Tổng hợp 2 2 phenylhyđrazono metyl pyriđin và 2 2 4 đinitrophenyl hiđrazono mety pyriđin từ 2 focmylpyriđin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHĨ HỖ CHÍ MINH {E1 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HOÁ HỌC Tổng hợp 2-[(2-phenylhydrazono)mety!]pyridin va 2-{[2-(2,4-dinitropheny])hidrazono]mety]} pyridin ttr 2-focmylpyridin Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Van Dang Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Lớp: Hóa 4C Khoa: 2005 — 2009 Thanh phố Hồ Chí Minh — năm 2009 ase Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng LỜI CÁM ƠN Luận văn tốt nghiệp hoàn thành nhờ giúp đỡ, hướng dẫn, quan tâm quý thầy cô bạn bè Lời cảm ơn em xin phép gửi đến quý thầy cô tổ môn hữu cơ, đặc biệt quý thầy cô phụ trách phịng thí nghiệm tạo điều kiện tốt đẻ em hoàn thành luận văn Kế đến em xin cắm ơn q thầy ban chủ nhiệm khoa hóa ban sinh viên lớp giúp đỡ em nhiều Và hết, em xin chân thành trí ân thầy LÊ VĂN ĐĂNG, người tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ động viên em trình thực Do lần thực đề tài nghiên cứu khoa học với hạn chế kinh nghiệm nên luận văn không thẻ tránh khỏi thiếu sót Vì em xin chân thành ghỉ nhận đóng góp quý báu quý thầy cô bạn bè để luận văn hồn chỉnh Thành phố Hồ Chí Minh — 5/2009 SVTH: Lưu Minh Chánh THƯ VIỆN Trường Đại-Học Su-Phạm TP HỒ-CHÍ-MINH Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang oT =7 Luan van tét nghié Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Van Dang P = ~~ PHAN 1: MO DAU Hợp chất dj vòng hợp chất hữu có vịng kín phân tử, vịng ngồi cacbon cịn có vài ngun tử nguyên tố khác gọi dị từ Những hợp chất dị vòng quan trọng thường chứa dị tử nitơ, oxi lưu huỳnh Tuy vậy, người ta cịn gặp vịng có chứa dj tir selen, telua, photpho, silic nguyên tố khác Hiện nay, ngành hoá học phát triển, hợp chất dị vòng nghiên cứu ứng dụng rộng rãi, đặc biệt lĩnh vực sản xuất phẩm (lobelin, pirođoxim, promeđon, tubazit, ) sản xuất thuốc trừ sâu (nicotin, anabazin, ) poe pelo Pauses rapes i forty ear ap nghiên cứu, vi nhiều hợp chất chứa nhóm imin mang lại lợi ích cho sản xuất công nghiệp dược liệu Vi thế, chọn đề tài “Tổng hợp 2-[(2-phenylhydrazono)metyl]pyridin va 2-{[2-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin tie 2-focmylpyridin” voi nhimg lý sau: v⁄ Nhiều hợp chất chứa chứa nhóm imin vịng pyriđin có tác dụng chữa nhiều bệnh khác nói rang pyridin hợp chất dị vịng có ý nghĩa lớn mặt học thuật lẫn thực tiễn số hợp chất dị vòng v Bước đầu học tập phương pháp nghiên cứu khoa học nhằm tạo điều kiện, tiền đẻ cho trình học tập cao sau NE E _ Điều : h ài chê 2-[(2-phenylhy đrazono)metyl]pyriđin _ Điễu chế 2-{[2-(2,4-đinitrophenyl)hiđrazono]mety1}pyriđin Phương pháp nghiên cứu e© Nghiên cứu lý thuyết e _ Tiến