KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT THẾ
CỦA THIENO[3,2-b]THIOPHEN BẰNG PHẢN ỨNG
SỬ DỤNG XÖC TÁC PALAĐI
Vương Thị Tuyết Nhâm,
Hồng Phương Thảo, Lớp K60B, Khoa Hóa học
GVHD: TS. Nguyễn Hiển
Tóm tắt: Trong đề tài nghiên cứu này, chúng em đã tổng hợp được 8 dẫn xuất thế của thieno[3,2b]thiophen bằng các phản ứng Suzuki, Heck và Sonogashira. Cấu trúc của 8 hợp chất này đã được
xác định bằng các phương pháp phổ IR, 1H NMR và 13C NMR và nhiễu xạ đơn tinh thể (XRD).
Từ khóa: thieno[3,2-b]thiophen, Suzuki, Heck, Sonogashira.

I. MỞ ĐẦU
Ngày nay, các thiết bị điện tử chiếm vai trò quan trọng trong đời sống con ngƣời.
Việc sử dụng các loại polime bán dẫn nhƣ polianilin, polithiophen thay thế cho silic
trong các tranzito của các thiết bị điện tử đã đƣợc phát triển từ ba thập kỉ trƣớc, ngay sau
khi các vật liệu này đƣợc phát hiện bởi các nhà khoa học A. MacDiarmid, A. Heeger, H.
Shiarkawa (giải Noben Hóa học 2000). Các vật liệu bán dẫn hữu cơ có tính chất tƣơng
đồng với các vật liệu bán dẫn vơ cơ nhƣng có các tính chất nổi trội hơn nhƣ giá thành
thấp, chế tạo đƣợc với diện tích lớn và đáp ứng đƣợc các tính chất điện quang đặc biệt.
Trong chất bán dẫn hữu cơ, tồn tại hai vùng gọi là vùng bị chiếm cao nhất (HOMO) và
vùng không bị chiếm thấp nhất (LUMO) tƣơng ứng vùng hóa trị và vùng dẫn. Khi có tác
nhân kích thích (ánh sáng hay nhiệt độ), các electron ở vùng HOMO nhận năng lƣợng và
nhảy lên vùng LUMO (Hình 1).
Năng lƣợng
Cao

LUMO

Kích thích

HOMO
Thấp
Trạng thái cơ bản

Trạng thái kích thích

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng trong chất bán dẫn hữu cơ

97


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

Khi đó tồn tại sự xen phủ giữa các đám mây electron giữa vùng HOMO và vùng
LUMO, chất bán dẫn hữu cơ có thể dẫn điện. Sự thay đổi cấu trúc của hệ liên hợp làm thay
đổi khoảng cách giữa hai vùng HOMO và LUMO, từ đó dẫn đến sự thay đổi khả năng dẫn
điện của vật liệu bán dẫn hữu cơ.
Đa số vật liệu bán dẫn hữu cơ hiện nay đƣợc thiết kế dựa trên bộ khung của dị vòng
thiophen. Để thay đổi chiều dài của hệ liên hợp, phản ứng ghép mạch đối với các hệ này
đóng vai trị đặc biệt quan trọng. Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy phản ứng ghép
mạch xảy ra tƣơng đối dễ dàng khi sử dụng các dẫn xuất halogen, đặc biệt là dẫn xuất của
brom và iot, đồng thời sử dụng các xúc tác kim loại chuyển tiếp. Trong đề tài này, chúng
em tiến hành tổng hợp các dẫn xuất thế aryl, ankinyl và ankenyl từ chất chìa khóa 2,3,5,6tetrabromthieno[3,2-b]thiophen, hệ hai vòng ngƣng tụ của thiophen, bằng các phản ứng
Suzuki, Heck và Sonogashira với hi vọng tạo ra các hợp chất có tiềm năng ứng dụng trong
vật liệu bán dẫn hữu cơ.
II. NỘI DUNG
1. Thực nghiệm
Sơ đồ tổng hợp:

Tổng hợp 2,3,5,6-tetrabromthieno[3,2-b]thiophen (5):

2,3,5,6-Tetrabromthieno[3,2-b]thiophen đƣợc tổng hợp theo quy trình mô tả trong tài
liệu [4] qua 6 giai đoạn, hiệu suất chung đạt khoảng 35%.
Tổng hợp 2-aryl-3,5,6-tribromthieno[3,2-b]thiophen (M) bằng phản ứng Suzuki:
Sơ đồ tổng hợp:

(i): (5) (1đlg), Ar1-B(OH)2 (1,2 đlg), Pd(PPh3)4 (0,1đlg), K3PO4 (2 đlg), toluen/H2O= 4:1, 110oC.

Quy trình chung: Hòa tan (5) (230 mg; 1,0 đlg) và Pd(PPh3)4 (57,7 mg; 0,1 đlg) vào 4
mL toluen đã bão hịa khí argon. Đun nóng hỗn hợp lên 60oC trong 30 phút đến khi hỗn hợp
98


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

đồng nhất, sau đó thêm nƣớc cất, K3PO4 (212 mg; 2,0 đlg) và axit arylboronic (1,2 đlg). Đun
hồi lƣu hỗn hợp phản ứng ở 110oC, duy trì mơi trƣờng khí trơ trong suốt thời gian phản ứng
và theo dõi tiến trình phản ứng bằng sắc kí bản mỏng với dung môi n-hexan. Kết thúc phản
ứng, để nguội hỗn hợp, lọc bỏ chất rắn không tan. Phần dịch lọc đƣợc chiết bằng toluen, rửa
kĩ bằng nƣớc, phần hữu cơ đƣợc làm khan bằng Na2SO4. Tinh chế sản phẩm bằng phƣơng
pháp sắc kí cột pha thƣờng, dung mơi n-hexan. Kiểm tra cấu trúc sản phẩm thu đƣợc bằng
cách so sánh nhiệt độ nóng chảy và sắc kí bản mỏng với tài liệu tham khảo. Kết quả tổng hợp
và một số tính chất của các dẫn xuất monoaryl đƣợc trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Kết quả tổng hợp các monoaryl
M

CTCT

M1

M2


M3

Dạng bề ngoài

Hiệu suất

Chất rắn, màu trắng, dạng bột

53 %

Chất rắn, màu trắng ngà, dạng bột

50 %

Chất rắn, màu trắng ngà, dạng bột

48 %

Tổng hợp các monoankinyl thế từ các 2-aryl-3,5,6-tribromthieno[3,2-b]thiophen
bằng phản ứng ghép Sonogashira (S)

(ii): S (1 đlg), ankin (1,2 đlg), Ph 3P (0,2 đlg), Pd(OAc) 2 (0,1 đlg), CuI (0,2 đlg), THF, iPr 2NH.

Quy trình chung: Cho 6 mL THF và 6 mL iPr2NH vào bình cầu 2 cổ dung tích 50 mL,
sau đó sục bão hịa khí argon. Cho M (0,13 mmol; 1,0 đlg), Ph3P (13,1 mg; 0,2 đlg),
Pd(OAc)2(5,6 mg; 0,1 đlg), CuI (10 mg; 0,2 đlg). Đun hồi lƣu ở 75oC cho hỗn hợp tan hết.
Nhỏ từ từ ankin (1,2 đlg) vào hỗn hợp. Đun hồi lƣu hỗn hợp trong thời gian từ 2-3 giờ ở
75oC. Theo dõi tiến trình phản ứng bằng sắc kí bản mỏng (dung môi n-hexan). Kết thúc phản
ứng, để nguội hỗn hợp. Tinh chế sản phẩm bằng phƣơng pháp sắc kí cột pha thƣờng, dung

môi n-hexan. Xác định điểm chảy, nghiên cứu cấu trúc phân tử của sản phẩm bằng phƣơng
99


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

pháp phổ IR, phổ1H NMR và 13C NMR trong dung môi CDCl3. Kết quả tổng hợp và một số
tính chất của các dẫn xuất monoaryl monoankinyl đƣợc trình bày ở Bảng 2.
Bảng 2. Kết quả tổng hợp các monoankinyl monoaryl

S1

S2

S3

S4

Dạng bề ngoài

tonc

Hiệu suất

Chất rắn, màu trắng
vàng, dạng bột

182,5 oC

45,7 %


181,0oC

31,0%

Chất rắn, màu trắng
vàng, dạng bột

180,7oC

27,0%

Chất rắn, màu vàng,
dạng bột

185,0oC

15,0%

Chất rắn, màu vàng,
dạng bột

Tổng hợp các mono ankenyl thế từ các 2-aryl-3,5,6-tribromthieno [3,2-b] thiophen
bằng phản ứng Heck (H)

Quy trình chung: Cho Pd(OAc)2 (0,1 đlg) và P(Cy)3 (0,2 đlg) vào 4mL DMF đã đƣợc sục
bão hịa khí Ar và khuấy trộn ở nhiệt độ thƣờng trong khoảng 30 phút. Sau đó thêm M, Na2CO3
100



KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

(6 đlg) và anken (6 đlg). Hỗn hợp phản ứng đƣợc khuấy đều ở nhiệt độ 90oC trong 24 giờ, duy trì
mơi trƣờng khí trơ trong suốt thời gian phản ứng. Kết thúc phản ứng, để nguội hỗn hợp, lọc bỏ
chất rắn tách ra, pha loãng dịch lọc bằng etyl axetat, rửa kĩ bằng nƣớc (3 x 25 mL), chiết lấy lớp
hữu cơ ở bên trên và làm khan bằng Na2SO4. Cô quay ở áp suất thấp để loại bớt dung môi và hấp
phụ sản phẩm bằng một lƣợng nhỏ silica gel. Tinh chế sản phẩm bằng phƣơng pháp sắc ký cột
pha thƣờng, dung môi n-hexan. Kết tinh sản phẩm trong hệ dung môi n-hexan: clorofom = 1:1.
Thử tính tan và nghiên cứu cấu trúc sản phẩm bằng phƣơng pháp phổ 1H NMR và 13C NMR
trong dung môi CDCl3 và nhiễu xạ đơn tinh thể. Kết quả tổng hợp và một số tính chất của các
dẫn xuất ankenyl từ monoaryl đƣợc trình bày ở Bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất ankenyl từ monoaryl
H

Sản phẩm

Dạng bề ngoài

tonc

Hiệu suất

Chất rắn, màu vàng,
dạng bột

220,2oC

17,8%

Chất rắn, màu vàng,

dạng bột

221,9 oC

20,33%

Chất rắn, màu vàng,
dạng bột

223,1 oC

21,3%

Chất rắn, màu vàng
cam, dạng bột

217,6oC

26,27%

H1

H2

H3

H4

2. Kết quả và thảo luận
Một số vấn đề tổng hợp các ankinyl thế

Đầu tiên, các monoankinyl thế đi từ 2,3,5,6-tetrabromthieno[3,2-b]thiophen dự định
đƣợc tổng hợp theo sơ đồ sau:

101


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

Tuy nhiên tất cả các thí nghiệm đƣợc thực hiện theo quy trình này đều thu đƣợc sản
phẩm là điankinyl theo sơ đồ dƣới đây:

Sau đó, thực hiện phản ứng Sonogashira bằng cách thay đổi các điều kiện nhƣ sau: Sử
dụng chất đầu là dẫn xuất monoaryl của (5) (1,0 đlg); Pd(OAc)2 (0,1đlg); Ph3P (0,2 đlg); CuI
(0,2 đlg); iPr2NH; THF; 75oC. Bằng phƣơng pháp này, các dẫn xuất monoaryl monoankinyl
đã đƣợc tổng hợp. Có thể giải thích kết quả tạo ra sản phẩm khác nhau của hai phƣơng pháp
nhƣ sau: Thứ nhất, khả năng tham gia phản ứng của dẫn xuất monoaryl thế cao hơn 2,3,5,6tetrabromthieno[3,2-b]thiophen. Thứ hai, phức chất Pd(Ph3P)4) có kích thƣớc lớn, cồng kềnh
nên khả năng phối trí của palađi(0) kém, làm cho phức chất Pd(0)L4 kém hoạt động nên
không thuận lợi cho giai đoạn cộng oxi hóa. Đối với palađi(II) axetat (Pd(OAc)2) và phối tử
triphenylphotphin (Ph3P), khi phản ứng xảy ra quá trình:

Phức chất Pd(0)(PPh3)2 kém cồng kềnh hơn nên khả năng phối trí của palađi(0) tốt
hơn, Pd(Ph3P)2 sẽ hoạt động hơn nên thuận lợi cho giai đoạn cộng oxi hóa.
Nghiên cứu cấu trúc của S1
Nhằm xác định cấu trúc phân tử monoaryl monoankinyl S1, chúng em tiến hành ghi
phổ 1H-NMR và 13C-NMR của hợp chất S1.

Hình 2. Phổ1-HNMR của S1

Hình 3. Phổ 13C-NMR của S1


Trên phổ 1H-NMR của chất S1, ở vùng trƣờng mạnh, chúng em quan sát thấy một
một vân đơn, 2,38 ppm, cƣờng độ 3H tƣơng ứng với 3 proton trong nhóm metyl; một một
vân đơn ở 3,45 ppm, cƣờng độ 4H tƣơng ứng với 4 proton của hai nhóm metylen. Trong
vùng trƣờng yếu xuất hiện các tín hiệu đặc trƣng của các proton thơm: Một vân đơn có độ
chuyển dịch 7,43 ppm, cƣờng độ 1H, tƣơng ứng với H5o. Một vân đơi có độ chuyển dịch
7,40 ppm, cƣờng độ 1H, J = 8,0 Hz tƣơng ứng với H5o’. Một vân đôi ở 7,19 ppm, cƣờng
độ 1H, J = 7,5 Hz tƣơng ứng với H5p. Một vân ba ở 7,27 ppm, cƣờng độ 1H, J = 7,5 Hz và
102


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

J = 7,5 Hz tƣơng ứng với H5m’. Hai tín hiệu cộng hƣởng ở 7,60 và 7,55 ppm đều là vân
đôi cƣờng độ 1H, J = 8Hz và J = 7 Hz, tƣơng ứng H4‟ và H3‟. Một vân đơi - đơi ở 7,49
ppm, cƣờng độ 1H, có hằng số tách J = 7,0 Hz và J = 7,5 Hz tƣơng ứng với H7‟. Ở 7,35
ppm xuất hiện 1 tín hiệu cộng hƣởng dạng vân ba, cƣờng độ 2H, có hằng số tách J = 7,0Hz
và J = 6,5 Hz tƣơng ứng với H6‟ và H8‟.
Trên phổ 13C-NMR của S1, quan sát thấy một tín hiệu cộng hƣởng ở 21,3 ppm có
cƣờng độ lớn tƣơng ứng với cacbon sp3 của gốc metyl. Hai tín hiệu cộng hƣởng ở 30,5 và
30,4 ppm có cƣờng độ lớn tƣơng ứng với 2 cacbon sp3 của 2 gốc metylen. Tín hiệu ở 81,4
ppm có cƣờng độ nhỏ đặc trƣng cho một nguyên tử cacbon sp. Hai tín hiệu ở 99,1 và 102,9
ppm, có cƣờng độ nhỏ tƣơng ứng với hai CBr -Aryl là C3, C6. Chín tín hiện cộng hƣởng từ
118,0 ppm tới 132,2 ppm có cƣờng độ lớn đặc trƣng cho cacbon thơm liên kết với hiđro
(CH-Aryl). Ngoài ra, mƣời một tín hiệu trong khoảng 108,0 -149,0 ppm có cƣờng độ thấp
tƣơng ứng với các nguyên tử cacbon thơm còn lại.
Các kết quả phân tích phổ IR, 1H NMR và 13C NMR của các hợp chất S2, S3, S4 nhƣ sau:
(S2): 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 2,37 (s, 3H, CH3), 3,46 (s, 4H, CH2), 7,49
(d, 1H, J 8, H5o), 7,19 (d, 1H, 8, H5m), 7,55 (d, 1H, J 7, H3‟), 7,60 (d, 1H, J 8, H4‟), 7,50
(d,d, 1H, J 6,5, J 7, H7‟), 7,35 (t, 2H, J 7, J 7, H6‟/H8‟). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ
(ppm) = 21,6 (CH3), 30,3, 30,5 (C1‟, C2‟), 81,1 (Csp), 99,1, 102,9 (C3, C6), 118,8, 119,9,

121,0, 128,7, 129,2, 131,3, 131,5 (C5m, C5o, C6‟, C7‟, C8‟,C3‟, C4‟), 108,4, 119,2, 121,5,
125,1, 129,9, 137,8, 138,9, 139,3, 140,3, 146,4, 148,5 (C5i, C5p, C5, C7, C8, C2, C5‟, C9‟,
C10‟, C11‟, C12‟). IR (KBr) (υ, cm-1): 2917 (tb), 2917-2853 (m), 1723-1498 (tb), 812-751
(m), 676-542 (tb).
(S3): 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 2,39 (s, 3H, CH3), 7,20 (d, 1H, J 7,5,
H8‟), 7,28 (t, 1H, J 7.5, J 7,5, H3‟), 7,42 (t, 2H, J 7, J 8, H7‟/H5o), 7,50-7.60 (m, 4H, H6‟,
H5m‟, H5p, H5o‟), 7,83 (d,d, 1H, J 1, J 8, H4‟), 7,94(d,d, 1H, J 2, J 7,5, H5‟), 7,98 (d,d,
1H, J 1, J 8, H2‟). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 21,2 (CH3), 81,2 (Csp), 99,2,
103,8 (C3,C6), 125,0, 125,8, 126,4, 126,9, 128,4, 128,4, 128,7, 129,6, 130,0, 130,1, 132,1
(C5o, C5p, C5m‟, C5o‟, C2‟, C3‟, C4‟, C5‟, C6‟, C7‟, C8‟), 108,5, 121,7, 122,0, 129,8,
131,7, 133,6, 138,2, 138,8, 140,3 (C5i, C5m, C5, C7, C8, C2, C1‟, C9‟, C10‟). IR(KBr) (υ,
cm-1): 2930 (tb), 2930-2852(m), 1732-1457 (tb), 877-776 (m), 685-448 (tb).
(S4): 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 3,95 (s, 3H, OCH3), 3,47 (s, 4H, CH2),
8,05 (s, 1H, H1‟‟), 7,14 (d, 1H, J 2,5, H5‟‟), 7,19 (d,d, 1H, J 9, J 2,5, H7‟‟), 7,37(t, 2H, J
7,5, J 8, H4‟‟/H8‟‟ ), 7,51(t, 1H, J 7, J 8,5, H7‟), 7,56 (d, 1H, J 7, H3‟‟), 7,60 (m, 2H,
H6‟/H8‟), 7,74 (t, 2H, J 8, J 8,5, H3‟/H4‟). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 55,4
(OCH3), 30,3, 29,7 (C1‟, C2‟), 81,4 (Csp), 99,6, 102,9 (C3,C6), 105,9, 118,8, 119,6,
120,0, 125,1, 127,0, 128,6, 128,7, 129,5, 131,3, 131,6 ( C1‟‟, C3‟‟, C4‟‟, C5‟‟, C7‟‟, C8‟‟,
C3‟, C4‟, C6‟, C7‟, C8‟), 108,0 -158,0 (C2‟‟,C6‟‟,C9‟‟, C10‟‟, C5, C7, C8, C2, C5‟, C9‟,
C10‟, C11‟, C12‟). IR(KBr) (υ, cm-1): 2862 (tb), 2925 (m), 1728 (tb), 1597-1462 (tb), 806657 (m), 657-469 (tb).
Một số vấn đề tổng hợp các ankenyl thế
Một số các thí nghiệm đƣợc tiến hành nhằm khảo sát tìm điều kiện thích hợp tổng
hợp các dẫn xuất ankenyl thế của 2,3,5,6-tetrabromthieno[3,2-b]thiophen (5). Qua nhiều
lần tiến hành thí nghiệm, với việc thay đổi anken, xúc tác, phối tử, nhiệt độ, sản phẩm nhƣ
mong muốn vẫn chƣa thu đƣợc. Nguyên nhân chính là do khả năng phản ứng của 2,3,5,6tetrabromthieno[3,2-b]thiophen không cao.Việc thay đổi thứ tự gắn nhóm thế anken vào dị
103


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014


vịng thieno[3,2-b]thiophen khơng ảnh hƣởng đến việc tăng chiều dài liên hợp của mạch,
nên trƣớc hết, phản ứng Suzuki đã đƣợc sử dụng để tạo ra các monoaryl của dẫn xuất
thieno[3,2-b]thiophen, sau đó sử dụng các monoaryl thu đƣợc để thực hiện phản ứng Heck.

Khi thay đổi một nhóm thế brom bằng nhóm aryl đã làm cho khả năng phản ứng của
dẫn xuất thieno[3,2-b]thiophen xảy ra dễ dàng hơn. Điều này đã đƣợc nghiên cứu trong
nhiều tài liệu tham khảo và chúng tơi cho rằng thay đổi nhóm thế aryl làm tăng chiều dài
mạch liên hợp dẫn đến giảm năng lƣợng hoạt hóa ở trạng thái chuyển tiếp từ đó làm tăng
tốc độ phản ứng.
Bảng 7. Khảo sát điều kiện phản ứng Heck với 2-arylthieno[3,2-b]thiophen
TT

Mono
aryl

1

M1

2

M1

3

M1

4

M2


5

M2

6

M3

7

M3

8

M3

Anken
(đlg)
4-metylstiren
(6,0)
4-metylstiren
(6,0)
4-tertbutylstiren (6,0)
4-metylstiren
(6,0+ 3,0)
3-metylstiren
(6,0)
4-metylstiren
(6,0)

4-metylstiren
(9,0)
4-metylstiren
(6,0)

Xúc tác
Phối tử
(đlg)
(đlg)
Pd(OAc)2(0,1) P(Cy)3
(0,2)
PdCl2 (0,1)
P(Cy)3
(0,2)
Pd(OAc)2(0,1) P(Cy)3
(0,2)
Pd(OAc)2(0,2) P(Cy)3
(0,4)
Pd(OAc)2(0,1) P(Cy)3
(0,2)
Pd(OAc)2(0,1) P(Cy)3
(0,2)
Pd(OAc)2 (0,1) P(Cy)3
(0,2)
Pd(OAc)2(0,1) P(Cy)3
(0,2)

Bazơ
Na2CO3
(6)

Na2CO3
(6)
Na2CO3
(6)
Na2CO3
(6+3)
Na2CO3
(6)
Na2CO3
(6)
Na2CO3
(6)
Na2CO3
(6)

Dung
môi

To/Tg

DMF

90/24 20,33%

DMF

90/24

DMF


90/24 26,27%

DMF

90/48

17,8%

DMF

90/24

-

DMF

90/24

-

DMF

90/24

21,3%

DMF 120/24

KQ


-

-

* Ghi chú: (-) Không phản ứng; KQ: kết quả, T: Nhiệt độ, Tg: Thời gian.

Thực tế, phản ứng Heck của M đã cho sản phẩm ankenyl thế mong muốn với các
anken liên hợp nhƣ 4-metystiren và 4-tert-butylstiren. Với cùng một monoaryl, nhƣng với
3-metylstiren lại không thu đƣợc sản phẩm do nhóm metyl ở vị trí meta, khơng có hiệu ứng
liên hợp trực tiếp với vịng thơm, khả năng phản ứng của anken giảm. Lƣợng anken lấy dƣ
so với tỉ lệ phản ứng đã đƣợc sử dụng, do khả năng phản ứng cũng không cao của các
monoaryl. Thêm vào đó, ở nhiệt độ phản ứng, các anken bay hơi và đặc biệt có một lƣợng
anken phải tiêu tốn để khử Pd(II) về Pd(0) là chất xúc tác cho phản ứng. Hệ xúc tác và phối
tử đƣợc cho hiệu suất tốt nhất là Pd(OAc)2 (5% mol) và P(Cy)3 (10 % mol), còn các hệ xúc
tác khác nhƣ PdCl2, phối tử S-Phos hay X-Phos đều không hiệu quả. Nhiều nghiên cứu cho
thấy phản ứng Heck với xúc tác Pd rắn thực hiện ở khoảng 80oC-150oC, phụ thuộc vào loại
104


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

xúc tác và tác nhân phản ứng. Nhiệt độ cao giúp cho phản ứng dễ dàng, thời gian phản ứng
ngắn. Tuy nhiên, với M, khi tiến hành phản ứng ở 120oC thấy xúc tác bị hóa đen, phản ứng
khơng xảy ra, cịn khi tiến hành ở 90oC, phản ứng xảy ra. Thời gian phản ứng khoảng 24
giờ, có những phản ứng khó khăn cần kéo dài thời gian thêm.
Có quan điểm cho rằng dung mơi phân cực khơng proton nhƣ DMF có khả năng góp
phần hỗ trợ cho quá trình khử Pd(II) về Pd(0) và Pd(0) mới là xúc tác thực sự cho phản
ứng Heck, vì vậy các phản ứng trong dung môi DMF đã đƣợc khảo sát và thấy có kết quả.
Phản ứng Heck cần sử dụng bazơ Na2CO3 để tái tạo chất xúc tác Pd(0).
Nghiên cứu cấu trúc của H1

Nhằm xác định cấu trúc phân tử H1, phổ 1H-NMR và 13C-NMR của hợp chất này đƣợc
nghiên cứu. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR của H1 đƣợc trình bày ở Hình 4 và Hình 5.
Trên phổ 1H- NMR của H1, ở vùng trƣờng mạnh có một một vân đơn ở 1,35 ppm,
cƣờng độ 9H tƣơng ứng 9 proton trong nhóm tert-butyl; một vân đơn ở 2,37 ppm, cƣờng độ
3H tƣơng ứng với 3 proton của CH3. Hai tín hiệu cộng hƣởng ở 6,99 ppm và 7,24 ppm là hai
vân đơi có cùng cƣờng độ 1H, cùng hằng số tách J = 16 Hz, đặc trƣng cho hai proton anken ở
vị trí trans của nhau. Hai tín hiệu cộng hƣởng ở 7,16 và 7,40 ppm đều là vân đôi cùng cƣờng
độ 2H có hằng số tách J = 7,5 Hz; hai tín hiệu cộng hƣởng ở 7,46 ppm và 7,63 ppm là vân đơi
cùng cƣờng độ 2H có hằng số tách J = 8,5 Hz. Đây là các cặp proton thơm ở vị trí ortho so với
nhau ở hai vịng benzen thế para, tƣơng ứng là H5o, H5m, H2o và H2m.

Hình 4. Phổ 1H- NMR của H1

Hình 5. Phổ 13C NMR của H1
Trên phổ 13C-NMR của H1 thấy xuất hiện ba tín hiệu cộng hƣởng đặc trƣng cho
nguyên tử cacbon sp3 ở 21,3 ppm, 31,2 ppm và 34,7 ppm tƣơng ứng với các nguyên tử
cacbon no trong nhóm metyl và tert-butyl. Hai tín hiệu ở 119,4ppm, 130,7ppm cƣờng độ
lớn đặc trƣng cho hai nguyên tử cacbon không no (Csp2) ở liên kết C=C. Hai cacbon thơm
liên kết với brom (CBr-Aryl) có tín hiệu nằm trong vùng với độ dịch chuyển 99,9 – 103
ppm và có cƣờng độ yếu. Bốn tín hiệu ở 125,7 ppm; 126,6 ppm; 128,5 ppm; 129,5 ppm có
cƣờng độ lớn đặc trƣng cho cacbon thơm liên kết với hiđro (CH- Aryl) . Tám tín hiệu trong
khoảng 129,9 – 151,9 ppm có cƣờng độ thấp tƣơng ứng với các nguyên tử cacbon thơm
còn lại.

105


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

Phổ nhiễu xạ đơn tinh thể của H1

Để xác định vị trí nhóm thế ở hệ dị vịng thieno[3,2-b]thiophen và cấu hình của
anken phổ nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của monoankenyl H1 (Hình 6) đƣợc nghiên cứu.
Phổ nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cho thấy cấu trúc của H1 rất rõ nét, bao gồm cấu trúc
bộ khung của vịng thieno[3,2-b]thiophen, nhóm aryl thế và nhóm ankenyl thế 4metylstiryl có cấu hình trans lần lƣợt ở các vị trí C2 và C5 của hệ vịng thieno[3,2b]thiophen.

