ĐẠi hỌc qu -...

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ MINH ĐÔNG

ĐIỀU CHẾ CHẤT CHÌA KHÓA TRONG

TỔNG HỢP DẪN XUẤT COENZYME Q10 BẰNG PHẢN ỨNG

CHUYỂN VỊ CLAISEN VÀ PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2016

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Mã số : 60440144

2

LỜI MỞ ĐẦU

Coenzyme Q10 (2,3-dimethoxy-5-methyl-6-multiprenyl-1,4-benzoquinone) còn gọi là

(ubiquinone, ubidecarenone, CoQ10) lần đầu tiên được phân lập từ tim bò bởi Frederick

Crane (USA) năm 1957. Là một trong ba coenzyme quan trọng trong tổng hợp nên ATP

– năng lượng sinh học của cơ thể sống.Do có tính chất chống oxy hóa mạnh, trung hòa

các gốc tự do nên CoQ10 ngày càng được sử dụng nhiều làm nguồn thực phẩm chức

năng, giúp cải thiện sức khỏe và được đưa vào mỹ phẩm làm đẹp như một chất chống oxy

hóa, chống lão hóa để giúp cơ thể trẻ hóa; ứng dụng trong y tế nhằm ngăn ngừa ung thư,

điều trị nhiều bệnh về tim mạch, tiểu đường, Parkinson, tăng hệ thống miễn dịch…

Với nhiều ứng dụng có lợi như vậy nên nhu cầu về CoQ10 ngày một tăng lên, đặt

ra yêu cầu đó là cần thực hiện được sản xuất quy mô công nghiệp bằng con đường tổng

hợp toàn phần, tạo ra được các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao. Để đáp ứng nhu

cầu đó, đã có nhiều giải pháp được đưa ra như tổng hợp hóa học, bán tổng hợp và công

nghệ sinh học. Mặc dù, từ khi CoQ10 ra đời cho đến nay đã có nhiều nhà nghiên cứu

tổng hợp, tuy vậy vẫn chưa có sản phẩm CoQ10 thương mại nào ra đời bằng con đường

tổng hợp toàn phần. Hiện tại, các sản phẩm bán trên thị trường đều được sản xuất chủ yếu

bằng con đường lên men vi khuẩn như Agrobacterium tumefaciens, Escherichia. Coli,

Paracoccus denitrificans…

Ở trong nước việc nghiên cứu CoQ10 chỉ dừng lại ở việc tối ưu hóa quá trình lên

men các chủng tự nhiên hoặc cải biến chúng. Chưa có nhóm nghiên cứu nào tiến hành

nghiên cứu và tổng hợp CoQ10 hoặc dẫn xuất CoQ10. Xuất phát từ những cơ sở lý luận

và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài :

“Điều chế chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất coenzyme Q10 bằng

phản ứng chuyển vị Claisen và phản ứng ghép chéo”.

Chương 1 – TỔNG QUAN

3

1.1 Lịch sử Coenzyme Q10

1.2 Cấu tạo của Coenzyme Q10

1.3 Sinh tổng hợp và chức năng Coenzyme Q10

1.3.1 Coenzyme Q10 trong tự nhiên

1.3.2 Sinh tổng hợp Coenzyme Q10

1.3.3 Chức năng của Coenzyme Q10

1.4 Ứng dụng Coenzyme Q10 trong y học

1.4.1 Tác dụng đối với các bệnh về tim mạch

1.4.2 Tác dụng với bệnh đau đầu kinh niên

1.4.3 Tác dụng trong điều trị các bệnh khác

1.4.4 Trong mỹ phẩm

1.5 Phương pháp hóa học tổng hợp Coenzyme Q10

1.6 Mục tiêu luận văn

Chương 2 – THỰC NGHIỆM

2.1 Thiết bị và hóa chất

2.2 Phương pháp thực nghiệm

Quy trình tổng hợp chất trung hai dẫn xuất Coenzyme Q10 từ những chất đơn giản

ban đầu là menadione và 2,3,5-trimethyl hydroquinone. Sau khi nghiên cứu tổng hợp các

tài liệu, nhóm đã sử dụng các phản ứng acyl hóa, phá bảo vệ chọn lọc, phản ứng ete –

Williamson, chuyển vị Claisen và hoán vị olefin sử dụng xác tác Grubbs, thu được sản

phẩm trung gian quan trọng trong tổng hợp các dẫn xuất CoQ10.

4

Sơ đồ 1. Phương pháp tổng hợp chất trung gian 1

Sơ đồ 2. Tổng hợp chất trung gian 15

2.2.1 Tổng hợp 1,4-hydroxy-2-methylnaphthalene

5

Sơ đồ phản ứng:

Cho chất rắn 2-methyl-1,4-naphthoquinone (8,2 g, 47,6 mmol) vào bình cầu 50

ml, thêm ethyl acetate (100 ml) hòa tan hoàn toàn chất rắn, sau đó đưa nhiệt độ trong

bình cầu về 0oC. Sau khi chất rắn tan hoàn toàn, nhỏ từ từ 100ml dung dịch Na2S2O4 (40

g, 230 mmol). Phản ứng được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ phòng và trong môi trường

khí nitơ. Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng, sau khoảng thời gian

10 giờ dừng phản ứng, sản phẩm được chiết bằng ethyl acetate. Sản phẩm được rửa lại

bằng nước muối bão hòa, làm khô bằng Na2SO4. Tiến hành cô quay áp suất thấp tách

dung môi thu được chất rắn màu tím 2 (8,24 g, 47,6 mmol); 1H NMR (500 MHz, CDCl3)

δ ppm: 8,08 (d, J = 9.3 Hz, 2H); 7,74 – 7,71 (m, 1H); 7,49 – 7,47 (m, 1H); 6,64 (s, 1H);

4,86 (s, 1H); 4,68 (s, 1H); 2,36 (s, 3H).

2.2.2 Tổng hợp 1,4-diacetate-2-methylnaphthalene


Cho 1,4-dihydroxy-2-methylnaphthalene (8,24 g, 47,6 mmol) vào bình cầu, sau

đó cho nhỏ từ từ acetic anhydride (23 ml, 244 mmol), tiếp tục nhỏ 1 ml sulfuric acid vào

hỗn hợp phản ứng. Hỗn hợp khuấy đều, phản ứng thực hiện ở nhiệt độ phòng, thời gian 1

giờ. Sau đó dừng phản ứng bằng cách cho đá lạnh vào hỗn phản ứng, tạo thành kết tủa

rắn màu trắng, lọc và rửa vài lần với nước cất lạnh. Chất rắn thô thu được đem kết tinh lại

trong ethanol, thu được sản phẩm dưới dạng tinh thể màu trắng 3 (10,7 g, 41,4 mmol, đạt

hiệu suất 87%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 7,81 (d, J = 10,8 Hz, 1H); 7,75 (d, J

6

= 8.0 Hz, 1H); 7,50 (m, J = 16,3; 6,9; 1,2 Hz, 2H); 7,15 (s, 1H); 2,47 (d, J = 13,7 Hz,

6H); 2,33 (s, 3H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,39; 168,86; 144,11; 142,13;,

127,90; 127,08; 126,48; 126,16; 126,02; 121,45; 121,15; 120,70; 20,98; 20,57; 16,49.

2.2.3 Tổng hợp 4-hydroxy-2-methylnaphthaleny-1-acetate

Hòa tan chất rắn 3 (3,62 g, 14 mmol) trong methanol ở nhiệt độ 45oC, sau khi chất

rắn tan hoàn toàn giảm nhiệt độ về 35oC. Hòa tan hỗn hợp chất rắn K2CO3 (0,97g, 7

mmol) và Na2S2O5 (1,825g, 9 mmol) trong 5ml nước cất, thu được hỗn hợp A. Cho từ từ

hỗn hợp A vào bình phản ứng. Đun hồi lưu ở nhiệt độ 40oC, theo dõi phản ứng bằng sắc

ký bản mỏng, phản ứng thực hiện trong khoảng thời gian 1 giờ. Sau đó, dừng phản ứng

và làm lạnh từ từ về nhiệt độ phòng, cho 50g đá lạnh vào bình phản ứng, trung hòa về pH

