Nhằm nghiên cứu thực hiện phản ứng ghép đôi mới của các hợp chất chứa nhân benzene hoặc dị vòng thơm trong điều kiện xúc tác dị thể, tập trung vào các phản ứng chưa từng được các nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện với xúc tác dị thể để có thể công bố kết quả nghiên cứu trên các tạp chí quốc tế ISI.

Trong đó, xúc tác dị thể sử dụng trong nghiên cứu này là các vật liệu MOFs cho phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp và vật liệu nano từ tính cho phản ứng thực hiện ở nhiệt độ cao, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa do PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan đứng đầu đã đề xuât thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thực hiện phản ứng ghép đôi mới của các hợp chất chứa nhân benzene hoặc dị vòng thơm trong điều kiện xúc tác dị thể”.

Dựa trên những tài liệu tham khảo về các phương diện khác nhau của hướng nghiên cứu đã được công bố trên trên trang web của Science, Nature, American Chemical Society, Royal Society of Chemistry, ScienceDrect, WileyInterscience… Đề tài đã tiến hành phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu thực hiện phản ứng ghép đôi mới của các hợp chất chứa nhân benzene hoặc dị vòng thơm trong điều kiện xúc tác dị thể, tập trung vào các phản ứng chưa từng được các nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện với xúc tác dị thể để từ đó, tiến hành thử nghiệm thực hiện các phản ứng cho đề tài này.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được một số kết quả như sau:

1. Đã nghiên cứu sử dụng vật liệu nano từ tính làm xúc tác cho phản ứng ghép đôi giữa các hợp chất họ 2-amino pyridine hoặc pyrimidine với các hợp chất transchalcone

Các hợp chất họ imidazo[1,2-a]pyrimidine và imidazo[1,2-a]pyridine có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng, thường được ứng dụng trong lĩnh vực tổng hợp hóa dược, hóa chất nông nghiệp, vật liệu hữu cơ chức năng. Do tầm quan trọng của những cấu trúc này, nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, những nghiên cứu trước đây sử dụng xúc tác đồng thể không thể thu hồi và tái sử dụng. Trong nghiên cứu này, Đề tài tiến hành sử dụng vật liệu nano từ tính CuFe₂O₄ làm xúc tác dị thể để thu hồi và tái sử dụng xúc tác cho phản ứng ghép đôi giữa các hợp chất họ 2-amino pyridine hoặc pyrimidine với các hợp chất trans-chalcone hình thành các hợp chất họ Imidazo[1,2-a]pyrimidine và imidazo[1,2-a]pyridine.

Để nhấn mạnh ưu điểm của vật liệu nano từ tính CuFe₂O₄ trong phản ứng ghép đôi giữa các hợp chất họ 2-amino pyridine hoặc pyrimidine với các hợp chất trans-chalcone, Đề tài tiến hành thực hiện phản ứng với các xúc tác đồng thể và dị thể khác nhau. Kết quả cho thấy phản ứng sử dụng vật liệu nano từ tính CuFe₂O₄ làm xúc tác có hoạt tính cao hơn những xúc tác đồng thể và dị thể khác.

Để kiểm tra tính dị thể của xúc tác, Đề tài đã tiến hành như sau: đầu tiên cho hỗn hợp phản ứng gồm nano từ tính CuFe₂O₄ (10 mol%), trans-chalcone (0.3 mmol), 2- aminopyrimidine (0.5 mmol), I₂ (2 equiv.), dung môi 1,4-dioxane (2.5 mL) trong môi trường khí O₂ và thực hiện phản ứng ở 140^oC theo như điều kiện đã tối ưu. Sau thời gian phản ứng là 2h chúng tôi tiến hành loại bỏ hoàn toàn xúc tác và cho dịch phản ứng tiếp tục như điều kiện ban đầu, và tiến hành đo hiệu suất ở những khoảng thời gian khác nhau cho đến hết 10h phản ứng. Kết quả hiệu suất không thay đổi nhiều so với hiệu suất tại thời điểm loại bỏ xúc tác, điều đó chứng minh trong trường hợp này phản ứng không xảy ra theo điều kiện xúc tác đồng thể, và điều này khẳng định của xúc tác nano từ tính CuFe₂O₄ trong phản ứng này là hết sức quan trọng.