Hình 6. Hình ảnh X-ray đơn tinh thể của H1
Kết quả phân tích phổ IR, 1H NMR và 13C NMR của các hợp chất H2, H3, H4 nhƣ sau:
H2: 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 2,37 (s, 3H, CH3), 7,96 (d, 1H, H2‟, J
7,5), 7,94 (d, 1H, H4‟, J 8 ), 7,85 (d, 1H, H5‟/H8‟, J 8,5), 7,05 (d, 2H, H5a, J 16), 7,32 (d,
2H, H5b, J 16), 7,45 (d, 2H, H5o, J 8), 7,33 (d, 2H, H5o, J 8), 7,49; 7,51; 7,52; 7,54 (m,
4H, H3‟, H6‟, H7‟, H5‟/H8‟). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 21,3 (CH3), 119,3,
126,3 (Csp2 C=C), 102,9, 103,9 (C3, C6), 125,0; 125,9; 126,3; 126,7; 126,8; 128,4; 129,6;
129,7, 130,0 (C5o, C5m, C2‟, C3‟, C4‟, C5‟, C6‟, C7‟, C8‟), 130,9, 131,9, 133,56, 133,60,
133,62; 138,4; 138,6; 139,1; 139,3 (C5p, C5i, C1‟, C9’, C10‟, C2, C5, C7, C8). IR (KBr)
(υ, cm-1): 3104 (y), 2929,5 (m), 1625,9 (m), 531 (tb), 647 (m), 944 (m).
H3: 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 2,38 (s, 3H, CH3), 3,46 (d, 4H, CH2),
7,45 (d, 2H, H5o, J 7,5), 7,20 (d, 2H, H5m, J 7,5), 7,06 (d, 1H, H5a, J 16), 7,31 (d, 1H,
H5b, J 16), 7,56 (d, 1H, H3‟, J 7,5 ), 7,62 (d, 1H, H2‟, J 8,5 ), 7,5 (m, 1H, H7‟ ), 7,37 (t,
2H, H6‟/H8‟, J 7,5). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm)= 21,3 (CH3), 30,3, 30,5 (CH2),
118,8, 119,0 (C=C), 103,0 (C3,C6), 119,4, 121,1, 126,7, 128,7, 129,6, 130,7, 131,4 (C5o,
C2o, C2‟; C3‟; C6‟; C7‟; C8‟), 130,1, 138-148 (C5p, C5i, C1‟,C9‟, C10‟, C11‟, C12‟, C2,
C5, C7, C8). IR (KBr) (υ, cm-1): 3079 (y), 2093 (m), 1645 (m), 586 (tb), 763 (m), 970 (m).
H4: 1H NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm)= 1,34 (s, 9H, (CH3)3), 7,96 (d, 1H, H2‟, J
8), 7,93 (d, 1H, H4‟, J 8 ), 7,84 (d, 1H, H5‟/H8‟, J 8), 7,07 (d, 2H, H5a, J 16 ), 7,32 (d, 2H,
H5b, J 16), 7,59 (d, 2H, H5o, J 8), 7,41 (d, 2H, H5m , J 8), 7,49, 7,52, 7,54, 7,57 (m, 4H,
H3‟, H6‟, H7‟, H5‟/H8‟). 13C NMR (500MHz, CDCl3): δ (ppm) = 31,2 (CH3), 34,7 (CIV),
119,6, 125,1 (C=C), 103,0; 103,9 (C3, C6), 125,6; 125,8, 125,9, 126,3, 126,8, 128,4,
129,7, 130,0, 130,8 (C5o, C5m, C2‟, C3‟, C4‟, C5‟, C6‟, C7‟, C8‟), 130,9, 131,9, 133,5,
133,6, 133,64, 138,4, 139,1, 139,4, 151,8 (C5p, C5i, C1‟,C9’,C10‟, C2, C5, C7,C8). IR
(KBr) (υ, cm-1): 3064 (y), 2923 (m), 1620 (m), 548 (m), 733 (m), 945 (m).


106


KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014

III. KẾT LUẬN
1. Từ chất chìa khóa 2,3,5,6-tetrabromthieno[3,2-b]thiophen, bằng phản ứng
Suzuki đã tổng hợp đƣợc 3 dẫn xuất monoaryl thế. Từ các dẫn xuất monoaryl thế, bằng
phản ứng Heck đã tổng hợp đƣợc 4 dẫn xuất ankenyl thế là H1, H2, H3 và H4. Cũng từ
các dẫn xuất monoaryl thế, bằng phản ứng Sonogashira đã tổng hợp đƣợc 4 dẫn xuất
ankinyl thế là S1, S2, S3 và S4. Đã sử dụng phƣơng pháp sắc kí và kết tinh lại để tinh
chế các hợp chất đạt độ sạch phân tích và xác định nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất
tổng hợp đƣợc.
2. Đã đo và phân tích phổ IR, 1H NMR, 13C NMR của 8 hợp chất. Đặc biệt đã tạo
tinh thể và đo thành công phổ X-ray đơn tinh thể của 3 hợp chất H1, H2, H4. Bằng các
dữ kiện phổ đã xác định đƣợc cấu trúc tƣờng minh của 8 hợp chất tổng hợp đƣợc. Phổ
nhiễu xạ tia X cho thấy phản ứng Suzuki và phản ứng Heck xảy ra chọn lọc ở các vị trí
C2 và C5. Cả 8 hợp chất đều là các hợp chất mới, chƣa từng đƣợc mô tả trong các tài liệu
tham khảo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu
trúc phân tử, Nhà xuất bản giáo dục, 1999.

[2]

N. Miyaura, Cross-coupling reaction, Current Chemistry,Vol. 219 Springer-Verlag
Berlin Heidelberg, 2002.


[3]

I. Knepper, P. Ehlers, T. T. Dang, T.s Patonay, P. Langer, Synthesis of Dibenzo
thiophenes and Carbazoles “Tetra-FoldHeck /6π - Electrocyclization/ Dehydrogenation
” Reactions of Tetrabromothiophene and Tetrabromo-N-methylpyrrole, SergeMitherand Tengho Toguem, Langer, Wiley, 2012.

[4]

T. T. Dang, T. T. Dang, N. Rasool, H. Reinke, P. Langer, Synlthesis of
tetraarylthiophenes by regioselective Suzuki cross-coupling reaction of
tetrabromthiophen, Tetrahedron Lett., 2007.

107