= 7 bằng acid acetic. Hỗn hợp sản phẩm được tách chiết với dung môi ethyl acetate, sản

phẩm được làm khô bằng Na2SO4, và cô quay tách loại dung môi thu được chất rắn màu

trắng. Chất rắn thô được kết tinh lại trong hệ dung môi n- hexane: ethyl acetate, cho tinh

thể màu trắng 4 (1,87 g, 0,87 mmol, đạt hiệu suất 62%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ

ppm: 7,97 (d, J = 8,4 Hz, 1H); 7,64 (d, J = 8,4 Hz, 1H); 7,48 (t, J = 7,6 Hz, 1H); 7,38 (t, J

= 7,6 Hz, 1H); 6,31 (s, 1H); 6,13 (s, 1H); 2,49 (s, 3H), 2,16 (s, 3H); 13

C NMR (126 MHz,

CDCl3) δ ppm: 170,55; 149,49; 137,38;127,50; 126,92; 126,41; 124,55; 123,89; 122,17;

120,27; 110,94; 20,64; 16,26.

2.2.4 Tổng hợp 4-allyloxy-2-methylnaphthalenyl-1-acetate


7

Tinh thể rắn màu trắng 4 (3 g, 13,9 mmol) được hòa tan trong 40ml DMF, đưa nhiệt

độ bình phản ứng về 0oC, quá trình phản ứng được thực hiện trong môi trường khí nitơ.

Khi nhiệt độ bình về 0oC, cho từ từ NaH (0,5g, 20,8 mmol), khuấy mãnh liệt cho đến khi

thoát hết bọt khí trong bình cầu (thời gian khoảng 30 phút), sau đó nhỏ từ từ allyl

bromide (1,5 ml, 17,4 mmol), thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 40oC. Quá trình phản ứng

được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng (khoảng 12 giờ dừng phản ứng), hỗn hợp phản ứng

làm lạnh về nhiệt độ phòng, cô quay tách loại dung môi DMF. Phân lập hỗn hợp sản

phẩm bằng cột sắc ký nhồi silica gel (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 50:1

v/v), thu được chất rắn màu trắng 4-allyloxy-2-methylnaphthalenyl-1-1acetate (2, 9g,

đạt hiệu suât 82%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 8,26 (d, J = 8,3 Hz, 1H); 7,67 (d,

J = 8,4 Hz, 1H); 7,52 – 7,41 (m, 2H); 6,65 (s, 1H); 6,21 – 6,11 (m, 1H); 5,52 (dd, J =

17,3, 1,5 Hz, 1H); 5.34 (dt, J = 6,8, 3,4 Hz, 1H); 4,70 (d, J = 5,1 Hz, 2H); 2,45 (s, 3H);

2,30 (s, 3H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,43; 152,12; 137,79; 133,22;

127,72; 127,09; 126,12; 125,11; 124,83; 122,41; 120,41; 117,44; 107,57; 69,19; 20,59;

16,83.

2.2.5 Tổng hợp 4-hydroxy-3-allyl-2-methylnaphthalenyl-1-acetate


Tinh thể rắn 5 (2,9 g, 11,3 mmol) được hòa tan hoàn trong 50 ml dung môi 1,2

dichlorobenzene. Phản ứng được đun hồi lưu ở nhiệt độ 180oC trong môi trường khí trơ

nitơ. Quan sát phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, khoảng thời gian sau 24 giờ dừng phản

ứng, hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng có thể đưa trực tiếp lên cột silica gel để phân lập

(dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 20:1 v/v), thu được sản phẩm là chất rắn

màu vàng nhạt 6 (1,6g, đạt hiệu suất 55%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 8,13 –

8,09 (m, 1H); 7,67 – 7,64 (m, 1H); 7,50 – 7,41 (m, 2H); 6,07 – 5,98 (m, 1H); 5,36 (s,

1H); 5,19 – 5,06 (m, 2H); 3,59 (dt, J = 5,6, 1,7 Hz, 2H); 2,47 (s, 3H); 2,25 (s, 3H); 13

C

8

NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,56; 147,55; 138,24; 134,87; 126,53; 126,39;

126,32; 125,11; 123,87; 121,59; 120,69; 118,02; 116,53; 31,24; 20,62; 13,30.

2.2.6 Tổng hợp 1,4-diacetate-3-allyl-2-methylnaphthalene


Chất rắn màu vàng 6 (1,6 g, 6,2 mmol) được hòa tan bởi 10 ml pyridine trong bình

cầu 25 ml, đưa nhiệt độ bình phản ứng về 0oC trong môi trường khí nitơ. Sau đó, thêm

anhydride acetic (1,34 ml, 12 mmol) vào bình phản ứng, duy trì phản ứng ở điều kiện

nhiệt độ 0oC. Tiếp tục thêm từ từ xúc tác 4-dimethyl pyridine (0,16 g, 1,3 mmol), thực

hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng và trong môi trường khí nitơ. Theo dõi phản ứng bằng

sắc ký bản mỏng, trong thời gian khoảng một giờ dừng phản ứng. Cho 30ml nước cất vào

hỗn phản ứng, dùng 10 ml ethyl acetate chiết hỗn hợp sản phẩm và thực hiện chiết trong

3 lần. Tiếp tục làm sạch sản phẩm với 20ml nước cất và dung dịch 20ml CuSO4 bão hòa

2 lần (tách loại được pyridine), sau đó dùng nước muối bão hòa tiếp tục rửa hỗn hợp. Sản

phẩm thô được làm khô bằng Na2SO4, tách sản phẩm bằng cột sắc ký silica gel (dung môi

chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 20:1), thu được sản phẩm tinh khiết màu trắng 7 (1,66

g, 5,58 mmol, hiệu suất đạt 90%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 7,75 – 7,69 (m,

1H); 7,68 – 7,63 (m, 1H); 7,51 – 7,43 (m, 2H); 5,89 (ddt, J = 16,1, 10,2, 5.9 Hz, 1H);

5,08 – 4,93 (m, 2H); 3,48 (s, 2H); 2,48 (d, J = 8,5 Hz, 5H); 2,27 (s, 3H); 13

C NMR (126

MHz, CDCl3) δ ppm: 169,49; 168,47; 142,75; 142,63; 134,56; 128,25; 126,97; 126,54;

126,52; 126,31; 126,13; 121,47; 121,21; 116,19; 31,98; 20,72; 20,62; 13,03.

2.2.7 Tổng hợp (E)-2-(4-methoxy-3-methylbut-2-en-1-yl)-3-methylnaphthalene -

1,4-diyl diacetate


9

Cho chất 7 (31 mg, 0,1 mmol) và methyl methacrylate (0.11ml, 1mmol) vào bình

phản ứng, thêm 6 ml dung môi dichloromethane, tiếp tục cho xúc tác Grubbs 2nd

(8,7 mg,

0,01 mmol) vào bình phản ứng. Phản ứng tiến hành hồi lưu trong thời gian 24 giờ ở nhiệt

độ 40oC, trong môi trường khí nitơ. Cô quay áp suất thấp tách loại dung môi của hỗn hợp

sau phản ứng, tách hỗn hợp sản phẩm bằng cột sắc ký nhồi silica gel (dung môi n-hexane:

ethyl acetate = 9:1 v/v), thu được chất rắn màu trắng 8 (17 mg, 0,049 mmol, hiệu suất

40,7%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 6,58 (td, J = 6,8, 1,4 Hz, 1H); 3,69 (d, J = 5,4

Hz, 3H); 3,36 (s, 2H); 2,33 (d, J = 16,3 Hz, 6H); 2,05 (d, J = 10,6 Hz, 9H); 1,96 (d, J = 1,1

Hz, 3H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 168,24; 145,99; 145,57; 139,30; 128,56;

128,15; 127,83; 127,22; 51,74; 27,47; 20,55; 20,50; 13,24; 12,84; 12,65.

2.2.8 Tổng hợp 2,3,5-Trimethyl-1,4-hydroquinone diacetate

Phương trình phản ứng:

Cho 2,3,5-trimethyl hydroquinone (10g, 66 mmol) vào bình cầu 100ml, sau đó thêm

anhydride acetic (21,85ml, 198 mmol), nhỏ 1ml sulfuric acid vào hỗn hợp phản ứng. Hỗn

hợp được khuấy đều, phản ứng thực hiện ở nhiệt độ 100oC trong môi trường khí trơ nitơ.

Theo dõi phản ứng bằng sắc ký bản mỏng (thời gian phản ứng khoảng 1 giờ) dừng phản

ứng. Sau đó cho đá lạnh vào hỗn hợp phản ứng, thu được kết tủa rắn, lọc chất rắn và rửa

sản phẩm bẳng nước lạnh cho đến khi dung dịch rửa có pH = 7. Chất rắn thô, được kết tinh

lại trong n-hexane:ethyl acetate, thu được tinh thể màu trắng 10 (14,9 g, 63 mmol, hiệu suất

90%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 6,75 (s, 1H); 2,34 (s, 3H); 2,31 (s, 3H); 2,11 (s,

10

3H); 2,06 (d, 6H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,52; 168,93; 146,48; 145,72;

130,23; 128,28; 127,45; 121,20; 20,82; 20,47; 16,28; 13,16; 12,81.

2.2.9 Tổng hợp 4-hydroxy-2,3,6-trimethylphenyl acetate


Hòa tan chất rắn 10 (9,73g, 41,22 mmol) bằng 20 ml methanol trong bình cầu

100ml ở nhiệt độ 45oC, khuấy đều cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn, đưa nhiệt độ bình

cầu về 35oC. Hòa tan hỗn hợp chất rắn K2CO3 (2,8 g, 20,3 mmol) và Na2S2O5 (5 g, 26,5

mmol) trong 15ml nước cất, thu được hỗn hợp A. Cho từ từ hỗn hợp A vào bình phản

ứng, tiến hành đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 40oC. Tiến trình phản ứng được

theo dõi bằng sắc ký bản mỏng, sau thời gian khoảng 1 giờ thì dừng phản ứng và làm

lạnh về nhiệt độ phòng. Tiếp tục cho 50 g đá lạnh vào bình phản ứng, trung hòa về pH =

7 bằng acetic acid. Hỗn hợp sản phẩm được tách bằng ethyl acetate, sản phẩm thô được

làm khô bằng Na2SO4 và cô quay tách loại dung môi, thu được chất rắn màu trắng. Chất

rắn thô được kết tinh lại trong dung môi n-hexane:ethyl acetate, cho tinh thể màu trắng 11

(4,56 g, 23,5 mmol, hiệu suất 57%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 6,39 (s, 1H);

4,96 (s, 1H); 2,32 (s, 3H); 2,08 (s, 3H); 2,04 (s, 3H); 2,02 (d, 3H); 13

C NMR (126

MHz,CDCl3) δ ppm: 170,56; 151,98; 141,76; 130,14; 127,58; 121,81; 114,9; 20,96;

16,61; 13,46; 12,27.

2.2.10 Tổng hợp 1-acetyloxy-4allyloxy-2,3,6-trimethylbenzene


11

Tinh thể màu trắng 11 (2 g, 10,3 mmol) ở trên được hòa tan trong 40ml DMF, đưa

nhiệt độ bình về 0oC, tiến trình phản ứng được thực hiện trong môi trường khí nitơ. Sau

đó, cho từ từ NaH (0,52 g, 20,2 mmol), khuấy mãnh liệt cho đến khi bọt khí ngừng thoát

ra từ dung dịch phản ứng (thời gian khoảng 30 phút), nhỏ từ từ allyl bromide (1,2 ml,

13,9 mmol), tiến hành phản ứng nhiệt độ 40oC. Sau thời gian 12 giờ dừng phản ứng, đưa

về nhiệt độ phòng và cô quay tách loại dung môi DMF. Sản phẩm thu được chạy sắc ký

cột nhồi silica gel (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 50:1 v/v) thu được chất

lỏng màu vàng 12 (2,02 g, 8,65 mmol, hiệu suất đạt 84%);1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ

ppm: 6,56 (s, 1H); 6,07 (m, 1H); 5,40 (s, 1H); 5,26 (s, 1H); 4,49 (s, 2H); 2,33 (s, 3H);

2,16 (s, 3H); 2,11 (s, 3H); 2,05 (s, 3H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,45;

154,09; 141,74; 133,72; 129,64; 127,03; 124,20; 116,80; 111,53; 69,33; 20,47; 16,57;

13,02; 12,00.

2.2.11 Tổng hợp chất 3-Allyl-4-hydroxy-2,5,6-trimethylphenyl acetate

Phương trình phản ứng như sau:

Chất lỏng 12 (0,5 g, 2,13 mmol) cho vào bình cầu chứa 30ml dung môi 1,2-

dichlorobenzene. Phản ứng được đun hồi lưu ở nhiệt độ 180oC trong môi trường khí trơ

nitơ. Sau thời gian 1 ngày phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được đưa trực tiếp lên cột silica

gel để tách hỗn hợp sản phẩm (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 20:1 v/v), thu

được chất rắn màu vàng nhạt 13 (0,19 g, 1,67 mmol, hiệu suất 78%);1H NMR (500 MHz,

CDCl3 ) δ ppm: 5,96 (s, 1H); 5,08 (s, 2H); 4,78 (s, 1H); 3,41 (s, 2H); 2,34 (s, 2H); 2,16

(s, 5H); 2,05 (s, 3H); 2,11 (s, 3H); 2,05 (s, 3H) ;13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm:

169,62; 150,04; 141,77; 135,40; 127,53; 127,53; 126,311; 121,60; 115,90; 31,11; 20,37;

13,14; 12,66; 12,16.

2.2.12 Tổng hợp chất 2-Allyl-3,5,6-trimethyl-1,4-phenylene diacetate

12


Chất rắn 13 (0,5 g, 2,13 mmol) được hòa tan bằng 5ml pyridine trong bình cầu

25ml, hạ nhiệt độ bình phản ứng về 0oC và trong môi trường khí nitơ. Sau đó, thêm

anhydride acetic (0,4 ml, 4 mmol) vào bình phản ứng, duy trì phản ứng ở điều kiện nhiệt

độ 0oC. Tiếp tục thêm từ từ xúc tác 4-dimethyl pyridine (0,16 g, 1,3 mmol) vào bình phản

ứng, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong môi trường khí nitơ. Theo dõi phản

ứng bằng sắc ký bản mỏng (sau thời gian 4 giờ thì dừng phản ứng), thêm 15ml nước cất

vào hỗn hợp phản ứng, dùng 10 ml ethyl acetate để chiết, thực hiện chiết 3 lần. Làm sạch

hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng với 20ml nước và dung dịch CuSO4 bão hòa (2x20ml)

(tách loại được pyridine), sau đó dùng nước muối bão hòa để rửa hỗn hợp. Làm khô hỗn

hợp bằng Na2SO4, tách sản phẩm bằng cột sắc ký silica gel (dung môi chạy cột n-

hexane:ethyl acetate = 20:1), thu được sản phẩm tinh khiết màu trắng 14 (0,53g, 1,9

mmol, hiệu suất đạt 90%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3 ) δ ppm: 5,82 (s, 1H); 5,00 (d,

2H); 3,29 (d, 2H); 2,36 (d, 6H); 2,08 (d, 9H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm:

169,27; 169,15; 145,99; 145,75; 134,88; 128,54; 128,11; 127,72; 127,53; 115,73; 31,82;

29,78; 20,55; 13,35; 13,30; 12,67.

2.2.13 Tổng hợp chất (E)-2-(4-methoxy-3-methylbut-2-en-1-yl)-3,5,6-trimethyl-

1,4-phenylene diacetate

Sơ đồ phản ứng sau:

Cho chất 14 (20 mg, 0,072 mmol) và methyl methacrylate (0,11 ml, 1 mmol) vào

bình cầu 25ml, thêm 6 ml dung môi dichloromethane vào bình phản ứng, tiếp tục cho xúc

13

tác Grubbs 2nd

(8,7 mg, 0,01 mmol) vào bình phản ứng. Phản ứng tiến hành hồi lưu trong

thời gian 24 giờ ở nhiệt độ 40oC và trong môi trường khí nitơ. Cô quay tách loại dung

môi của hỗn hợp sau phản ứng, tách sản phẩm với cột sắc ký silica gel (dung môi n-

hexane: ethyl acetate = 9:1 v/v), thu được chất rắn màu vàng nhạt 15 (17 mg, 0,049

mmol, 67,6%); 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ ppm: 6,58 (td, J = 6,8, 1,4 Hz, 1H); 3,69

(d, J = 5,4 Hz, 3H); 3,36 (s, 2H); 2,33 (d, J = 16,3 Hz, 6H), 2,05 (d, J = 10,6 Hz, 9H),

1,96 (d, J = 1,1 Hz, 3H); 13

C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 168,24; 145,99; 145,57;

139,30; 128,56; 128,15; 127,83; 127,22; 51,74; 27,47; 20,55; 20,50; 13,24; 12,84; 12,65.

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10

Trong luận văn, chúng tôi đã nghiên cứu điều chế thành công chất chìa khóa trong

tổng hợp Coenzyme Q10 bằng phương pháp đơn giản và hiệu quả. Sơ đồ phản ứng được

trình bày ở sơ đồ 3:

14

Sơ đồ 3. Tổng hợp ngược chất chìa khóa trong điều chế

dẫn xuất Coenzyme Q10

Tổng hợp chất trung gian của dẫn xuất Coenzyme Q10 đi từ chất đầu đơn giản

menadion 1 và trimethyquinone 9, qua các phản ứng khử hóa, bảo vệ nhóm chức, phá bảo

vệ chọn lọc, và phản ứng tạo ete theo Williamson thu được chất 5 và 12. Sau khi có được

sản phẩm ete, tiếp tục thực hiện phản ứng chuyển vị Claisen thu được các chất 7 và 14.

Phản ứng chuyển vị Claisen là phương pháp đơn giản, hiệu quả và hiệu suất cao, là bước

rất quan trọng để tổng hợp nên chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10. Để

thu được chất trung gian 8 và 15, nhóm nghiên cứu đã thực hiện phản ứng hoán vị olefin

với xúc tác Grubbs 2nd

. Mục đích sử dụng xúc tác để tạo ra sản phẩm có độ chọn lọc cấu

hình cao, quy trình thực nghiệm đơn giản, hiệu suất cao. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã tổng

hợp được 2 chất chìa khóa quan trọng trong tổng hợp dẫn xuất CoQ10. Với việc sử dụng

hai phản ứng kinh điển chuyển vị Claisen và phản ứng ghép chéo Grubbs, đây là phản

ứng chìa khóa trong tổng hợp các dẫn CoQ10, đó cũng là tính mới của đề tài.

15

3.2 Phản ứng chuyển vị Claisen

Sau khi thực hiện phản ứng ete theo Williamson, sản phẩm tiếp tục tiến hành phản

ứng chuyển vị Claisen. Phản ứng chuyển vị Claisen là một trong những phản ứng kinh

điển quan trọng trong hóa hữu cơ17

. Từ phản ứng này tạo ra liên kết C–C mới được phát

triển bởi nhà khoa học Rainer Ludwig Claisen. Trong đó dung môi có vai trò quan trọng

quyết định đến hiệu suất của phản ứng, dung môi tốt nhất thực hiện chuyển vị là các dung

môi hữu cơ phân cực. Cơ chế phản ứng:

Tính ưu việt của phản ứng là nếu không sử dụng thêm chất xúc tác, thì phản ứng chỉ

phụ thuộc vào nhiệt độ (thường lớn hơn 100oC) và dung môi thích hợp có thể tạo ra sản

phẩm mới. Ngược lại muốn giảm nhiệt độ phản ứng, người ta thêm bước phản ứng tạo ra

nhóm hút điện tử vào vị trí cácbon liên kết với oxy. Quá trình phân lập sản phẩm chính

đơn giản, hiệu quả, và có thể áp dụng trong quy mô công nghiệp. Sử dụng phản ứng

chuyển vị Claisen với mục đích kéo dài mạch C-C là một trong những tính mới của luận

văn. Đây là phản ứng chìa khóa để thực hiện phản ứng ghép chéo, từ đó thu được chất

trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10.

Sơ đồ 4. Phản ứng chuyển vị Claisen

16

Như đã phân tích ở trên, phản ứng chuyển vị phụ thuộc vào nhiệt độ và dung môi

thích hợp, chúng tôi thực hiện khảo sát các điều kiện trên, từ đấy tối ưu hóa điều kiện để

thu được hiệu suất phản ứng cao nhất. Đầu tiên, chúng tôi thực hiện phản ứng chuyển vị

chất 5 sử dụng dung môi DMF ở nhiệt độ 160oC trong điều kiện khí trơ. Tuy nhiên, phản

ứng không xảy ra, nguyên nhân do nhiệt độ phản ứng thấp chưa thể phá vỡ năng lượng

liên kết giữa O–C và hình thành nên liên C-C mới. Sau khi nghiên cứu tài liệu tham khảo,

chúng tôi thay đổi dung môi sử dụng 1,2-dichlorobenze và thực hiện phản ứng ở 180oC,

phản ứng chuyển vị xảy ra. Phản ứng thực hiện trong môi trường khí trơ nitơ, sau thời

gian 24 giờ phản ứng, quan sát phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, từ phổ cộng hưởng từ

hạt nhân cho thấy hiệu suất chuyển hóa đạt 100%. Với điều kiện khảo sát trên, tiếp tục

thực hiện phản ứng chuyển vị với chất 12, theo dõi phản ứng bằng sắc ký bản mỏng nhận

thấy phản ứng chuyển hóa hoàn toàn, nhưng trong thời gian ngắn hơn là 18 giờ. Hỗn hợp

sau phản ứng, dễ dàng phân lập bằng sắc ký cột silica gel.

Sản phẩm sau phản ứng được chứng minh bởi phổ cộng hưởng từ 1H và

13C.

Hình 1. Phổ cộng hưởng từ

1H của chất 6

Từ hình 1, ta có bảng giải phổ cộng hưởng từ 1H của chất 4-hydroxy-3-allyl-2-

methylnaphthalenyl-1-acetate dưới đây:

Bảng 1. Kết quả phân tích cộng hưởng từ 1H của chất 6

δ (ppm) 8,10 7,66 7,46 6,03 5,36

17

Độ bội m m m m s

Số H 1H 1H 2H 1H 1H

Nhóm CH vòng CH vòng CH vòng CH lk π -OH

δ (ppm) 5,13 3,59 2,47 2,25

Độ bội m d s s

Số H 2H 2H 3H 3H

Nhóm CH2 lk π -OCH2- CH3 acyl CH3

Thật vậy, từ bảng giải phổ cộng hưởng từ chất 6 ta thấy rằng, tín hiệu singlet đáy

rộng ở vị trí 5,36 ppm, là tín hiệu đặc trưng của –OH gắn với vòng thơm; vị trí 6,03 ppm

đặc trưng của nhóm -CH trong liên kết π của -CH=CH2. Điều đó chứng minh, phản ứng

chuyển vị Claisen đã thực hiện thành công.

Hình 2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13

C chất 6

Quan sát hình 2, ta có bảng giải phổ cộng hưởng từ 13

C dưới đây:

Bảng 2. Phân tích vị trí các tín hiệu phổ của chất 6

δ(ppm) 169,56 147,55 138,24 134,87 126,53 126,39 126,32 125,11

Vị trí C C=O C vòng C vòng C(CH

lk π)

C vòng C vòng C vòng C vòng

δ(ppm) 123,87 121,59 120,69 118,02 116,53 31,24 20,26 13,3

18

Ví trí C C vòng C vòng C vòng C vòng C(CH2

lk π)

C

(CH2)

CH3

acyl

CH3

Từ kết quả giải phổ ta thấy ở vị trí: 169,56 ppm là tín hiệu đặc trưng của các bon

cacbonyl; 134,87 ppm là tín hiệu đặc trưng các bon CH của liên kết -CH=CH2; 116,53

ppm là tín hiệu đặc trưng của cácbon -CH2- trong liên kết -CH=CH2. Kết hợp với phổ

proton ở trên, đã chứng minh được cấu trúc của sản phẩm 6 phù hợp với mục tiêu tổng

hợp.

Tương tự cấu trúc của sản phẩm 13 được chứng minh bởi phổ cộng hưởng từ hạt

nhân 1H và

13C.

ĐẠi hỌc qu -...

Documents