hành làm thực nghiệm phịng thí nghiệm e Chạy phổ chất tổng hợp được, phân tích phơ rút kết luận Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng PHAN 2: TONG QUAN VE CO SO LY THUYET Chương 1: PYRIĐIN 2.1.1 Vài nét cấu tạo khả phản ứng pyriđin {2|, [3] [4], [10] Theo thuyết obital phân tử pyriđin có cầu tạo ~—vòng phẳng, vòng chứa nguyên tử C dị tổ N Giá trị lượng ôn định cao: I34.4kj/mol tương đương với benzen pyridin, khoảng cách C — C 1,394A”: C — N 1,340A đo Z€ @N phân tử pyriđin khơng phải vịng lục giác * Ơ ONS 7C OND ¬ benzen Như có nghĩa vịng pyridin có phân bố điện tích khơng đêu đó, xuất momen lưỡng cực ( ụ= 2,26D ) gần \ Ø⁄⁄Ô () a pyrol Trong pyridin, cac nguyên tử liên kết với liên kết ø obital lai hóa sp’ Ngồi ra, ngun tử đóng góp electron khơng lai hóa vào hệ thống electron œ giải tỏa toản phân tử Nhưng khi, N pyrol thể tính chất cho (e) đóng góp cặp (e) tự vào hệ théng electron x cua vong, thi & pyridin, N lai cé tinh chat hut (e) vvà hút phía tắt mật độ (e) vòng, Mặc dù, N hai trường hợp trạng thái lai hóa sp”, obital khác chúng tham ae vào xây dựng vòng Trong Ụ hợp pyriđin, tạo thành Re LẺ | liên kết nguyên tử C„ () với dị tố N dẫn tới điều cặp (e) Ọ lại khơng liênkết N ngồi vịng -N- ee idin ĐIẠ CD lkơ x0 Ỉ g4 Ô mạnh rằng, đưa ngun tử N vào vịng khơng làm thay đơi tính = khung cacbon vịng, mà liên hợp (e) z vòng ảnh hưởng đến chất dị tố N Sự tương tác bổ sung cặp (e) tự bên ngồi với hệ (e) m vịng dẫn tới làm giảm chút tính bazơ pyridin (pK, = 5,2) Tuy nhiên, nhờ có cap (e) tự mà pyriđin có tính bazơ mà cịn dễ dàng tạo phức với axit Liuyt nhiêu ion kim loại — „ Sự phân bố mật độ (e) vòng pyriđin tương ứng với rs kết luận đặc tính electrophin vịng tính nucleophin N Mặt khác, theo thuyết sơ đồ hóa trị, phân tử pyriđin có thé giới thiệu cách hình thức dạng dãy cấu trúc cộng hưởng giới hạn với phân chia điện tích vịng N nS +0.077 kẻ t2—@~-CAr €2)—Q (Il) Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh (Hl) Trang Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng Từ so sánh momen lưỡng cực pyriđin (2,26D), thấy lớn momen lưỡng cực piperiđin (1,16D), kết luận trường pyriđin, đóng góp hợp vào lai tạo cộng hưởng dạng có phân bỏ điện tích (HI, IV, V) đáng kể Cũng từ ta thấy thể electrophin nguyên tử C, đặc biệt vị trí 4, tin tưởng có điện tích đương Trong cấu trúc (I) va (II), electrophin xảy 3, Dị tố N pyriđin trường hợp thẻ vai trị nhóm loại tính chất hút (e) Hay nói cách khác, khả electrophin pyriđin tương đương với nitrobenzen Các cơng thức cộng hưởng (J) va (II) đóng góp nhiều vào lai tao cộng hưởng pyriđin Ta thấy vị trí 6, điện tích dương lớn chút so với vị trí 4, điều chắn gắn với hiệu ứng cảm ứng âm N Từ cho thay su thé S_ có khả xảy vị trí 3, điều kiện nặng wd Ở cáo vị bí 3, ing 