TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

HĨA HỌC XANH

Bình Dương, ngày 30 tháng 01 năm 2021

1


TÊN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 3: TỐNG HỢP HỮU CƠ TRONG
DUNG MÔI XANH LÀ MƠI TRƯỜNG CHỨA NƯỚC

GVHD:

TS. Nguyễn Thị Bích Trâm

SVTH:

Nguyễn Thị Kiều Trinh
Nguyễn Thị Hồng Gấm
Nguyễn Thị Phương Thùy
Lê Xuân Hà
Nguyễn Hoàng Phúc

2


NỘI DUNG

3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

3.2. CÁC PHẢN ỨNG SỬ DỤNG XÚC TÁC PHỨC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

3.3 CÁC PHẢN ỨNG SỬ DỤNG XÚC TÁC KHÁC HOẶC KHÔNG SỬ DỤNG XÚC TÁC

3.4. CÁC PHẢN ỨNG POLYMER HĨA TRONG MƠI TRƯỜNG CHỨA NƯỚC

KẾT LUẬN

3


CÁC KHÁI NIỆM

HĨA HỌC XANH
DUNG MƠI XANH
(GREEN CHEMISTRY)

Những loại dung mơi ít gây hại đến sức khỏe và mơi trường, được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được, có giá thành thấp
Là hóa học bền vững.

Là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế các sản phẩm và quá trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các
chất độc hại.

Liên quan đến việc thiết kế các quá trình sản xuất và sản phẩm hóa học trong đó việc sử dụng hoặc tạo ra các chất độc hại được loại trừ hồn tồn
hoặc giảm đến mức thấp nhất.
Dung mơi xanh DBE


Dung môi xanh CO2 siêu tới hạn

4


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Những
năm
thậpđây
niênvề
1980
Quan
niệm
trước
nước

Trong tổng hợp hữu cơ, muốn phản ứng đạt được hiệu xuất cao cần phải loại bỏ nước.
Tác giả Breslow đã thực hiện nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng nước làm dung môi thay thế cho các dung môi hữu cơ

Để hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của hơi ẩm từ khơng khí lên hiệu quả của phản ứng, thì phản ứng cần phải được
thực hiện trong bầu khí quyển Nitrogen hoặc Argon khan.
Phản ứng Diels-Alder được tăng tốc một cách đáng kể khi thực hiện trong nước

5


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Ưu điểm của nước khi thay thế dung môi hữu cơ


Giá thành

Nước là dung mơi rẻ nhất và dễ tìm nhất cho đến nay

Hầu hết các dung môi hữu cơ thông thường đều có khả năng gây ra các vấn đề cháy nổ hoặc gây ra những bệnh tật
nguy hiểm

Môi trường

An tồn

Sử dụng nước làm dung mơi sẽ giảm được một lượng chất thải độc hại đáng kể vốn đang được thải ra mơi trường
từ những q trình sử dụng dung môi hữu cơ độc hại dễ bay hơi

6


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Nhược điểm của nước khi thay thế dung môi hữu cơ

Khả năng hòa tan kém nhiều chất hữu cơ của nước

Sử dụng nước làm dung mơi có khả năng cản trở phản ứng

Sử dụng đồng dung môi

Điều chỉnh pH
Giải pháp

Sử dụng xúc tác chuyển pha

Tạo dẫn xuất tan trong nước
7


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Giải pháp

Sử dụng đồng dung môi

Làm giảm mật độ liên kết hydrogen

Các đồng dung môi thường được sử dụng trong trường hợp này là các alcohol mạch ngắn, dimethylformamide (DMF),
acetone, acetonitrile...

Có thể sẽ ảnh hưởng không tốt lên phản ứng, đặc biệt là các phản ứng có mặt các thành phân tích điện hoặc có độ phân cực
cao.

8


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Giải pháp

Điều chỉnh pH

Là một phương pháp làm tăng độ hòa tan của các chất điện ly yếu trong môi trường chứa nước


Sự có mặt của các nhóm chức ở dạng tích điện như carboxylate, sulfonate, ammonium sẽ làm tăng tốc độ phản ứng

Ưu điểm: sau khi phản ứng kết thúc, có thể điều chỉnh ph để kết tủa sản phẩm, quá trình tách và tinh chế sản phẩm trở nên đơn giản hơn

Nhược điểm: phương pháp này làm thay đổi cấu trúc hóa học cùa tác chất
9


3.1. CÁI NHÌN CHUNG DƯỚI GĨC ĐỘ HĨA HỌC XANH

Giải pháp

Sử dụng xúc tác chuyển pha

Thường sử dụng trong trường hợp các chất hoạt động bề mặt

Tạo dẫn xuất tan trong nước
Phương pháp: gắn các nhóm ái nước vào phân tử kém phân cực. Phương pháp này sử dụng để tăng độ hòa tan của các tác chất kém phân cực
trong nước.

Đóng vai trị quan trọng trong các q trình tổng hợp Dược phẩm và trong Y học.

10


3.2. CÁC PHẢN ỨNG SỬ DỤNG XÚC TÁC PHỨC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu


3.2.2. Các phản ứng hydrogen hóa

3.2.3 Các phản ứng cần quan tâm khác

11


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng ghép đôi Heck

Dùng để tổng hợp các sản phẩm hóa chất tinh khiết hoặc các hóa chất có hoạt tính sinh học.

Các dung mơi hữu cơ thường được sử dụng như: dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA), acetonitrile...

Xúc tác sử dụng là các phức palladium hoặc ở dạng đồng thế hoặc ở dạng dị thế.

Tỷ lệ nước sử dụng trong hệ dung mơi có thể thay đổi từ vài phần trăm nước đến nước nguyên chất. Trong một số trường hợp có thể sử dụng thêm xúc tác
chuyển pha để tăng độ tan hoặc độ phân lán cho tác chất.

12


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng ghép đôi Heck

Tác giả Beletskaya

Tác giả Casalnuovo


Tác giả Jeffery

Tác giả Genet

Những cơng trình nhiên cứu đầu tiên thực hiện phản ứng Heck trong môi trường chứa nước

13


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng ghép đôi Heck

Phản ứng Heck thực hiện trong môi trường chứa nước với xúc tác phức palladium dạng oxime

14


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng ghép đôi Heck

Tác giả Ikegami

15


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu


Phản ứng Suzuki

được thực hiện trong dung môi nước nguyên chất hoặc hỗn hợp giữa nước và acetone, acetonurile, ethanol với các tỷ lệ khác nhau.

Các base sử dụng như Na2CO3, K2CO3 hoặc các base hữu cơ

16


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng Suzuki

Các nghiên cứu đầu tiên thực hiện phản ứng Suzuki

Phản ứng Suzuki thực hiện trong môi trường chứa nước

trong môi trường chứa nước

Với xúc tác palladium trên cơ sở porphyrin

17


3.2.1. Các phản ứng hình thành liên kết C-C tiêu biểu

Phản ứng Suzuki

Tổng hợp xúc tác palladium cố định trên chất mang polymer ái nước
sử dụng cho phản ứng Suzuki trong môi trường chứa nước


18


3.2.2. Các phản ứng Hydrogen hóa

Trước khi tổng hợp xúc tác phức mới cho các phản ứng Hydrogen hóa, người ta thưởng thử nghiệm hoạt tính lên các olefin đơn giản, trong dung môi hữu cơ
hoặc trong môi trường chứa nước.

3Xúc tác đầu tiên được sử dụng cho quy trình này là Hydridopentacyanocobaltate [HCo(CN)5] , loại xúc tác này tan được trong nước.

Triphenylphosphine được sulfate hóa làm ligand cho các hệ xúc tác để thực hiện quá trình trong các hệ hai pha chứa nước.

Kim loại chuyển tiếp được nghiên cứu sử dụng để điều chế xúc tác cho phản ứng hydrogen hóa thường gặp nhất là Rh, Ru, Ir, Pd và Os; trong đó Rh, Ru và
Ir thường đi kèm với các ligand tan trong nước họ phosphine, phosphinite, amine.

19


3.2.2. Các phản ứng Hydrogen hóa

Phản ứng hydrogen của các hợp chất alkene và ketone không no trong môi trường chứa nước, nhưng sử dụng Zn kết hợp với nước làm tác nhân hydrogen hóa của tác
giả Inoue
20


3.2.2. Các phản ứng Hydrogen hóa

Phản ứng chuvển đổi hydrogen (transfer hydrogenation) của các hợp chất ketone thơm
trong môi trường chứa nước của tác giả Somanathan


21


3.2.2. Các phản ứng Hydrogen hóa

Phản ứng chuyển đổi hydrogen của các hợp chất imine vòng thực hiện trong dung môi là nước, với
Sử dụng xúc tác phức [RuCl2(p-Cymene]2 với các ligand khác nhau

sự có mặt của HCOONa.
22


3.2.2. Các phản ứng Hydrogen hóa

Phản ứng chuyển đổi hydrogen trong dung môi là nước sử dụng hệ Ligand trên chất mang silica (Trái),
sử dụng xúc tác trên chất mang polymer (Phải)
23


3.2.3 Các phản ứng cần quan tâm khác

Phản ứng Mukaiyama-aldol bất đổi xứng

24


3.2.3 Các phản ứng cần quan tâm khác

Phản ứng đóng vòng ba cạnh Cyclopropane bất đổi xứng


25