Ũ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ƒ
Ai = TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH KHOA HOA
LUẬN VĂN TỐT NGhrEn
Đề tài :
"TỐNG tIƠÍP VÀ NHILNĐN CỮU niÔY SỐ
IXÂN XUẤT rzYTiEt R1/2VYR ES COA SENZJTDHMZNE
she
Giáo viên hướng dẫn :
Théy HO XUAN DAU
Sinh viên thực hiện :
ĐỖ THỊ PHƯƠNG THẢO
_ THƯNỆN Truờna ÐĐa'-*2~ Ẵ |
TP Ae eh
Trang 2iw vin te rghit fe “DP LOI CAM ON
Em xin chân thành cám ơn Qúi Thầy Cô Khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh đặc biệt
Thấy Cô Tổ Hóa Hữu Cơ cùng Thay HO XUAN ĐÂU -
Người trực tiếp hướng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ, khuyến khích
về tỉnh thần, vật chất và khoa học để em hoàn thành luận văn
nay
Thành phố HCM 25 - 5 -2000
Sinh viên thực hiện
Yi The Phuong Sho
Trang 3Lian wan lil nghiép las
MUC LUC
I.TONG QUAN
1.1.Mue đích ý nghĩa của việc nghiên cứu để tài
I.2.Phương pháp tổng hợp Benothiazole và các dẫn súat quan trong được nghiên cứu
1.3.Cấu tạo hóa học
I.4.Tính chất hóa học
I.5.Ứng dụng thự tế của Benzothiazolevà một số dẫn suất của nó
1.6.Phan tng Wittig
II THUC NGHIEM
Trang 4Luan win Ue nglectfe
Trang 5Lin vin tel ,z4‹2/4 4
1.1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI :
Benzothiazole va các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất dị vòng Đây là một trong
những chất quan trọng được nhiều nhà khoa học nghiên cứu Vòng Benzothiazole với hai di
tổ khi liên kết với các nguyên tố khác nó trở thành các loại thuốc có tác dụng rất khác nhau
như Penicillin một loai thuốc kháng sinh được sử dụng từ năm 1941 Cũng vòng thiazole đó
khi liên kết với các nhóm thế khác nó lại tạo ra một vitamin là thuốc bổ đó là vitamin B¡!''
Khi vòng thiazole ngưng tụ với nhân benzen lại xuất hiện những tính chất hoá học rất khác
biệt và có nhiều ứng dụng trong mọi ngành của nền kinh tế quốc dân
Người ta đã nghiên cứu về hợp chất đị vòng cụ thể là Benzothiazole và các dẫn xuất của nó Chúng có nhiều ứng dụng rông rãi trong thực tiễn: trong công nghiệp, nông nghiệp được học
Ngay những dẫn xuất đơn giản nhất của Benzothiazole cũng có hoạt tính sinh lý cao cu thé khi sử dụng 2_Mercapto benzothiazole (2_MBT) vừa có tác dụng làm tăng tốc đô lưu
hóa cao su, vừa là chất chống nấm bảo vệ cao su trong qúa trình sản xuất 2_MBT cũng đưu
làm chất chống nấm cho các lại hàng dệt như : bông, vải, sợi, sau khi được sử lý với 2_MHT
sẽ chống được sự phân hủy trong môi trường ẩm ướt, bến với ánh sáng, nhiệt độ và sự phán hủy của vi khuẩn Có tác dụng ngàn chan sự ăn mòn của Cu, Zn và các hợp kim của chúng
I*°Ì Có vai trò quan trọng trong việc tái tạo lại nhựa từ những sản phẩm nhựa phế thải !*”!
Trong quá trình theo dõi tác dụng của các nhóm riêng rễ của BenzothiazoÌe người tú
nhận thấy rằng nếu ngăn cản hoặc đưa thêm các nhóm thế hoặc khi kết hợp chúng sẽ làm
tăng hoạt tính sinh học và định hướng chúng theo hướng có lợi cho con người
Từ nhiều thông tin ta có thể có các nhóm sau :
Trang 6, alkyl, halogen, CF;, CN, NO .3_,4_piridiny] rT II d1 ~n IX
Tóm lại hợp chất Benzothiazole và các dẫn xuất của nó có ứng dung réng rai, quan
trọng, thiết thực cho con người trong tất cả các lĩnh vực Nhận thấy được lợi ích của nó và để
hiểu rõ hơn cấu trúc cũng như tác dụng, các phương pháp tổng hợp và muốn đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu, tổng hợp chúng nên em đã chọn để tài này Do thời gian và điều
kiện phòng thí nghiệm có hạn nền em chỉ đi sâu thực nghiệm 2_ Benzothiazolinone và dãy thế L2.PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BENZOTHIAZOLE VÀ CÁC DẪN a’ A B e Bằng phản ứng o_aminothiophenol với các dẫn xuất của acide : SH R-C-X SH oc "f* LỘC «em NH; O H-C-R T | o ~ OL C-R +H:O N=
Các dẫn xuất acid thường được dùng là chloride va alhydride acide '"'°""',
Trang 7Suan van bl night ‘ « Bằng phương pháp Jakobson !*°I S K;Fec(CN); ` Cli NH-C-R = N= C~R e Bang phan ứng của amine thơm với sulfUrmonochlorde cho ra benzo_l,3_thiaza_2_thioniumchloride( | 2,3_bcnzodithiazolechloride ) NaOH SNa oY - iis DÙ sci (Cl) NH
e Bang phan ứng của o_chloronitrobenzene với natridisulfide, sản phẩm tạo thành
cho tác dụng với Zn và acid axetic Muối kẽm tao thành được tách và xử lý với dẫn xuất acide hoặc anhydride của acide :
————>
] S—sS saroet
OS OS we Te S-Zn-S Œ'COLO ZZ
2_Mercaptobenzothiazole có tên thường gọi là Kaptax, Vulkaxit, Thiotax, là chal bột mịn màu vàng sáng, có vị cay, mùi đặc trưng
Nhiệt độ nóng chảy của 2_MBT kỹ thuật là 165-170°C và của 2_MBT tính khiết là
183-184°C
Khối lượng phân tử 167,25
2_MBT thực tế không tan trong nước nhưng dễ hòa tan trong acetone, ethanol,
benzene, chloroform, acetic acide băng
2_MBT là chất được sử dụng sớm nhất để là tăng tốc độ quá trình lưu hóa cao su và lần đầu tiên được điểu chế năm 1887 do A.W Hofman
e Bằng tác dung của CS; vào o_aminothiophenol:
SH "`
OL + £€ a» (@X C-SH + HS
N=
Trang 8Livin van tt nghiéf | 1
e Bằng tác dụng của NaHS vào 2_chiorobenzothiazole : S ¬ (OF ,3- 1+ Nats —$ (1 C-SH + NaCl “ N= © Bằng tác dụng của CS; với o,o'_điaminodiphenylsulfide : Ha H; SN + 2cs: —» (OT C-—SH + H,S +S S—S N~
e Phương pháp điều chế 2_MBT thuận lợi nhất là xuất phát từ amiline cho tác
dụng với CS; và ŠS dưới áp suất và nhiệt độ cao : Hs SN Co + CS +8 280 - 290°C yee + HS 90 — 100 atm Để đạt được hiệu suất cao, tỷ lệ số mol của các chất phản ứng : Anilin ; CSa : S$ = 1:1,4:1,02 e© Trong thực tế một lượng lớn 2_MBT được điểu chế bằng cách tỉnh chế 2_MI3T kỹ thuật 1,
2_Benzothiazolinone được điểu chế bằng nhiều phương pháp khác nhau VF.Kuchcrov đã đưa ra các phương pháp điểu chế nó trong phòng thí nghiệm bằng cach ox)
hóa cac sulfid trong acetic acid
Trang 9_X⁄Sầ» của et „2/4 x
Nó còn có thể được điều chế bằng cách : 62g 2_aminobenzothiazol, 42g urc, vi
300ml MeOH được giữ ở nhiệt đô 100°C, trong 5 giờ, làm lạnh ở nhiệt độ phodng; acide hia bằng H2SO, 2M, cuối cùng rửa lại bằng l _butanol ta sẽ thu được 89% 2_benzothiazolonc"""!
H›
rol SH + (NH),co MeOH, Oe c=o
R = H, halogen, NO:, Mc
Phương pháp có ý nghĩa nhất là oxy hóa 2_MBT bằng hydrogenperoxide trong mỏi
trường kiểm !'*! hoặc hằng Kalipermanganat !'*! sẽ xuất hiện muối Kali của sulfoacid tương
ứng và sau đó thủy phân trong môi trường acide
H,0./KOH SS _
Or -sH, KMnO, COL C-SO;K-“S} NZ C-OH
zZZ
Và thực tế chúng em chọn 2_MBT để điểu chế 2_Hydroxybenzothiazole vì phù hưn
với điểu kiện phòng thí nghiệm
Từ 2 _MBT bằng hidrogcnperoxide trong môi trường kiểm Để thu được
2_Hydroxybenzothiazole tính khiết em đã dùng dung môi cthanol - nước (1:1) đây là dung
môi thích hợp nhất
L2.4 2 Aminobenzothiazoles :
2_ Aminobenzothiazoles được điều chế bằng cách đóng vòng của arylthiourcas với
tác nhân oxy hóa là bromine hay sulfonylchloricle
Cm! Br; S=
¬ C—NH:
Trang 10Luton win Gt nghisfe
1,3 CẤ U TẠO HÓA HỌC :
se Xét vòng thiazole :
ở trong trạng thái tĩnh theo qui tắc huckel có(4n + 2) điện tử œ và p=6 => n=l Có sự cộng hưởng 2 electron p của nguyên tử S tạo thành vòng kín liên hợp
A ——— COs wos
YW _ ov
Từ đó có thể kết luận theo lí thuyết rằng thiazole thuộc ho aren
Vì vậy tính chất quyết định chung của vòng là phản ứng S; hay Az Các phản ứng %,
vào vòng thiazole xảy ra dễ đàng ở vị trí 2,4,5 tương tự như thế vào vòng tiophen hay pirol se Xét vòng Benzothiazole : Về trạng thái tĩnh tương tự như thiazole mặc đù lục tử thơm được gia tăng nhưng phản ứng S; vẫn là chủ yếu s Ci = Clo
' Theo số lượng thực nghiệm vé mat d6 e x cdc nha hda hoc da chifng minh duc
rằng ở vị tri thứ 6 thực hiện phản ứng Sz là ưu đãi nhất
Mặt khác khi xét đến nitơ ta thấy rằng trung tâm nitØ còn một cặp e độc thăn
không tham gia liên hợp với vòng thơm nên thể hiện tính baze Vì thế, nó có thể tạo ra muố:
amoni giống như piridin làm cản trở phản ứng Sg ở Cạ vì hai ly do:
- Trong phản ứng $; thường được tiến hành trong môi trường lỏng với xúc lác
acide lewis sé bị hạn chế nhiều đo sự tạo thành liên kết xúc tác với nitd vai
Trang 11Luin an Gl ngluéf |L:
- - Khi nitơ tạo muối làm cho nitơ thiéu hut electron, gay can ud cho phản ứng Šy vào benzothiazole.Vì thế khi thực hiện các phản ứng Sg vào vòng
benzothiazole phải xét tất cả các yếu tố : tác nhân, dung môi, nhiệt đô áp
suất để đạt được hiệu suất cao nhất « Xét các dẫn xuất của Benzothiazole :
- 2_Aminobenzothiazole cé thé tén tai 6 hai dang tautomer : amino va imino
Ss Sx
C N_ữ —— OL C=NH
COL +2 = TIN N=
Amino Imino
Sự chuyển dịch cân bằng chủ yếu phụ thuộc vào môi trường, thường thì ưu
đãi cho dạng amino hơn dạng imino hởi hệ thơm không bị phá vỡ
- Tương tự như vậy 2_oxohenzothiazole cũng tổn tại ở hai dạng tautomer : cno] và ketone
Sự chuyển dịch về phía ketone hơn là enol điểu này thực nghiệm chứng minh dựa trên kết quả của sự đo momen lưỡng cực
- Đối với 2_Mercaptobenzothiazole có thể tổn tại ở hai dạng tautomer : thiol và thione, S XS S ~ C-SH —— C=S | H Thiol Thione
Bằng thực nghiệm đã chứng minh rằng nó tổn tại chủ yếu ở dạng thione nhờ hiến
Trang 12Livin nda le rghit fe II Trone môi trường kiểm mạnh vòng thiazole bị phá vỡ sự phá vũ được tăng
cường khi ở nhân benzene có nhúm hỳt electron ?1, ôâ O.N OC ond POX" SOC sn N= O.N a ; N=C NOCt 1.4 TINH CHAT HOA HOC CUA BENZOTHIAZOLE VÀ DẪN a’ 2 '
Những tính chất hóa học và hóa lý chứng tỏ vòng thiazole về bản chất không có đá tính thơm Thực nghiệm cho biét phản ứng thế electrophil (clorua héa, brom héa, nitro hoa | điểu xảy ra ở nhân benzen trước hết là vị trí thứ sáu Ngay cả trong trường hứp 2_phenylbenzothiazole cũng vẫn xảy ra ở vị trí này mà không xây ra ở vị trí thứ hai của vòng nhenyl mới thế vào "**, Sr S ~— Sr S ~ tL CH “COL cO) NZ N= Ví du ; SG _> COL CH + Ch nA “EL > CH + HCI SS ra SS ỐC}>-O -3 “9K ]>-@ +1 NZ c N=
Ở nhiệt độ cao Benzothiazole dé dang bi halogen héa vao vj tri thứ 2 (brom hú
chloro héa & 450°C )
Ne §<
OL > C-~H + Br, —*>(OL C-—Br + HBr
Trang 13Seat nin Ue z,2⁄/‹8/4 là Benzothiazole tác dụng với acide tạo muối : XS © SG OL CH +H ——> O€ CH N= NZ | H
Các muối này tác dung với các amin có thể tạo ra sản phẩm thế là là sản nhầm
Trang 14Liwin ain Cl ngluce fe |ì Khi thực hiện với dialkylsulfat thì xuất hiện một lượng nhỏ đổng phân gốc alky! ¿ở nhóm amino << Oe N= | H
Các nhóm thế có sẵn trong nhân bengen ở vị trí thứ 6 không làm ảnh hưởng đến vận tốc và hiệu suất của phản ứng S= sn T9 C_—NH; + BrCH:a~ C - R' — C = NH NZ | NZ O | CH: - C - R' Ï R`=0 alkyl_3_phenyl 2_napthyl, 2_thionyl O
Trang 15Luin nin Ul ngliif I4 Nếu dùng dimethylsulfa thì tạo thành một lượng nhỏ 3_methyl_2_benzothiazolinthione IN Ol C~S~CH;: NZ SN OL CxS + (CH)S0;: — 03% NZZ | 5 H +O C2z$ N= | CH; 15%
Khi ở nhiệt 46 Ién hon 200°C, véi tac dung cia acide thi sin phim S alkyl vì N_alkyl sẽ chuyển vị cho nhau !!°! § _ a C—S—CH; OL C=S NZ NZ | CH;
Mặt khác nếu lấy cthyliodua tác dụng lên 2_alkylthiobenzothiazole thì xuất hiện một sản phẩm Mangan đã đưa ra vấn để này Từ muối bậc 4 bằng chính phần ứng này ông di
tách được alkyliodua từ nitơ hoặc lưu huỳnh và nối tiếp thực hiện như một tác nhân tham gì:
Trang 16fran van ll 24c 15
Khi cho p_dibromomethylhenzene tác dụng với 2 methyl hoặc
Trang 17Lain in OL 22/42/4 l6
Phản ứng này xảy ra dễ dàng kể cả tác nhân yếu như : N_arylamid của acidc
chloroacetic phản ứng cũng xây ra
SN S —
~c=0+ CICH:-C-NH ~O)—> N~ _
H `
Những muối bậc 4 điều chế từ 2_oxobenzothiazole rất hiếm Nhờ xúc tác là triethyloxoniumtetrafluorohidrat người ta điểu chế được 3_cethyl_2_oxobenzothiazole trong
dichloromethane hiệu suất phản ứng này rất tốt nhưng sản phẩm lại không hển rất dễ hị nhấn hủy trong không khí Vì thế sau khi điểu chế xong phải cô lập và hảo vệ trong điều kiện thích
hợp
1.4.5 drox hiazol n: :
2_Hydroxybenzothiazole có thể tổn tại 2 dang tautomer :
‘Soon ime = OCD C=O C-O O@ " a H Enol Keton Momen lưỡng cực của: - =2 _hidroxybenzothiazole là 2.4D - 2_benzothiazolinone 1a 3,8D
Nhưng giá trị thực nghiệm đo được trong dioxan là 3,66D diéu 46 khang định rằng :
trong các phản ứng nó tham gia ở dạng ketone Í°°!, Kết qủa nhận được phù hợp với các quả trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hóa, acyl hóa hoặc hydroxymethyl hóa Trong tất cả các phan ting này người ta đều thu được dẫn xuất thế ở vị trí thứ 3 của 2_benzothiazolinone !*!,
Từ thực nghiệm đã kết luận được rằng : khi methyl hóa bằng diazomethane trong dung môi không phân cuc (ether) da xuất hiện bên canh sản phẩm
Trang 19đc 274 win CL nglicefe Is
Trong phản ứng này sản phẩm chi yéu 1a 3_methy!_2_benzothiazolinone
- 2_Benzothiazolinone phản ứng với formaldehyde tạo thành 3_hydroxymethy]_2_benzothiazolone = = QS C=O OL C-OH | +HCHO— COL C=O NZ NZ H CH:OH se - Đây là chất đầu thuận tiên cho việc điều chế các dẫn xuất tiếp theo Ví du : :
2_benzothiazolinone tác dụng vdi 3_chloromethyl_2_benzothiazolinone trong
môi trường kiểm tạo thành bịs_3_(2_benzothiazolinone)methane
oe C=0+ oe C-0—> c-o Ce c=o
“ cH, —
i ae
Tuy nhiên nếu 3 chloromethyl 2 benzothiazolnone té4c dụng = wii
2_mercaptobenzothiazole sé thu được hợp chất sau : TS COL C=O N= | CH: -s-cC` TỔ) Điểu này chứng tỏ rằng khác với 2_benzothiazolinone 2_mercaptobenzothiazolc nó bị alkyl hóa ở vị trí thứ 2
Khi xử lý 2_mercaptobenzothiazole với ethyleneoxide chỉ có mặt acctc acidc
xảy ra phan ứng N hydroxyethyl hóa và có sự biến đổi thiono oxo tạo thành 3_(2_hydroxyethyl)_2_benzothiazolinone,Sản phẩm này cũng thu được khi thực hiện phần
Trang 20Sein vai đữ „2.4 tủ Tx SS os NZ NZ oe n ol (IV) (1) ee yo <— Oe C=O | CH:CH:OH 4 SG S " " THỜ 2 8 F CH›CH›2OH (VIII) SN CL ss — OL N= | CH, os (V) (VI)
2_benzothiazolinthione(H thông thường nó bj alkyl hóa ở nguyên tử lưu huỳnh trừ
phản ứng Mannich !*Ì Ethylene oxide được dùng để thực hiện phản ứng S_hydroxyethyl hóa
cia (I) trong dioxane !**!,
Phản ứng N_hydroxyethyl hóa của 2_benzothiazolinthione(I) bằng ethylene oxide
trong acetic acide kèm theo sự thay thế nguyên tử lưu huỳnh bằng nguyén uf oxygen dé tau
thành 3_(2_hydroxyethyl)_2_benzothiazolinone(IH) Phản ứng này được thực hiện bằng cách sử dụng lượng dư 10 lần theo số mole của ethylene oxide trong dung dich acetic acide & nhict độ phòng trong 24 giờ
Khi rút ngắn thời gian là l giờ và giữ tỷ lệ số mole (1:1) đã xảy ra phản ứng
§_hydroxycthylthioJbenzothiazole(II) '°*"*! da sit dung methanol như một dung mỗi Để
chứng minh cấu trúc của (IH), 2_benzothiaolinone(VII) được refhix với 2_bromoethanol có
mat dung dich natriumhydroxyde, thu được sản phẩm (21%) đồng nhất, với hợp chất (111) Sự biến đổi từ (1) dan (111) qua (Il) là sản phẩm trung gian được hiến đổi tiếp theo trong cùng điều kiện
‘THU VIỆN —— |
Trụ dòng chu Hez Ê: ca :!11
Trang 21_Zận adn lit ;z2(<c# aD Trong qúa trình chuyển hóa trên ethylene oxide là chất được dùng để đồng phan hii các dẫn xuất S và N_methyl(IV),(V) Công bằng cách này, hợp chất S_methyl(IV1 đã chuyển
thành hợp chất (HI) với hiệu suất 29% Hợp chất (V} tao thành hợp chất oxo tong ứng hưp chất (VI) với hiệu suất 88%
Một mình acetic acide đã không có tác dụng lên (1),(1V) hoặc (VHI) Điều này đã chứng minh khả năng của cửnylene oxide thực hiện chức năng như một tác nhân để thay thể
nguyên tử lưu huỳnh bằng nguyên tif oxygen trong day Benzothiazolinone Trong các tài liệu
không đưa ra cơ chế phản ứng, nhưng ở đây có thể cho rằng acetic acide cũng tham gia vào
phản ứng ở giai đoạn đầu để tạo ra 2_Benzothiazolinone Ss ` bo (@@ C-S-CH:CH:OH + CH COOH >] S_CH;CH;OH NZ wt de ees | O As —~or> C_OH + CH-C-S-CH:CH:OH i O
Cơ chế này cũng được áp dụng cho cả phản ứng của ethylencoxide viw
2_methylthiobenzothiazole trong acetic acide để tạo thành 2_hydroxybenzothiazole chất này
lại tiếp tục phần ứng với tác nhân là ethylene oxide để tạo thành sản phẩm (111)
Trong sản phẩm của phản ứng acyl hóa 2_hydroxyhenzothiazole người ta đã tích được cả các dẫn xuất N_acetyl, chưa có tài liệu nào mô tả chính xác dẫn xuất O_accty!
Trang 22Luin an ll nglitéfe >|
_ kế UNG DUNG THUC TE CUA BENZOTHIAZOLE VA MO'T SO
DAN XUAT CUANO:
Hóa học của Benzothiazole đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là việc sử dụng các dẫn
suất của nó trong các ngành kinh tế, công nghiệp cao su, công nghiệp nhuộm, nồng nghiệp vú
được học
- Các dẫn xuất 2_hidrazobenzothiazole, 2_alkilbenzothiazole có tác dụng diệt nấm
và chống các loại nấm phá hoại hạt giống
- - Hợp chất 3_acetonitril_2_benzothiazolinone có tác dụng lên cây đậu như : làm
hẹp dây, kìm hãm sự phát triển bể mặt của phiến lá Tuy nhiên nó lại có tác dụng tốt đổi với cây củ cải đường, khi bón với hàm lượng 0,1-0.2kg.ha” sẽ làm tăng
hàm lượng đường là 11% "7?
- - Hợp chất 3_meul_4_chloro_2_benzothiazolinone có tác dụng làm tăng nâng xui!
lúa tới 21% trong khi đó lại làm giảm sự phát triển của thực vật tới 10% {28|
- Các hợp chấu : 3_benziloxicarbonilmetil_2_bezothiazolinone và 4_cloro_3_benyiloxicarhonilmeuil_2_benzothiazolinone cũng có hoạt tính cao đói
với sự biến đổi của thực vật và có hoạt tính diệt cỏ
Sự biến đổi của các mô tế bào thực vật bất đẩu chịu tác dụng ở nống dò
I03-10moliit
- Một vài dẫn xuất còn được ứng dụng trong y học TỪ những dẫn xuất của
2 _henzothiazolnone có tác dung chống bỏng đặc biệt là S_chloro_}, 4_(2_acetoxietil)_1_piperazinilcarbonilmethy!_2_benzothiazolinone
- _ Các dẫn xuất thế ở vị trí thứ 3 có chứa lưu huỳnh của 2_benzothiazolinone cũng có
Trang 23Luin trượt led 2/2 a alkylthioalkylester"””Í, thioesterf"?Í, và dithiocarbonat?!! SN =KN: we R =alkkyl(C; - cl C=O R=K, Na NZ - N= n=l,2 | | CH:COOCH;CH;:S-R (CH›)OCS›R sn R = H, halogen
gue R! = alkyl, alkenyl, hydroxyalkyl,
halogenalkyl, phenyl, pheny)-thé
CH-COSR'
Các hợp chất này có tác dụng làm giảm sư phát triển của đâu làm ngắn thân cây nếu
ở nồng đô cao chúng có tác dụng diệt cỏ,
- - Sự hiện diện của nguyên tử niớ ở nhánh của khung benzothiazole cũng có tác
dụng mành liệt lên sự phát triển của thực vật đó là các dẫn xuất : amide
hydrazide!™’, imidoester, imidoamide”™, jmidoalhydride™ va ngay cd cdc much
amonium bậc 4 27)
R Gas - R, =H, CFs, halogen
TL C=O - n=l-4
N~ - R?,R’ = alkyl, alkeny}, alkynyl,
Trang 24is + -⁄⁄2 nam Ut rghééf ia noe C=O - R=halogen, NO;, alkyl N~ - n=l-3 R | - R'=alkyl (CH:);- C - O - COR' |Í Re S NH - X,R=halogen OL e=0 - R',R?= alkyl N~ ủ - RỶ=alkyl, phenyl thế, halogen-piridinyl © ° - m=0-2 (CH2), — N(R'R°R*)X - n=1-3
Và thực tế cho thấy rằng hoạt tính của các chất phụ thuộc vào giai đoạn phát triển phát triển của thực vật, cu thể nếu áp dụng cho việc bón mía thì dùng 0,I112-5,6kg.ha ” tác dụng tốt nhất khoảng 2-10 tuần trước khi thu hoạch
- - Trong hóa phẩm các chất màu xyaminbenzothiazole đã được xử dụng làm tang dé
¡ LH
nhạy quang có ứng dụng trong chụp phim ảnh màu và chụp ảnh hồng ngoại
Từ những ứng dụng trên cho ta thấy rằng các hợp chất Benzothiazole và các dẫn xual của nó có tầm quan trọng rất to lớn cho đời sống xã hội trên mọi lãnh vực
1.6 P WITTIG :
Để tổng hợp các dẫn xuất thế ở vị trí thứ 3 của 2_benzothiazolinone, ở đây sử dụng
phản ứng Wittig
- - Wiutg và Geissles!"”” vào năm 1953 đã nhận thấy rầng tác dụng của benzophcnon
vào methylenetriphenylphosphoran xuất hiện 1, _diphenyl ethylene va tripheny! phosphinoxide Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để điểu chế cthylen
gắn với các nhóm thế khác nhau hoặc các olefin nói chung Ưu điểm của phương pháp này là sự thế nguyên tử oxygen của nhóm cacbonyl bằng liên kết đôi C=C
xảy ra không xuất hiện những olefin đổng phân cấu tạo Sơ 46 chung của phần ứng như sau :
H
C=O+ (C;H;);P = CHR”—> C=CR"” + (C;¿H;);P zO
Trang 25Liiin ain GC ,2⁄/‹2//
Phản ứng Wittig còn được dùng để điều chế các carotcenoid methylenester
Nam 1919 Staudinger và Mayer đã thấy rằng từ triphenylphosphin xí diphenyldiazomethane khỉ đun nóng nitrogen bị phân cất tạo thành
diphenylmethylenetriphenylphosphoran, chất này tác dụng với phenylizocianat tao thành
N_phenylimindiphenylketene
(CsHs)3P = N-N = C(C6Hs)2 TY (C¿H;);P = C(C¿H:)›
(CgHs)3P = C(CsHs)2 + CeHsN = C =O—*CgHsN= C =C(CeHs)2 +(CoHs)P=O
Phương pháp này không được áp dụng rộng rãi vì các phosphoran loại này rất bến vii
không phản ứng với các hợp chất carbonyl thông thường Mặt khác là các phosphoran lo¿i
này điều chế rất phức tạp, không đơn giản
(CeHs)s3P + N=N=C(CsHs)2 —» (CoHs)3P = N-N= C(CoHs)>
WC (CoHs)sP = C(CoHs)2 + Nz
Sau này Luscher bằng cách đun nóng phosphora trén vdi diphenylketene ở 14C trong benzene dưới áp suất cao sẽ thu được tetraphenylallene với hiệu suất xác định
(C,Hs);P=C(C,H;)› +(C¿H;);C=C=O 14C, (C.H,);C=C=C(C¿H;)z(C¿H›)yP=O
16.1, Cơ chế của phản ng Witig :
Trang 26“ân win lel nglitefe 7%
Giai doan d4u cia phan ung xuat hién cấu trúc phân cue betain trong dé phosphy
mang điện dương, oxygen mang điện âm, tạo điều kiện để hình thành hợp chất vòng 4 cạnh hợp chất này lại phân hủy để tạo thành sản phẩm Betain bến vững ở nhiệt đô thường nhưng
Trang 27Zein win C4 nglotefe 3
Tác nhân của phản ứng Witig có dạng chung là (C¿H‹):P = CRR’ thu được hằng
phan ứng của base và phosphonium halogenid tương ứng Chúng là những chất tỉnh khiết màu
vàng hoặc không màu :
©
R R R
CHC] + (C;ạH;)yP —> CHP(C;H¿)CÌ ———> poe
R' R’ R' Có thể chia thành hai nhóm của phosphoran :
® Nhóm thứ nhất : gồm các phosphoran mà trong phân alkyliden chứa các nhóm
đẩy elecron(R= RÌ= H hoặc alky1) có khả năng hoạt đông đặc biệt, nhanh chóng phan tng vdi oxygen, ngoai phan tng vdi aldehyolc, ketone, nd còn phản ứng
với nước, alcohol và các hợp chất carbonyl khác như ester,
® Nhóm thứ hại : gồm các phosphoran mà trong phần alkyliden có chứa nhóm hút
elecưon(R= H;RỶ = aryl) od kha nang phan ứng yếu hơn
Phan ứng Wittig luôn luôn diễn ra qua hợp chất vòng 4 cạnh như là môt sản phăm
trung gian bền vững; dạng này quyết định tốc độ phản ứng không những phụ thuộc vào tác
nhân mà còn phụ thuộc vào chất phản ứng và điều kiện phản ứng Trong nhiều trường hơn đà nhận thấy rõ sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào đặc tính của hợp chất carbonyl ban đầu :
Ví du :
Trang 28fat vin le nghicfe ^1
Khi nguyên tử cacbon của nhóm carbonyl hiên kết với các nhóm hút electron làm
tăng khả năng phản ứng và hiệu suất phản ứng cũng cao hơn khi nó liên kết với các nhóm đẩy electron,
Khi ylid va hop chat carbonyl có các nhóm thế không đối xứng, thường xuất hiện
một hỗn hợp các đồng phan cis và trans cia olefin,
Phản ứng của alkyliden triphenylphosphoran với benzaldehyde xuất hiện cis
va trans |_phenylbutadiene (1:1)
TY lé céc déng phan cis, trans có thể thay đổi phụ thuộc vào điểu kiện phản
Trang 29Lain rin C4 rghit fe 2s
Tac dung cla benzylmethy! triphenylphosphonium với butanidelitum và sau đỏ vú:
benzaldehyde tạo thành hỗn hợp 30% cis va 70% tans stylben ©"! Két qua này được gi: thích như sau ; H Ho H H a + (C,H;);P = O H |, 4 “cH —” ⁄` Š (Ce6Hs)3 CeHs 6Hs C;H;CH = O + (C,H‹):P=<CH-C,H‹ 30% H CạH: H C.Hs oT Tơ ff - My + (CeHs);P =O lode CạHs H
Khi sử đụng ethanolatsodium trong akohol như một tác nhân base sẽ thu được hồn hợp 53% cis và 47% trans stylben
Anh hưởng của nhiệt đô đến tỷ lệ các đồng phân cis, trans có thể thấy rõ trong vỉ du sau :
(C;H;):P=CH-CH;CH:CH=P(C;H;) + CạH;CH=O ——>
—> C„H;CH=CHCH:CH;CH=CHC,H;
Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng sẽ cho hỗn hợp hai đồng phan cis- trans nhưng khi đun nóng trong ether một giờ chì cho đồng phân trans-trans
Nói chung, phần ứng Wiiueg cho hỗn hợp các đồng phân cis và trans phụ thuộc vàu điểu kiện phản ứng Sản phẩm của phan ứng được xác định bằng sự hình thành liên kết đói
giữa nhóm methylene của ylid và nguyên tử carbon của nhóm carbonyl trong hợp chát
Trang 30Sein vain GL nghitfe a gis Ry e (CeHs);P — C ~, (Cath Cm 5 H @ 9 © OoO-C O-C Ra R> a A " (C,H);P=O+ Il «—— ' | C / O- C R, % ,,
Bằng thực nghiệm theo đõi muối phosphonium hoạt động quang học trong phản ứng
đã khẳng định được rằng : phản ứng Wiiug xảy ra với sự bảo toàn cấu hình nguyên tử
Trang 31Luin win CEC nghitf
a
Trang 32Lida nin tl rghit fe 3
pO TON T CUA QUA G HỢP :
Để tổng hợp các dẫn xuất của 2_benzothiazothiazolinone ở đây đã xuất phát từ
2_mercaptobenzothiazole dưa theo sơ đổ tổng quát sau : S Or Ses OS C-SH xo *(CL c-0H OH - N= th kỹ bu tinh A | CH;COOH SN C-O-C-CH COL N= | O 11.2 QUA TRINH TONG HOP CAC CHAT : T h
100g 2_ Mercaptobenzothiazole kỹ thuật được hòa tan trong 2 lit nude Khuay vii
đun ở nhiệt đô 85-90°C Vừa đun vừa cho từ từ 75-80ml dung dịch amoniac 26% Trong khi
đun vớt những chất bẩn nổi trên bể mặt dung dịch Sau khi cho hết dung dịch amoniac chu từ từ 4-4,5 mÌ H;O; 30% được hòa tan trong 50ml nước nóng Tiếp tục loại các chất bẩn trên hẻ
mặt hỗn hợp phản ứng Sau khi đun dung dịch màu của muối amonium của 2_MBT tách khỏi
chất bẩn ở đáy bình phản ứng Lọc lấy dung dịch trong màu vàng sáng Thêm vào dung dịch
%g than hoạt tính, đun sôi và sau đó để hạ nhiệt độ xuống đến 45-50°C, lọc và sau đó cho
T5ml] acetic acide trong 200ml nước Để kết tủa lắng xuống và lọc, rửa bằng nước nóng
Phản ứng 6 được singe hiện Kuậy bình dâu hai cổ có lấp ay khuấy, ii nhỏ gioL
Hỗn hợp phản ứng gồm 16,7g (0,1 mole)2_MBT; 8,4g(0,15 mole) KOH và 100ml nước Sau
khi khuấy cho hỗn hợp phản ứng tạo thành dung dịch trong suốt Từ phễu nhỏ giọt cho từ từ
66ml HO: 30%
Nhiệt độ phản ứng được giữ trong khoảng 48-52°C Trong suốt thời gian cho H;0; phải khuấy liên tục và nhiệt độ không vượt quá 55°C
Sau khi cho hết HO: tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng 3 giờ nữa ở nhiệt độ 45
- $0°C Muối Kali của sulfonic acide từ từ tách ra, sau đó nhiệt độ được tăng từ từ đến 6C
Hỗn hợp được khuấy tiếp tục 2 giờ nữa ở nhiệt độ này Muối tan tạo thành dung dịch đặc Sản
phẩm phản ứng được để yên 24 giờ, muối tách ra, lọc lấy sản phẩm
Sau khi làm khô ở nhiệt độ phòng, muối Kali của sulfonic acide được hòa tan vào
nước, acide hóa bằng HCI đến môi trường acide Dung dịch được đun đến khi nào không còn
mùi của SQ; bay ra, Chất kết tình của 2_hydroxybenzothiazole dẫn dẫn tách ra từ dung dịch
Lọc và kết tình lại bằng hỗn hợp ethanole - nước (1:1)
Trang 33Lain are Gl nghup ts Phân tích nguyên tố : %C %H &N RS Tinh 55,60 3,32 9,26 2120 Phân tích 5511 3,31 8,13 18,28 Phổ hồng ngoại: e Vong benzene : V4 =CHy: 3054.7 cm” V\CsCi: 1671,7 cm" Dao động vòng : 1464,4cm" , 1426,5 cm’ Secu: 143.7 cm e Vòng 5 cạnh : VịN-HỶ 3054.7 cm V/i€-N? 12153 cmÏ Vic sy 6417,9 em" e Cac nhém khác Vic eo)! 1671,7 cm"
Lay 4g (0,026 mole) 2_hydroxybenzothiazole cho từ từ Imi dung dich H2SO, dam đặc vào ( trong qúa trình cho nên làm lạnh ) Tiếp tục cho 10ml acetic acide vào hòa tan nỗi
cho hỗn hợp đó vào bình cầu Nung cách thủy trong suốt 4 giờ sau đó để nguội để sản phim kết tính lại Lọc lấy sản phẩm Phổ hồng ngoại : ® Vòng benzene ; Viec- 4): 3035 cm' VịC«€Œ¡ ï 1593,8 cm” Dao động vòng: =1479,7 cm", 1413,4 cm" Ổ\sc_mụ: 144.8 cm" e Vòng 5Š cạnh : ViN-HE! 3106.8 cm" Vực_Mwì: 1122.6 em” Vic-S): 639,2 cm” e Các nhóm khác : Ÿ(~o-e-eH;): 1669,6 cm”, 1215,2 cm”
11.3 PHO HONG NGOAI:
Các vạch hấp thụ đặc trưng phổ IR của các chất đã tổng hợp, được trình bày trong
bảng sau Ở đó đã trình bày các tân số dao động đặc trưng được rút ra từ phổ IR của 2_MBT chuẩn để so sánh với các tần số dao động đặc trưng từ phổ của 2_MBT đã được tổng hợp Sau
đó các tần số dao động được rút ra từ phổ IR của các chất theo qúa trình chuẩn hóa từ
2_MBT thành 2_hydroxyhenzothiazole,
Trang 34Luan win Cl nghedifs 33
Chất khởi đầu chúng em tinh chế 2_MBT kỹ thuật thành 2_MBT tỉnh khiết có tắn số hấp phụ đặc trưng gắn với mẫu chuẩn, Có những vạch trùng nhau, cũng có vạch xai lệch nhỏ có thể chấp nhận được Trong phần tổng quan như đã nêu 2_MBT có thể tổn tại ở hai dạng tautomer : thiu! và thione Sew OCDE C-SH = CLS + NZ | H
Đã có nhiều kết luận rằng 2_MBT tổn tại chủ yếu ở dạng thione nhờ liên kết
hydrogen yéu giữa nguyên tử hydrogen và lưu huỳnh tao thành dạng dimer, S (OL C=S H NZ ` | H | s«c< TƠ) ™
Và cấu trúc của dạng thione cũng được khẳng định bằng cách đo momen lưỡng cực Dựa vào phổ IR của chất chuẩn cũng như chất đã tổng hợp được đều chứng minh rò điểu đó Trong cả hai phổ đều không có vạch có tần số dao động nằm trong khoảng 260 -
2550 cm” đặc trưng cho đao động hóa trị của liên kết S - H, mà lại có một vạch ở tần số 1034cm'” đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = § Trong phổ IR của cả chất chuẩn
và chất tổng hợp được của 2_MBT cũng không có vạch nằm trong khoảng 2185 - 2120 cm '
đặc trưng cho dao động của liên kết C = N, chỉ có vạch ở 1320 cm” đặc trưng cho dao động
hóa trị của liên kết C - N Và vạch ở 3041 — 3112 cm đặc trưng cho đao động hóa trị của
liền kết N - H Vì thế có thể khẳng định rằng hợp chất 2_MBT tổn tại chủ yếu ở dang thionc Khi thực hiện phản ứng oxy hóa 2_MBT bằng hydrogen peroxide Trong môi trường kim và sau đó thủy phân tong môi trường acide, ta thu được hợp chất
2_hydroxybenzothiazole
OL NZ c- su #205 OT KOH NZ c- sosk 120, (OT HC] NZ C-OH
Chất trên cũng có thể tổn tại ở hai dang : enol và ceton
COL C-OH = (COL C=O
Trang 35Lobe win C0 nghti fe 34
Về mặt cấu trúc dang enol khong bén bang dang ceton Tài liêu”! đã nêu một dữ
kiên thực nghiêm chứng minh nhân xét này Momen lưỡng cực tính được đối với dang enol li 24 D, dạng ceton là 3,8 D, Thực nghiêm đã thu được là 366 D Vậy hợp chất
2_hydroxybenzothiazolc (OHBT) tổn tại chủ yếu ở dang cetone So với phổ IR ta cũng thu
được hợp chất trên phù hợp với nhận định đó Phổ IR của nó không có vạch nầm trong khoảng 3700 - 3600 cmÌ hoặc 3500 - 3000 cm” đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH, mà lại có vạch ở tần số 1671 7 cm! đặc trưng cho đao động hóa trị của liên kết C = © có liên kết hydro yếu Mặt khác phổ IR cla 2_OHBT cũng không có vạch nim trong khoảng
2185 - 2120 cmÌ đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C =N , mà lại có vạch
1215,3cm” đặc trưng cho dao đơng hố trị của liên kết C~ N và một vạch ở 3054,7 cm” đặc
Trang 40Lin vin Ct 2u2⁄4<2⁄6 ì
Từ thực tế làm thực nghiệm tỉnh chế và tổng hợp : 2_MBT tinh khiết 2_hydroxybenzothiazolc
.2_ Benzorhiazolylacetat
Đi từ chất đầu là 2_MBT kĩ thuật để tính chế 2_MBT tỉnh khiết vì nó là môt nguyên
liệu rẻ tiền và dễ tìm
Sau khi tỉnh chế được 2_MBT tính khiết chúng còn tiếp tục thực hiên phần ứng oxy
hóa 2_MBT bằng HO: để thu được 2_hydroxybenzothiazole Và từ đó em thuc hién ester
hóa bằng acctic acide Phản ứng được thực hiện trong điểu kiện nhiệt độ nghiêm ngặt Kei
qủa chụp phổ tương đối có thể chấp nhận được.Qúa trình kết tinh cũng khó khăn, khi thực
hiện phải hết sức chú ý cẩn than
Trong qúa trình đi sâu vào lý thuyết, chúng em nhận thấy rằng : phản ứng Witug giữ vai trò quan trọng Đó là phản ứng cho hiệu suất tương đối và cần phải có nhiều thời gian nghiên cứu kĩ và đi sâu hơn về thưc nghiêm Nhưng do điều kiện thời gian có han, chúng em chưa thực hiện được Mong rằng sau khi nhoàn thành để tài này sẽ cố gắng tìm hiểu thêm nếu có điểu kiệnh sẽ tiếp tục tổng hợp những dẫn xuất tiếp thco của Benzothiazole Và tìm
hiểu sâu hơn nữa ứng dung thực tế của nó