợp được ventilagone (I) và naphthol (II) có cấu trúc tương tự eleutherin. Bằng quá trình metoxi hóa tác giả schmid. H, Eisenhuth. W [11, 12] đã tiến hành tổng hợp các hỗn hợp raxemic eleuthrinquinon.  8 Wang C.Y và Zang D.Y [22] cũng tổng hợp được các hợp chất ((±) đimethoxy – eleutherin. Trong những năm gần đây việc tổng hợp các hợp chất tương tự eleutherin vẫn không ngừng được đề cập. Trong [13] người ta tổng hợp các hợp chất có vòng pyrannaphtoquinon. Tài liệu [19] trình bày tổng hợp hongconin. Tài liệu [15] nói tới tạo những hợp chất có kích thước lớn có cấu trúc vòng eleutherin. Các nghiên cứu chuyển hóa eleutherin đã được nghiên cứu nhưng vẫn còn rất hạn chế. Hiện nay có một số chuyển hóa phá vỡ vòng pyran, chuyển hóa theo hướng phản ứng Đinxơ-Andơ hoặc gắn nhóm metoxi vào phân tử. Các nghiên cứu mới đây của Trương Minh Lương và cộng sự [1, 3, 5] đã tiến hành ghép thêm một nhóm nitro, amin vào eleutherol và chuyển hóa chuyển chúng thành hợp chất azometin. I.2.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng Sâm đại hành có hoạt tính sinh học tốt như sát trùng yếu, dùng làm thuốc trị mẩn ngứa [2]. Các hợp chất tách được từ Sâm đại hành có kháng khuẩn như eleutherin, isoeleutherin, eleutherol và eleutherinon [5], hoạt tính kháng khuẩn gram âm, gram dương. Eleutherin có thể dùng chữa bệnh ngoài da, tác dụng làm lành vết thương [10, 13, 15, 17, 20, 21].  9 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM II.1. Tách Eleutherin, eleutherol từ Sâm đại hành Việt Nam. Để tách Eleutherin, Isoeleutherin, eleutherol, từ Sâm đại hành Việt Nam,chúng tôi đã tiến hành theo phương pháp của tác giả Ngô Thị Minh Hiền [7]. Phương pháp được tiến hành như sau: Lấy 4 kg củ sâm đại hành ngâm trong 16 lít C2H5OH 960 trong 2 tuần, chiết siêu âm ở tần số cao trong 60 phút lọc lấy dịch chiết, cất dịch chiết thu được 0,7 lít dung dịch. Để kết tinh chậm, lọc lấy chất rắn kết tinh. Tinh chế sơ bộ chất rắn bằng C2H5OH được chất rắn màu vàng. Hòa tan chất rắn trong dung dịch NaOH 10%, đun nóng rồi để nguội. Lọc thu lấy phần dung dịch, trung hòa bằng dung dịch HCl, thấy xuất hiện kết tủa màu nâu. Lọc lấy chất rắn, rửa sạch bằng nước đến môi trường trung tính và thu được chất rắn đem sấy khô trong tủ sấy chân không. Đem chất rắn kết tinh lại trong dung môi cồn chúng tôi thu được có cùng Rf của eleutherol. Sản phẩm là những tinh thể hình sợi dài, màu trắng nhiệt độ nóng chảy 202-203oC. II.2. Axyl hóa và este hóa eleutherol bởi benzylclorua. OCH3 OH  CH3 O C6H5COCl AlCl3  C14H10O4(COC6H5)2 O Cân 0,244 gam eleutherol (0,001 mol) cho vào bình cầu 100 ml. Thêm 10ml nitrobenzen vào và khuấy kỹ bằng máy khuấy từ cho eleutherol tan hoàn toàn, hỗn hợp làm lạnh đến 00C rồi cho 1g AlCl3 vào, cho tiếp 2ml C6H5COCl, rồi nâng nhiệt độ lên khuấy ở nhiệt độ 300C trong 6 giờ thì dừng phản ứng. Đổ toàn bộ hỗn hợp phản ứng ra cốc nước đá, khuấy nhẹ cho HCl đặc vào đồng thời khuấy nhẹ. Hỗn  10 hợp phân 2 lớp, chiết lớp chứa nitrobenzen cho vào bình 2 cổ đem lôi cuốn hơi nước chất rắn còn lại trong bình đem kết tinh bằng cồn nguyên chất đã được làm khan ta thu được tinh thể dạng hạt, màu trắng. Kí hiệu sản phẩm là C1. II.3. Phản ứng thủy phân. Lấy sản phẩm C1 cho vào bình cầu 100ml, cho 5 ml dd NaOH 10% lắp ống sinh hàn, đun hồi lưu trong 2-3h. Trung hòa sản phẩm bằng dd HCl, sau đó lọc lấy chất rắn, rửa bằng nước cho đến khi hết kiềm. Kết tinh sản phẩm bằng axit axetic-etylaxetat thu được sản phẩm 2B II.4. Kiểm tra sản phẩm bằng sắc ký bản mỏng Chúng tôi kiểm tra sản phẩm của các phản ứng bằng sắc ký bản mỏng. Bản mỏng được sử dụng là bản đế nhôm tráng silicagen 1.05554.0001 của hãng Merck chỉ tiêu bản mỏng TLC 2020 silicagel F254. Hệ dung môi là n-hexan và etylaxetat. Nhận biết sản phẩm bằng đèn tử ngoại hoặc thuốc hiện hình (vanilin trong H2SO4 đặc). II.5. Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy được xác định trên máy Galemkamp đặt tại phòng thí nghiệm Hóa Hữu cơ, khoa Hóa học, trường ĐHSP Hà Nội. II.6. Sắc ký lỏng cao áp. Độ tinh khiết và thành phần của sản phẩm được xác định trên máy sắc ký lỏng cao áp LC-MS của Aligent 6310 của Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.  11 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sơ đồ tách và chuyển hóa SÂM ĐẠI HÀNH OCH3OH  CH3 O O C6H5COCl/AlCl3 OCOC6H5 3 O COC6H5O H2O/NaOH OCH3OH  CH3 O COC6H5O  12 III.1. Tách eleutherol từ sâm đại hành Việt Nam. Eleutherol được tách ra từ sâm đại hành Việt Nam theo tài liệu [5. Sản phẩm tách được là gồm 2 sản phẩm sau: Sản phẩm 1 thu được là tinh thể hình kim, màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy là 202-203oC, tan tốt trong Etylaxetat, axeton, clorofom, axit sunfuric đặc, nitrobenzen,…. xác nhận là hợp chất Eleutherol. Sản phẩm thu được có cùng Rf trong sắc ký bản mỏng với eleutherol III.2. Axyl hóa và este hoá eleutherol bởi benzylclorua Hợp chất C1 được tách ra có các tính chất vật lý III.2.1.Tính chất vật lý - Dung môi kết tinh : Cồn khan - Dạng tinh thể : tinh thể hình hạt - Màu sắc : tinh thể màu trắng - Nhiệt độ nóng chảy : 219-221 oC Sản phẩm thu được có cùng Rf với benzoyleleutherol benzoat 5'' 6'' 4'' 6  11 OCH3 5 4a  7'' O  4  2'' 1'' O 3a 3''  10 CH3 3 O 2 7  O  8  1' 8a  9 9a 1 O 2' 7' 6'  5' 3' 4' 13 III.3. Thủy phân sản phẩm của benzoyleleutherol benzoat III.3.1. Quá trình tổng hợp Để tiến hành tổng hợp xeton 2B chúng tôi tiến hành khuấy sản phẩm axyl hóa trong dung dịch NaOH. Ban đầu chất rắn không tan vì hợp chất thu được không còn chức phenol. Khi đun hồi lưu và đồng thời lắc đều hỗn hợp thì chất rắn tan phần lớn tạo thành dung dịch đỏ thẩm. Như vậy, đã xảy ra phản ứng thủy phân và sản phẩm tạo thành là muối phenolat nên tan được trong nước. Tiến hành lọc thường để lấy dung dịch nhằm loại bỏ các tạp chất không tan. Đẻ thu được sản phẩm chúng tôi xử lý bằng dung dịch HCl để chuyển phenolat thành sản phẩm phenol. Sản phẩm của quá trình thủy phân tan được trong kiềm. Kiểm tra sản phẩm bằng sắc ký bản mỏng thì thấy xuất hiện chấm mới khác vị trí của chất đầu. Có lẽ đã xảy ra phản ứng thủy phân để tạo thành xeton. III.3.1.Tính chất vật lý - Dung môi kết tinh : Axit axetic - etylaxetat - Dạng tinh thể :tinh thể hình hạt. - Màu sắc : tinh thể màu vàng III.3. 2. Phổ LC Phổ LC của hợp chất 2B được trình bày trên hình III.1 và hình III.2.  14 Hình III.1. Sắc đồ LC của mẫu 2B  15 Hình III.2. Bảng số liệu diện tích pic của sắc đồ mẫu 2B  16 Nhìn vào sắc đồ chúng tôi nhận thấy thời gian chạy mẫu khoảng 35 phút. Trong sản phẩm có nhiều chất khác nhau. Tuy nhiên, chỉ hai chất có hàm lượng lớn là chất có thời gian lưu 20,59 phú có hàm lượng khoảng 68% và pic có thời gian lưu 22,57 phút có hàm lượng khoảng 18%. Các píc còn lại có hàm lượng không đáng kể. Như vậy, trong mẫu sản phẩm chứa hai chất chính. Cần phản tinh chế sản phẩm sạch hơn trước khi đo các phổ khác. Theo dự đoán sơ bộ chủa chúng tôi có lẽ pic có thời gian lưu là 20,59 là xeton thu được từ phản ứng thủy phân còn pic có thời gian lưu 22,57 là chất đầu chưa loại bỏ hết qua quá trình thủy phân và tinh chế.  17 KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu ở bộ môn hóa hữu cơ chúng tôi thu được kết quả Bằng phương pháp ngâm chiết chúng tôi đã tách được eleutherol từ sâm đại hành Việt Nam, thực hiện phản ứng axyl hóa và thủy phân đã tổng hợp được xeton từ eleutherol và benzoyl clorua. Xác nhận eleutherol và benzoyleleutherol benzoat được so sánh tính chất vật lý và sắc ký bản mỏng với mẫu chuẩn. Xác định độ tinh khiết của sản phẩm thủy phân thu được bằng phương pháp phổ LC.  18 TÀI LIỆU THAM KHẢO I.Tài liệu tiếng Việt 1. Bùi thị Thanh Hoa (2005), Tách eleutherol từ sâm đại hành Việt Nam, tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn xuất chứa nitơ từ Eleutherol, Luận văn thạc sĩ hóa học - Trường ĐHSPHN. 2. Đỗ Tất Lợi (2000), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB Y học. 3. Ngô thị Minh Hiền (2005), Nghiên cứu tách eleutherol từ Sâm đại hành Việt Nam (Eleuthrin Subaphylla Gacgep) và chuyển hóa eleutherol bằng phản ứng nitro hóa, Luận văn tốt nghiệp đại học - Khoa Hóa học – Trường ĐHSPHN. 4. Nguyễn Văn Đàn, Lê Văn Hồng, Lê Hùng Châu, Nguyễn Văn Đàn, Đào Hồng Vân(1978), “Góp phần nghiên cứu thành phần hóa học cây Sâm Đại Hành ở Việt Nam”, Tạp chí Hóa học, số 18, tr. 29 – 33. 5. Trương Minh Lương, Tô Trà Mi, Ngô thị Minh Hiền (2006), “Góp phần nghiên cứu về eleutherol trong sâm đại hành Việt Nam”. Tạp chí Khoa học Trường ĐHSPHN, số 1, Tr. 104-109.. 6. Tô Trà My (2004), Bước đầu nghiên cứu tách, xác định cấu trúc và hoạt tính