06 Thể diễn tht Sy, Vị trí S„ khó vị trí 2, N pyriđin thể tính bazơ, tạo muối với proton tiếp nhận công tác nhân electrophin phản ứng ankyl hóa chẳng hạn 2.1.2 Tính chất hóa học {2}, [10] 2.1.2.1 Tính bazơ Pyriđin có thé tạo muối kết tỉnh bền vững với đa số axit protonic ZZ C} SN + EF = ZZ @ SN Br” tH Pyridin bromua Do đó, pyriđin thường ding lam dung mơi có tính bazơ có tính trung hòa axit tạo phản ứng đề ôn định anion bền BF¿, BCl¿ Pyriđin tác dụng dễ dàng với nhiều tác nhân electrophin cho muối pyridin cé cap electron trén nguyên tử N Ví dụ: Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng Luận văn tốt nghiệp “Ấy No BF, : > ONBF yete, 20% N-Nitropyridin bo tetraflorua SO+CH-£C1-, 20% Tả cá HỆ¿`'ˆQ-(90%) Pyridin-N-sunfonat hay oyridin sunfotrioxit N —! Sp Corinna C+ N—COC,Hs| Cl” N-Benzoylpyriđin clorua CHỊ né em F N-Metylpyriđin iodua 2.1.2.2 Phản ứng electrophin (Sy) Phản ứng electrophin nguyên tử C vòng pyriđin khó khăn nhiều so với benzen tương tự với nitrobenzen Đó hai nguyên nhân sau: Do thiếu hut ex nhân pyriđín (chủ yếu nguyên tử C) phân tích phần cấu tạo Do pyriđin phản ứng không dạng tự mà bị tác dụng tác nhân eleetrophin (H", NO,, SO¿ ) thành dạng pyriđini mà hoạt tính với tác nhân eleetrophin giảm 10'~ 10'° lần so với benzen, Chính vậy, phản ứng nitro hóa, sunfo hóa, halogen hóa pyridin chi thực với hiệu suất thấp điều kiện khắc nghiệt vào vị trí số 3; phản ứng Friđen-Crap khơng xảy Ví dụ: Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng = -CY (6%) pene |_ id #94 so -HạO ^Y"" = H muối Hg”” đạt 70%) - ì gull (hiệu suất thấp, có xúc tác Axit pyridin-3-sunfunic ` — ( J (39%, có mat oleum 66% đạt 85%) 3-brompyridin RX-(R-C-X) AICI, >» kh6ng phan ứng Hoạt tính pyriđin định hướng tác nhân electrophin vào vị trí số (hoặc Š) cầu trúc cộng hưởng, vị trí 2, 4, bị dương hoa va tinh “Opty bền trạng thái chuyên tiếp định: (II) L Z7» — | + & E E aa ee ache 'H = a an V oy (Ir) H E NẾ () Yee: (II) P is (II) E H E H ( | [ =f] | “i ("") Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh (II”) (III”) Trang Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng Trong cấu trúc giới hạn trên, cau tric (III) tắn công vào C; cấu trúc (II) công vào C¿ đặc biệt khơng bên cấu tạo bát tử nguyên tử N âm điện bị ví phạm định vị điện tích dương nguyên tử N âm điện làm tăng nội trạng thái chuyển tiếp so với trạng thái chuyẻn tiếp cơng electrophin vào vị trí Khi vịng có nhóm thể loại vị trí 2, 4, phản ứng electrophin dé dang vào vị trí số (hoặc 5) Nếu nhóm thể loại mạnh vị trí số (hoặc 5) định hướng tác nhân electrophin vào vị trí số Ví dụ: Zo ~ Ne OC2Hs | + a H;SO„¿, 60°C HNOsg | _OC2Hs + H,O NZ NO; (70-75%) 2.1.2.3 Phản ứng nucleophin (Sx) 2.1.2.3.1.Phan img thé nucleophin rat đặc trưng cho tinh chat pyriđin Phan img thé dién hinh cho sy thé nucleophin vao vj tri s6 pyriđin phản ứng amin hóa theo Chichibabin, ary! héa theo Ziclo va alkyl hoa: NaNH+/C/H.