Đề tài đã khảo sát khả năng thu hồi của xúc tác, phản ứng được tiến hành ở 140 _oC, trong dung môi 1,4-dioxane (2.5 mL), trans- 12 chalcone (0.3 mmol), 2-aminopyrimidine (0.5 mmol), I₂ (2 equiv) với xúc tác nano CuFe₂O₄ (10 mol%) trong môi trường khí O₂, thời gian phản ứng 7h. Sau mỗi lần phản ứng, tiến hành tách xúc tác bằng từ trường ngoài và đo hiệu suất của phản ứng. Xúc tác sau đó được rửa sạch bằng các loại dung môi và sấy khô trong điều kiện chân không trong 8h rồi được sử dụng làm xúc tác cho những lần phản ứng tiếp mà điều kiện giống với phản ứng lần đầu tiên và không thêm bất kỳ lượng xúc tác nào. Kết quả cho thấy, xúc tác có thể tái sử dụng nhiều lần cho phản ứng mà hoạt tính của xúc tác không giảm đáng kể. Thật vậy, hiệu suất của phản ứng vẫn đạt đến 81% ở lần sử dụng thứ 5 cho phản ứng. Bên cạnh đó, kết quả XRD của xúc tác tái sử dụng khẳng định trạng thái tinh thể vẫn được duy trì tuy nhiên vẫn nhận thấy vài sự thay đổi nhỏ trong kết quả XRD của xúc tác thu hồi.

Đề tài cũng mở rộng phạm vi nghiên cứu để điều chế nhiều hợp chất họ imidazo[1,2-a]pyrimidine và imidazo[1,2-a]pyridine chứa các nhóm thế khác nhau sử dụng xúc tác nano từ tính CuFe₂O₄ với hiệu suất cô lập tương đối cao.

2. Đã nghiên cứu sử dụng vật liệu MOFs VNU-22 làm xúc tác cho phản ứng điều chế các hợp chất họ triphenylpyridine thông qua quá trình nhiều giai đoạn trong cùng một bình phản ứng

Các hợp chất họ triphenylpyridine có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực tổng hợp hóa dược, hóa chất nông nghiệp, vật liệu hữu cơ chức năng. Để cải tiến quy trình tổng hợp triphenylpyridine theo định hướng của Hoá học xanh, một hướng nghiên cứu khác đã và đang được quan tâm là thực hiện phản ứng nhiều giai đoạn trong cùng một bình phản ứng (one-pot). Vật liệu khung kim loại-hữu cơ (metal-organic frameworks, viết tắt là MOFs) đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Trong đó, việc nghiên cứu khả năng sử dụng vật liệu MOFs làm xúc tác dị thể cho các phản ứng hữu cơ là một hướng đi mới, thu hút sự chú ý đặc biệt của nhiều nhóm nghiên cứu trong khoảng thời gian qua

Trong nghiên cứu này, đề tài thực hiện phản ứng điều chế các hợp chất họ triphenylpyridine thông qua quá trình nhiều giai đoạn trong cùng một bình phản ứng sử dụng xúc tác VNU-22. Lần lượt khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau lên hiệu suất của phản ứng, bao gồm ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng, ảnh hưởng của tỷ lệ tác chất, ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác, ảnh hưởng của dung môi.

Kết quả sau khi loại bỏ xúc tác VNU-22 cho thấy, phản ứng không thể tiếp tục diễn ra với độ chuyển hoá gần như không đổi. Từ đây, đề tài kết luận rằng phản ứng điều chế các hợp chất họ triphenylpyridine sử dụng xúc tác VNU-22 thật sự xảy ra ở điều kiện dị thể

Xúc tác VNU-22 có thể được thu hồi và tái sử dụng thành công tới 5 lần mà hoạt tính giảm không đáng kể. Xúc tác sau phản ứng được tách ra bằng phương pháp ly tâm, rửa nhiều lần bằng DMF và ethanol. Xúc tác sau được hoạt hoá dưới áp suất thấp, và sử dụng cho những phản ứng tiếp theo ở cùng điều kiện như lần phản ứng đầu tiên. Ngoài ra, kết quả phân tích FT-IR, XRD của xúc tác VNU-22 thu hồi tương đối giống với xúc tác mới. Điều này cho thấy vật liệu VNU-22 có thể được sử dụng làm xúc tác cho phản ứng điều chế các hợp chất họ triphenylpyridine, và xúc tác VNU-22 có thể thu hồi và tái sử dụng được.

Đề tài cũng mở rộng phạm vi nghiên cứu để điều chế nhiều hợp chất họ triphenylpyridine thông qua quá trình nhiều giai đoạn trong cùng một bình phản ứng sử dụng xúc tác VNU-22với hiệu suất cô lập tương đối cao.

Hướng nghiên cứu mới đang được đề tài quan tâm là nghiên cứu thực hiện phản ứng ghép đôi mới của các hợp chất chứa nhân benzene hoặc dị vòng thơm trong điều kiện xúc tác dị thể. Kết quả đề tài cũng đã được công bố trên các tạp chí SCIE có chỉ số IF cao (Q1) do người Việt Nam chủ trì. Số bài báo SCIE đã vượt mức đăng ký.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18237/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)