(CH+)+ 100% -Hy - ao = | HO -NaOH a ' | 2-(natri amino)pyridin — 2-aminopyriđin a iat N CHLi > = Z = `Cø 2-phenylpyridin n-C Hi -LIH a we | N Cay 2-n-butypyridin Để giải thích khả nãng hướng nueleophin vào vị trí số (đơi vào vị trí số 4), người ®ezeet9, ) w- « (| n« - É }" ta vào cau trúc hưởng pyridin On a cộng va dinh + tinh cua N (* CJ (l) j , Nu thai trạng chuyền tiếp: ey Sinh vién thuc hién: Luu Minh Chanh Sy SN (II) ` “* ẤN Nee R | pi i `# Ny (II!) ot [Ms x " -Í = JT ar WM ~~ Trang Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng Luận văn tốt nghiệp Tất cấu trúc ơn định tính âm điện cao nguyên tử N, cấu trúc (1) đặc biệt ơn định vi tích điện âm ngun tử N giải thích hướng vào vị trí pyriđin Sự vào vị trí số xảy tác nhân nucleophin có tính ổn định cao Ví dụ: CH„—-CựH; (3 ~~ = Cj1.CH+Lỉ ete, c6 mat 07 Z“ | + LiH —~ N N 4-benzylpyriđin 2.1.2.3.2 Phản ứng halogen hay nhóm nitro vịng pyridin Halogen va nhém nitro vị trí vòng pyriđin dễ thay thể : tác nhân nucleophin Các 4-halogen họat động 2-halogen nên cịn tự đime hóa Các 3-halogen bền vững, khó thay thế, cần phải thay người ta phải cho thêm xúc tác: + CH;ONa/CH:OH,t > -NaCl | ị SS — OCH; 2-Metoxipyriđin s + KOH/H-0,tƠ 2-Clopyridin KCl m “ Ì =Í N ~OH = — ` H 2-Hidroxipyridin \ có CỊ C iis \ i a-pyridon ý + 74 = \ Cl 4-Clo-N-(4-pyridyl)pyridini clorua Xe a Nữ, 4-Nitropyridin “ 20C, , 379 nga O NS H,0, te ¿~ 60% OH = H- đw« "NO - O y-pyridon 4-Hidroxipyridin Br _» =' som NH ẾSNe Í - + HBr (889) Tất phản ứng 1a cac phan (mg Sy2 hay cdn gọi phản ứng cộng — tách, cộng tác nhân nucleophin, tách anion Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dang Luận văn tốtnghiệp 2.1.2.4 Phản ứng oxi hóa khử 2.1.2.4.1 Phản ứng oxi hóa Pyriđin bền với chất oxi hóa Ví dụ: dung dịch KMnO; ống hàn kín 100°C oxi hóa pyriđin với tốc độ chậm thành sản phẩm phá vỡ vòng phức tạp Nếu chất oxi hóa peroxit, pyriđin bị chuyến thành N-oxit amin bậc ba: /—\ H,0JCH,COOH, 65% [ /“” TT te (ee Kp ố_n Pyridin N-oxit Pyridin N-oxit 1a chat hoat động, đẻ thé electrophin hon pyridin va duge dùng làm chat trung gian việc tông hợp số dẫn xuất pyriđin Ví dụ: nitro hóa pyriđin điều kiện nhiệt độ cao 3-nitropyriđin nitro hóa pyridin N-oxit điều kiện nhiệt độ thấp 4-nitropyriđin N-oxit loại oxi dé dang bang PCI: Ne gg HNOsdH S04 90°C ` wx„w Ph 4-Nitropyridin N-oxit (90%) cụ 4-Nitropyridin 2.1.2.4.2 Phản ứng khử Pyriđin đễ bị khử hồn tồn hay khơng hồn tồn tùy thuộc vào chất khử điều kiện phản ứng HzPt, CH;COOH, 20% _ () N ⁄ N (95%) i Is Piperidin NaưCHØH — - S (-60%) N H ,2,5,6-Tetrahidropyridin Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang