BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO _
TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH
KHOA HOA HOC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
GÓP PHẦN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ HIDRAZON ĐI TỪ 2-MBT
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
GVHD : Th.S - NCS Hồ Xuân Đậu |
SVTH : Chu Thị Hoàng Mai
Thành Phố Hồ Chí Minh - 2002
Trang 2Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Hỗ Xuân Đậu đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này
Trang 3LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP Trang 2 MỤC LỤC Mở đầu an aanana na nang acc Mh Phần A AC TONG QUAN [ BemZothiaZol sane J,1 Cấu HO vÒ0ig: WerfeDtHAPO oaasseseosoanseiiiitisgilaiiagitgitai/01018014.0g10184 In (004) v2 ~ ), ÔỎ 1| REIWED HH TU sàn connenneikantgadhkopuiboitiahinailikttgtasiaexgkdgkil08080060615003048831698054006610480010000g⁄0GG 8
I? Tổng HP vbnig BefigbiHR 2D lsoseeacocdoootoksbiiddaiksgGAtUE le 8
II Các dẫn xuất của benzothiazol và ứng dụng của nó_ 11
H.1 Cac dain xudt ¢ vi tri thi? 2 ella benzothiaZol cc cssusussssesseueesseeseecsee DD
11.2 Méreaptobéenzothiazol (2 MB ): iisasoesceoiioeoaiiyaa-ayaseatesaazsasooeLÐ [I.2.1.Tổng hợp 2 mercaptobenzothiaZOl c- 5< c«s<reeeeereee LŠ II.2.2.Cấu tạo của 2 - MBT _ šigi0g8054sauesaiszrasavsofÔ) II.2.3 Các dẫn xuất chứa sti ene cua a2- MBT
DUE CO LY tHUYẾ GuccccieinieniiiiniiakoieoalEteinidooidbeiigdalAi64tpsunllgiidSelbl0sg0306140660:0018% IIifNurioi l2 ca 1 20 111.2 Phản ứng ngưng tụ Phần B THỰC NGHIỆM R87 II Tổng hợp các chất :
II.I Kết tỉnh 2 - MBïT -5255-422<S2X6222-Z4-42-221<E-2E.E31 0E 2E.1E117102181111214511E11 8e 27
II.2 Tổng hợp axit (benzothiazol_2_yÏthio ) axetic - ss-2<=-s 27 II.3 Tổng hợp mêtyl (benzothiazol_2_ythio ) axetaL - - 2 c<-se co 28
[I4 Điều chế ( benzothiazol_2_ythio ) azetyl hidrazin 5¿ 28
II.5- Ngưng tụ (benzothiazol_2_ylthio) axetyl hidrazin với benzandehide
nã `" a —
II 6 Neue ti tu _ an ‘2_ylthio) axel hidrazin với 'ELCIbbEriiidehin
Trang 4HỊ.Ì 20intniE L0 HGHP GÀ VhbuassssesnnvarariuiitttnovgniirttiotttittarigdurnguevogoVatoaesaesacexSf) III.2 Chụp phổ hồng ngoại S s3 xreererrrrssserrrzesererse ,.30 III.3 Chụp phổ tử ngoại Set reo
PhẳnC KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN
II Kết quả nghiên cứu cấu tạo các chất:
TH.1 NhiệtđỘ nóng GHẾ Ù ca adonghoUUggag 0 Aee-eee se
II.2 Phổ hồng ngoại
iu ng ĐỀ:
Kết luận và đề xuất
'Tài liệu tham khảo
Trang 5LUAN VAN TỐT NGHIỆP Trang 4
MO DAU
I Lý do chọn đề tài:
Benzothiazol là một trong số những hợp chất dị vòng có rất nhiều ứng dụng
trong cuộc sống Dẫn xuất của benzothiazol đã được nghiên cứu rất lâu kể từ
cuối thế kỷ 19 ngay sau khi phát hiện những tính chất quan trọng của nó thông
qua các công trình nghiên cứu của Hoffman và các đồng sự của ông Từ đó trở
đi benzothiazol được hàng loạt các nhà khoa học lao vào tim tòi nghiên cứu
hàng loạt các công trình nghiên cứu cho thấy ứng dụng to lớn của các chất đi từ chất đầu là benzothiazol Các dẫn xuất của nó có vai trò quan trọng trong các
ngành công nghiệp như cao su, công nghiệp ảnh màu, trong phức chất, trong nông nghiệp, trong y hoc
Trong lĩnh vực cao su dẫn xuất của benzothiazol đã được các tác giả dùng làm xúc tác cho quá trình lưu hóa cao su tự nhiên và tổng hợp giúp thu được các sản
phẩm cao su có tính đàn hồi tốt hơn
Trong lĩnh vực nông nghiệp một số dẫn xuất của benzothiazol được dùng làm chất điều hòa sinh trưởng thực vật, tăng năng xuất cây trồng
Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ , do một số dẫn xuất của benzothiazol có khả
năng tạo phức màu với kim loại, điều này giúp cho quá trình phân tích định
lượng kim loại đó
Các sản phẩm azometin _CH=N _ hay còn gọi là bazơshiff là những nhóm chức
mà khi xuất hiện trong phân tử hợp chất hữu cơ làm cho hợp chất hữu cơ có tác
dụng kháng khuẩn , kháng nấm, chống viêm, chữa bệnh thương hàn Hidrazon cũng là hợp chất được tạo thành khi cho hidrazin tác dụng với các andehide ,
xcton, trong công thức cấu tạo của nó cũng có chứa nhóm bazơshiff vì thế chúng có hóa tính sinh học mạnh, một số chất đã được sản xuất và bán trên thị trường
như Furaxilin
Từ những vấn để trên em đã chọn để tài tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của
một số dẫn xuất hidrazin và hidrazon có chứa vòng benzothiazol Đây là một để
tài đã được nghiên cứu khá nhiều trong những năm gân đây Vì thế việc làm dé tài này của em chủ yếu trên cơ sở học hỏi công tác nghiên cứu khoa học, hơn
hết giúp em hiểu rõ hơn về những lý thuyết mà em đã được học ở trường trong 2
lọai phản ứng : este và ngưng tụ HI Nhiệm vụ của đề tài:
“+ Đi từ chất ban đầu là 2 - MBT sẽ tiến hành tổng hợp một dãy các dẫn
xuất ở vị trí thứ 2 của 2 - MBT và cuối cùng sẽ ngưng tụ hidrazit có chứa vòng benzothiazol với một số andehide thơm
Trang 6
% Sản phẩm ngưng tụ sau khi làm tinh khiết sẽ được chụp phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại để xác định sự có mặt của các nhóm chức đặc trưng trong
các chất tổng hợp
+ Thảo luận về các kết quả thu được dựa trên nhiệt độ nóng chảy, phổ hồng
ngoại, và phổ tử ngoại
Trang 7LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 6
TONG QUAN
Trang 8
I.Benzothiazol: I.1.cấu tạo vòng benzothiazol: Vòng benzothiazol S > N gầm 2 phan: +vòng thiazol, +vòng benzen 2 [.1.1.vòng thỉazol:
Nhìn chung , vòng thiazol có những dấu hiệu của một hệ vòng thơm Nó
có những thuộc tính lý học , hóa học và trong một vài trường hợp có hoạt tính sinh học tương tự pyridine
Vòng thiazol thỏa các điều kiện của 1 hệ vòng thơm Gỗồm: +(4n+2 ) trong đó n=l; riêng S đóng góp 2 electron
+hệ phẳng , kín
+hệ liên hợp
Đồng thời những dữ kiện của cơ học lượng tử cho thấy vòng thiazol có cấu trúc
cộng hưởng ÍÌ tương tự hệ thống vòng thơm khác Trong cấu trúc của nó không còn liên kết đôi hay liên kết đơn thông thường
Các dạng cộng hưởng của thiazol:
+ +
đa:
gy SÀN SỐ ỒN
dạng cộng hưởng (I) cho thấy khả năng hoạt động cao đối với những nhóm gắn
ở vị trí thứ 2 Và thực nghiệm cũng chứng tỏ khi gắn CH3_ vào vị trí (2) thì
chúng dễ dàng tham gia phản ứng andol dưới sự xúc tác của axít và ngưng tụ
Trang 9
LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 8
Claisen trong môi trường bazơ tương tự nhém métyl gan liền với nhóm
cacbonyllfF
Hình thức cộng hưởng trên còn cho thấy khả năng hoạt động của vị trí thứ
5 Vị trí này dể dàng chịu sự tấn công của các tác nhân electrophil: Br , NOz;, HSOy, 1.1.2 Benzothiazol: Khi gắn vòng benzen vào vòng thiazol thì tạo thành vòng benzothiazol 7 f S oy 4 3 Các dạng cộng hưởng cho thấy các tác nhân electrophil sẽ ưu tiên tấn công vào vị trí 4 và 6 ÔN —€N— G2 4
Sự tính toán bởi cơ học lượng tử cho việc phân bố electron vào cả vòng
thiazol và benzothiazol đều đưa ra các dạng cộng hưởng trên và đều được quan
sát bởi thực nghiệm
Tuy nhiên các tác nhân electrophil thường ưu tiên tấn công vị trí 6 hơn vị trí 4 Điếu đó được giải thích như sau:
+vi trí 4 gin N ma yN > xS
+khoảng cách từ S đến C, > khoảng cách từ N đến Cạ
Mặc khác do trên N còn có đôi điện tử tự do cho nên nó sẽ thể hiện tính
bazơ Và sẽ đễ dàng tạo muối trong môi trường axit mạnh do đó càng làm cho các tác nhân electrophil tấn công ở vị trí 6 hơn
I.2 Tổng hợp vòng benzothiazol:
Có nhiều khuynh hướng tạo hệ thống vòng benzothiazol và sự đóng vòng
xảy ra dể dàng với nhiều lọai hợp chất Tuy nhiên nhiều phản ứng thì không phố biến mặc dù chúng có thể cho hiệu xuất cao
Trang 10» S NỈ S | C S y © (C) N (A) (B) N à Jo Oem 8 UO C N (D) (E) (F) Thco kiểu A :
Đây là phương pháp sớm nhất và có giá trị nhất trong việc tổng hợp vòng
benzohiazol Phường di từ ö_aminothiophenol với một axit hữu cơ , một dẫn
xuất của axit hay một andehyde
Trang 11LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 10 SH k — NH S NA NH-G-NH, a C= NH, O a Ta có thể viết tổng quát như sau: H& Res i + OO cp it H,N 2 HẠN N
TừN phecnylthioamid dưới tác dụng của NaOH và xúc tác K;|Fe(CN}¿] hoặc qua hợp chất Liti theo phương pháp Jacobson"!
RM O Tà “eT [K,Fe(CN),] Oe |
S _R
N “
R : g6c hidrocacbon!® "| dan.xuat carboxyl !''-!?!
Trang 12Ở Việt Nam, tác giả !'"Ì đã tổng hợp 2_metylbenzothiazol trên cơ sở phan ting Jacobson:
N K.[Fe(CN) N
| „3 MỆT OH ae NaOH k È—cn,
II Các dẫn xuất của benzothiazol và ứng dụng của nó:
II.I Sự tấn công của các tác nhân electrophil và nucleophil vào vòng
benzothiazol tạo ra nhiều dẫn xuất của nó và những dẫn xuất này có vai trò
quan trong trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như trong y dược , phim ảnh, sản xuất cao su, trong phân tích định lượng các kim loại
Đối với những dẫn xuất có hoạt tính sinh học Bằng cách theo dõi tác
dụng của từng nhóm thế riêng rẻ vào vòng benzothiazol người ta thấy rằng việc
dưa thêm các nhóm thế hoặc khi kết hợp chúng có thể làm tăng hoạt tính sinh học của nó
Trong việc nghiên cứu các hợp chất chống khuẩn nhiều hợp chất bắt đấu từ benzothiazol và 2_mercaptobenzothiazol rồi axyl hóa hay ankyl hóa Thực nghiêm cho thấy các hợp chất này có tác dụng chống lại các loại khuẩn như Furasium, osuporium!'”! Cac tac gid cia ''! đã tổng hợp I số dẫn xuất peptidyl và amino axyl R:Tscyl, HCI S 6X D-NH-Y-R (I) N Y:L_valin, L_Valin Và các tác giả !""!đã tổng hợp ra các chất NH, Cyt Y cặn (Il)
khi cho benzothiazol_2_acrylic phản ứng vơi thiourea ta được dẫn xuất của benzothiazol rồi cho dẫn xuất này tiếp tục phẩn ứng với phenol hay dẫn xuất
của phenol ta được hợp chất
Trang 13
LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 12
Cr )-CH, - l— "
Khi cho benzothiazol tấc dụng với I số tác nhân Nu và E như: cho 2_metylbenzothiazol tác dụng với andehide, xetone anhideridaxit, phtalimid cho ra vài hợp chất dị vòng Cr 2 lt | ) 8 he ie i i (IV) Các chất (1), (ID, (UD, (IV) di được kiếm tra hoạt tính sinh học và kết quả chủ thấy chúng có tác dụng kháng khuẩn , kháng nấm rất tốt
Bên cạnh tính kháng khuẩn, kháng nấm , những hợp chất bắt đầu từ benzothiazol đặc biệt là các dẩn xuất piperazinebenzothiazol rất hữu ích trong việc điều trị bệnh dị ứng!'°! Những nghiên cứu mới nhất "! cho thay R7 R8 N R5 Se S r R9 R10
R1, R2: giống nhau hay khác nhau C¡ Cạ: ankyl, alkoxy
3, R4, R6: H; X ;OH; Cy Ce: alkyl, perylocroro alkyl R7,R8,RO RIO: X hay alkyl (C; C,)
RS: C,_ Cạ: ankyl, H
Những chất trên được tổng hợp và được thử nghiệm trong việc điều trị
các bệnh rối loạn về thần kinh như tâm thần phân liệt, sự rối loạn do sử dụng
thuốc an thần, đặc biệt là bệnh Alsheimer, bệnh mất trí nhớ ở người già
Trang 14Sor Hae R2 10
Dẫn xuất của benzothiazol có khả năng cho nhóm NO đã được tổng hợp
và thử hoạt tính chống tắc nghẽn mạch máu Một số chất trong dãy trên 6 néng
độ nhỏ hơn 10mol/l dã biểu hiện hoạt tính kìm hãm sự đông kết kết quả này đã được thứ nghiệm trên chuột
ih N
(Leno S
Năm 1995 tác giả cơng trình !'*Ì đã diều chế 2-(benzothiazol-2-yl)-N-
axetylaxetohidrazin có khả năng diệt nấm từ 2-aminothiophenol và N-
axctylcyanoaxetohiderazit với hiệu suất 80%
SH S
Ch + GH, -G-CH, -G -NH-NH, ———* Cr p-ch, Gone -NH,
dv § 8 N
H;
Qua những công trình nghiên cứu các nhà khoa học thấy rằng nhóm
_ CH=N_, còn gọi là các azometyl hay bazơshiff làm cho hợp chất hữu cơ có
hoạt tính kháng khuẩn mạnh và giúp cho hợp chất hữu cơ có khả năng tạo phức với một số kim loại Chính những ứng dụng quan trọng này của azometyl , hàng loạt công trình nghiên cứu về azometyl benzothiazol đã được ra đời Có thể kể một vài công trình như sau:
Hamer, tác giả của công trình 2?! đã đị từ 2_focmylbenzothiazol và
amin thơm đã tổng hợp azometyl có công thức Hr _ CH=H_CạH, R;
R :p_N(CH3)2, H
N
~CH=N-C,H,~R
S
Tác giả của công trình !l đã diều chế azometyl benzothiazol có nhóm OH ở vòng benzen, tạo ra hàng loạt sản phẩm có khả năng tạo phức
Trang 15LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 14
Từ 2_focmylbenzothiazol, 2_amiinobenzothiazol và mộy số amin thơm ,
một số tác giả Nhật Bản!”! đã điều chế các azometyl có công thức như sau OH N HN OH Ầ H= N on Je O + Xà ———ny CL CHEN- S
Các nghiên cứu này đã dẫn đến kết luận các azometyl này dễ tạo phức màu với
cdc ion kim loai nhu Mn, Cu, Zn, Ag Từ 2 aminobenzothiazol và 2_hidroxy_3,5_dibrombenzandehide, Pachccol?! đã tổng hợp các azometyl và nghiên cứu hoạt tính trừ nấm của chúng CHO 7 Ca; HH, + ce Cr OH 2n« ——~ [TS -cren Aver Br Br S Br
Tại Viêt Nam cũng có một số tác giả quan tâm đến việc tổng hợp các azometin benzothiazol Tác giả cơng trình 2Ì đã tổng hợp 1 đãy azometin xuất phát từ 2_amino benzothiazol Và trong luận án PTS của tác giả!” đã tổng hợp
và nghiên cứu một số azometyl là dẫn xuất của benzothiazol
N
CL \\-CH=N-C,H,-R S
R =H,OH,OCH;, Cl, NO,, N(CH.);
Trong số các chất đã tổng hợp trên có một chất có tác dụng kháng khuẩn
, kháng nấm, một số khác có khả năng tạo phức với kim loại đã được tác giả nghiên cứu kĩ Các sản phẩm trên dựa trên phẳn ứng ngưng tụ giữa andehide và
amin , thực nghiêm thấy các phẩn ứng ngưng tụ trên diễn ra với hiệu suất cao từ 50-80%
Trang 16
Nếu đi từ hidrazin và andehide, xeton to cũng thu được các hidrazon có nhóm _ CH=N trong phân tử
11.2 Trong các dẫn xuất của benzothiazol có 2_MBT (2 Mercaptobenzothiazol)
Đây là một dẫn xuất của benzothiazol thế ở vị trí thứ 2, một chất được sử
dụng nhiều với vai trò là chất đầu cho việc tổng hợp các dãy chất phức tạp khác trong nhiều công trình nghiên cứu những năm gần đây
11.2.1.1éng hgp 2 mercaptobenzothiazol:
2_mercaptobenzothiazol (2_MBT) còn có tên công nghiệp là kaptax, Vulcavit, thiotax là một chất bột mịn màu vàng sáng có mùi vị đắng t°C nóng
cháy khoảng 184 đến I85"C
Nó thường được dùng làm chất xúc tiến cho quá trình lưu hóa cao su Đã
dược tổng hợp nhiều ở quy mô công nghiệp
Trong paten ở Mỹ, người ta đã tổng hợp 2_MBT ở quy mô công nghiệp
với hiệu suất rất caol?ŠÏ :76%
N
CL + cs, + s—- (si + OH,
NH 2 Ss
Người ta cũng điều chế 2_MBT bằng cách đun N aryldithiacarmates
Trang 17LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 16 (CH,), N S ——— + CL à_~ SH S Phản ứng này được xảy ra trong dung môi ancol
Một hướng khác cũng được dùng để tổng hợp 2 MBT : cho
o_nitroarylhalide tác dụng với hổn hợp CS;, NaHS
oa CS, hay CSCI, os; SH `M, S 2 MBT còn được điều chế từ sự thay thế nhóm ở vị trí số 2 của benzothiazol Nhu S | N Cy Co N S
Tuy nhiên các quá trình điều chế 2_MBT trên có thể thất bại đồng thời đa số phải bắt đầu từ những chất mắc tiền Vì thế nó không được ứng dụng rộng
rải
Hiện nay nguồn 2_MBT được lấy từ chất bột vàng lưu hóa cao su được
bán rộng rãi trên thị trường còn gọi là 2_MBT kỹ thuật
Với kích thước phân tử lớn 2MBT có thể là chất đầu tốt cho nhiều chuỗi các chất khác nhau mà nếu đi từ các dị vòng khác sẽ là tốn kém và khó xảy ra
II.2.2.Cấu tạo của 2_MBT:
Việc phân tích phổ IR và NMR đều cho thấy 2_MBT tổn tại chủ yếu
dạng thion
Trong dung dịch vẫn tổn tại dạng cân bằng hổ biến
Cie —- Cc
Những dữ kiện về tia X trên trạng thái rắn của 2_MBT cho thấy 2_MBT
vẫn tổn tại dạng hổ biến do có liên kết hidro hình thành
I27|
Trang 18
a
If
Kết quả này có được do sự đo momen lưỡng cực
2_MBT sẽ chịu sự tấn công của tác nhân E và Nu vào vòng thơm Bên
cạnh đó do có nhóm SH trong cấu tạo nên 2_MBT còn có tính chất đặc trưng của nhóm SH
SH gọi là tioancol hay Mercaptan !°'! Tioancol có tính axit mạnh hơn ancol tương ứng Đây là những axit yếu, dể dàng tan trong dung dịch kiểm, tác
dụng với kim lọai kiểm tạo mercaptit kiểm Ì°”Ì
Mercaptan dể bị ôxi hóa Dưới sự xuất hiện của những tác nhân oxi hóa nhẹ như H;O; trong môi trường trung tính hay sự có mặt của K;CrO;, NaOCl
sẽ tạo thành cầu đisunfua
CIS
Bên cạnh dể bị ôxi hóa , nhóm mercaptan ( SH) còn dể bị thay thế bởi
Trang 19LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 18
2_MBT được dùng làm chất đầu cho nhiều công trình nghiên cứu tác giả
D'Amico đã tổng hợp các chất có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực ^,¿ 132, 33,34] Vil Vidu: ay, oe co | x ET yo NZ | cH, (CH.)nCN CH,(CH,)nCOOH ay, ayy R C=O R C=O Lo l CH„—R, CH,~CN X = H, Halogen RI =2-, 3-, 4-pyridinyl
R=H, ankyl, halogen, CF¡, CN, OH,NO:¿ :n=O, 1, 2; m=l,2
Những chất này có tác dụng điều khiển đối với sự phát triển của thực vật
Tác giả ở công trình đã tổng hợp một loạt chất từ dạng thion với nhóm thế Ar CH=CH_ thông qua phản ứng Witig "|
99-98 lô,
ha 0H SOCI,_ Ch So -(C/HLP OL, \-0 so,
CH,CI CH,ERC,H,,CI CHECH-Ar
Trang 20S S % 94 11.2.3 Các dẫn xuất chứa nhóm azometyl của 2-MBT Di từ 2_MBT một số hợp chất có chứa nhóm _ CH=N_ cũng đã được tổng hợp Chủ yếu là các hidrazon nhựng hợp chất này đã được kiểm nghiệm là những hợp chất có hoạt tính kháng sinh tức: khả năng diệt khuẩn , diệt nấm
aw + 4 IG * ’ + 2 * # 4, ^ ,A
Nếu tác giả ''Ì đi từ benzothiazol có gắn nhóm NH; ở vị trí thứ 2 để tổng
, , ~ A # “# H 37, 38 ~Ă a
hựp các a⁄omecln như dã tình bày ở trên, thì các tác giả | I dai tông hợp qzometin nhưng đi từ dẫn xuất có chứa benzothiazol của hidrazin ¬ ait 7A A ` , 38 * Trước tiên là công trình của tác giả !'”! với các hidrazit, hidrazon: S ÉX )-S-CH,—C-NH-NH-C-NRR N ửỦ Zz | S Cr )-S-CH,-C-NH-N=CR,—C,H, N 6
Sau đó các tác giả trong nước cũng đã tiến hành tổng hợp các hidrazit,
hidrazon tương tự như Ì”*! nhưng phong phú về số lương các andchide , xeton
Trang 21LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 20
Với tác giả "| thi sé ludng san phẩm ngưng tụ nhiều hơn và đã quan tâm đến việc sử dụng các xeton dị vòng vào giai dọan ngưng tu
X=p CH;O;m_HO;p_ Br;
R= CH,
ae C O
Kết quả nghiên cứu của các công trình cho thấy một số chất trong dãy
trên có hoạt tính kháng vi sinh vật; có khả năng chống số số lọai khuẩn như P.acruginosa và F.oxyspoum ớ nỗng độ 50t:g/ml
II Cơ sở lý thuyết:
IH.1 Phan ting este hóa:
Este là sản phẩm thế nhóm OH của axit cacboxylic bằng nhóm ankoxi R'O
của ancol
**Phương pháp điều chế :
a) Từ clorua axit với ancol hay phenol:
RCOCI + HOR——————*RCOOR' +HCI
b) Từ anhideric axit với ancol hay phcnol
RCO2O + HOR: ——* RCOOR' + RCOOH (t b2) Ô
c) Từ xeten với ancol hay phenol:
CH;ạ=C=O + HOR' ———* CH;COOR: d)Từ axit cacboxylic và điazomêtan:
RCOOH + CHạN; ————* RCOOCH + N;
d) Từ muối bạc hay muối kiểm của axit cacboxylic và ankyl halogenua;
a RCOOAg + IR————*RCOOR, + Agl e) Tif nitrin va ancol;
RCN + HOR'— RCOOR:
[) Phương pháp quan trọng và được ứng dụng rộng rãi nhất là đi từ axit và ancol:
RCOOB, + HOR’ —* RCOOR + HO
Phẩn ứng trên là thuận nghịch, cơ chế của phản ứng xảy ra như sau:
|40|
Trang 22
R_C_OH + H => RCOH LI O OH + 7 + RCOH + ROH=—= RCOOR + HO ũ H 6) H H RCỞR === RCOR + H ~ tI |Ị H O
song song với phản ứng este còn có phan ứng thủy phân este axit vô cơ ( HạSOx, HCI khan) vừa là xúc tác cho quá trình este vừa là xúc tác cho quá trình
thủy phân nên quá trình este hóa xảyra với hiệu suất rất thấp Muốn tăng hiệu
suất tạo œste cân bằng phải chuyển dịch theo chiếu thuận, muốn vây ta phải tăng _ nỗng_ độ của hai chất còn lai hay tách sản phẩm ra bằng phương pháp chưng cất, và phải đun nóng để tăng tốc độ phản ứng III.2 Phần ứng ngưng tụ: !*"?!l Phản ứng ngưng tụ giữa andehide hay xeton với các amin cho ra sản phẩm có chứa nhóm chức _ CH=N_ Phản ứng tổng quát : R_CHO + R'NH, —~» _CH=z=N_R'` +H;O R, R,: ankyl, aryl Cơ chế phản ứng giữa andehide và amin sậc một diễn ra theo sơ đồ tổng quát sau: (1) RCHO + H,N_R————* R_CH_NH,” R’ (2) kk CH_NH,"_R’? ——————» _ R_CH=N_R’ - Hạ0 Phản ứng ngưng tụ gồm hai giai đoạn:
+giai doan l: cộng hợp nucleophil vào nhóm cacbonyl + giai đoạn 2: tách loại phân tử nước tạo nhóm _ CH=N
Trang 23LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP Trang 22
Tốc độ phản ứng phụ thuộc hiệu ứng không gian và bản chất nhóm thế nối với nhóm cacbonyl **Khi dang xúc tác là axit cơ chế phản ứng: : + + R'NH + _ RcH=-0 + Ht t& Re chon = + RCH RHR —H- + + H -H,O - R_CH_NHR’ RCH NHR ==2= R_CH=NHR' =—=R_CH=N R’ OH +4 2 **#khi dùng xúc tác là bazơ, cơ chế phản ứng được biểu diễn như sau: + RNH; R R_C_R' _RINH, „ R CR Se hà » ae he gi
hai giai đoạn tấn công nucleophil và tách nước ở trên phụ thuộc nhóm thế thco quy luật khác nhau.:
trong môi trường trung tính, tốc độ cộng hợp nucleophil tăng khi có
nhóm thế hút điện tử NO;, CI, Br ) ở trong nhân thơm của andehide và giảm
đi khi có mặt các nhóm thế đẩy điện ti (CH;, OCH;, OH ) còn tốc độ
hiderat hóa thì phụ thuộc nhóm thế theo chiều ngược lại
Vì vậy tốc độ của toàn bộ phản ứng trong môi trường trung tính ít phụ thuộc
vào bản chất nhóm thế
Trong môi trường axit tốc độ phản ứng lại tămg lên khi trong nhân thơm
có nhóm thế rút điện tử vì khi đó giai đoạn cộng hợp nucleophil chậm hơn
giai đoạn hiderat hóa.Nếu tốc độ cộng hợp nucleophil và đehiderat hóa bằng nhau thì khi đưa các nhóm thế đẩy điện tử vào nhân thơm andchide sẽ làm
tăng tốc độ hiderat hóa và làm giảm tốc độ cộng hợp nucleophil
Khi đó giai đoạn I: là giai đoạn chậm, quyết định tốc độ phản ứng và bị ảnh hưởng của các nhóm thế có p lớn
Ngược lại với những nhóm thế hút điện tử, tốc độ cộng hợp tăng lên, tốc
độ dehiderat hóa giẩm đi và trở thành giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng,
khi đó ảnh hưởng của nhóm thế đến tốc độ phản
ứng không đáng kể
Trang 24
*Nếu cho các andehide và xeton tác dụng với hidrazin hay dẫn xuất của
hidrazin thi ta thu được các azometin , khi đó chúng có tên gọi là hidrazon
tùy thuộc dẫn xuất hidrazin và andehide, xeton sử dụng mà ta thu được các
sản phẩm tạo thành khác nhau
e phương pháp tổng hợp hidrazon:
Nếu hidrazon được tổng hợp bằng cách cho andehide thơm tác dụng với
hidrazin trong môi trường kiểm thì sản phẩm thu được kém bên , dể dàng tách N; tạo hidrocacbon thơm Theo sơ đồ sau: ArtCHO_ + NH; NH, ———* Ar_CH; + Nạ Cu chế phản ứng : Wy | -H,O Ar CHO +H,N_NH, ———» Ar_C_N_NH, —» ArCH=N_NH, ~H H -OH _ _ +HT | -N, ——> [Ar C=N_NH——->Ar_C_N=NH J<—£ Ar C_N=NH —~ Ar_CH, 4 er
Vì thế để tổng hợp hidrazon người ta thường cho andehide thơm tác dụng
với các dẫn xuất của hidrazin trong điều kiện xúc tác, nhiệt độ thích hợp Sơ đồ: Hy R,CHO_ +H,N_NH R———> R,C7N_NH_R — OH Rạ H_NH_NH_R —-ĐH; „R._CH=N_NH_R OH H
Trang 25LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 24 Do đó các phản ứng thường tiến hành trong môi trường kiểm để bảo tồn đơi điện tử trên nitd trong hidrazin
Xúc tác thường sử dụng là CH;COONGa, hay piperidin
Trang 26
THỰC NGHIÊM
Trang 28
II.Tiến hành tổng hợp:
H.E Tỉnh chế 2_Mereaptobenzothiazol từ 2_MBT kỷ thuật:
[00g 2_mercaptobenzothiazol kỹ thuật được hòa tan trong 2 lit nước
Khuấy và đun ở 85-90"C Vừa đun vừa cho 75-80 ml dung dịch NH; 26% Trong quá trình dun vớt những váng bọt bẩn trên mặt Sau khi cho hết NH;¿ vào thì cho
tiếp từ từ 4 - 4,5 ml H;O; 30% được hòa tan trong 50 mÏ nước nóng, ta sẽ thấy
dung dịch màu vàng sáng Vớt hết chất bẩn nổi trên mặt nổi Thêm vào 5g
than hoạt tính dun đến sôi Để hơi nguội lọc nóng Thêm vào dung dịch lọc nước nóng cho đủ 3.6 | Đun sôi, cho 4g Na;SO; Sau đó cho 75ml CH;COOH
trong 200ml H;O, kết tủa tách ra Lọc lấy kết tủa Đó chính là 2_MBT, có dạng
hình kim màu trắng Hiệu suất: 59%
**#Tịnh chế 2_MBT tinh khiết bằng benzen:
Lấy 5g 2_MBT trên cho vào 125mlIC;H;OH tuyệt đối đã được đưn sôi
Khi dó chất bẩn sẽ được tách ra Ta lọc nóng, nước lọc thu được cho thêm vao250ml benzen trong 500ml nước nóng 70°c Khoa6ly, sau đó để yên cho chất bẩn tách ra Lọc nóng, để yên 2_MBT tỉnh khiết tách ra Nó có màu trắng
muốt mếm như bông gòn TC nóng chảy: 181-183°C Tần số dao động của phổ hồng ngọai: *Vòng 6 cạnh: *vòng 5 cạnh: Vou =3] I0, 3075, 3039 VN_H 3410 Veec 1495,1455,1425 Vvc.s 1075 Šc_ 751
11.2 Tổng hợp axit (benzothiazol-2-ylthio) axetic:
Hoa tan 2,5g (0,015mol) 2_MBT trong 25 ml dung dịch Na;CO¿ 10% vào binh céu 100 ml Cho vào đó dung dich 1,5g (0,015 mol0 CICH,COOH trong 20 ml dung dich NazCO 10% Đun cách thủy hổn hợp trên trong vòng 2 giờ Làm
nguội dung dịch sẽ có kết tủa trắng tách ra, hòa tan kết tủa trắng hoàn toàn
bằng nước cất Axit hóa bằng dung dịch HCI20% đến pH=3 Sản phẩm tách ra ở dạng bột trắng Lọc và rửa kết tủa nhiều lần bằng nước , Kết tỉnh trong etanol —
Trang 29LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 48
11.3 Điều chế metyl(benzothiazol 2- ythiol)axetat:
Hoa tan 1,125 (5.10-3 mol) axit (benzothiazol-2-ylthio) axetic vao 20 ml CH,OH trong binh cau Nhỏ 0,5 ml H2SO, dac vao, thém đá bọt, lắp ống sinh
hàn hồi lưu Dun trye tiép uén bép ti 7 — 9 giờ Cất đuổi bớt rượu, trung hòa axit dự bằng Na;COy đến khi giấy chỉ thị không thay đổi màu, làm lạnh bằng nước đá có kết tủa trắng sinh ra Lọc và rủa kết tủa nhiêu lần bằng nước cất Kết tỉnh trong cuanol-nước =l:1 thu được tỉnh thể hình vẩy, màu trắng Hiệu quất 39 5%, T€ nóng chảy: 79- 8§0°C *Vòng 6 cạnh: *Nhóm chức: Vo 1p = 3062, 2985, 2935 Vveeo — 1720-1750 Vese 1458, 1429 6c 1 =755
11.4 Diéu ch€ (benzothiazol-2-ythio) axetyl hidrazin:
Hoa tan hét 0,5g (0,002 mol) metyl (benzothiazol- 2-ythioOaxetat vao 20ml CHẠOH trong bình cầu Cho vào đó 0,14ml NH;NH; 80% (khoảng chừng 4 giọ0 Thêm đá bọt, lắp ống sinh hàn hồi lưu Đun cách thủy , canh nhiệt độ ở
75"C-80°C trong 8 giờ ( nếu có máy khuấy có thể dùng máy khuấy) cất đuổi bớt rượu sản phẩm thu được để nguội từ từ , sản phẩm tách ra ở dạng rắn, hình kim, màu trắng Lọc và rửa kết tủa nhiều lần bằng nước Kết tỉnh lại trong
ctanol thu được tinh thé hình kim màu trắng Hiệu suất : 88,35% TC nóng chảy: 173,5°C - 174,9°C *Vòng 6 cạnh: Šc 1H = 754 VG | = 3050 VN_H = 3283 Vczc = *Nhóm chức: 1533,1460,1428 v_c-o =l646
11.5 Ngung ty (benzothiazol-2-ythio) axctyl hidrazin với benzandchit;
Hoa tan 05g (0,002 mol) vào 20ml CHẠOH trong bình cầu Cho vào đó 0,21 mÍ
bcnzandehide (0,002 mol)( khỏang chừng 5 giọt) cho thêm đá bọt, lắp ống sinh
Trang 3011.6 Ngung tu (benzothiazol-2-ythio)axetylhidrazin vdi p_Cloro Benzandchide :
Hoa tan 0.5 g (0.002 mol) vào 20ml CH;:OH trong bình cầu Cho vào đó 2,81 (0,002 mol) p-clorobenzandehide Lắp ống sinh hàn hồi lưu, đun cách thủy trong 6 giờ Cất đuổi bớt CHOH ,Để nguội, sản phẩm tách ra ở dạng đóng
thành tảng Lọc lấy kết tủa Kết tỉnh trong etanol Hiệu suất 90% Tinh thể thu dược dạng vô định hình TC nóng chảy: 167,4-168,3°C *Vòng 6 cạnh: nhóm chức: Vou 3062 V_c=0 = 1679 Veec = 1464, 1457, 1427 V_w-cu = 1600 ŠC II = T112 V_cci= 752, 723
11.7 Ngưng tụ (benzothiazol-2-ythio)axetylhidrazin với furfural:
Hòa tàn 0,5 g (0,002 mol) vào 20ml CHIOH vào bình cầu cổ nhám Cho
vào đó Ú.I7( khỏang chừng 4 giọt =0,002 mol) furfural Lắp ống sinh hàn hồi
lưu, đun cách thủy trong 6 giờ Cất đuổi bớt metanol Để nguội từ từ , sản phẩm
Lách ra ở dạng rắn Lọc lấy kết tủa Kết tinh trong etanol Hiệu suất 75,7% Sản
phẩm sau khi kết tỉnh ở dạng tỉnh thể hình kim , màu vàng xám, có ánh kim T°C nóng chay: 155,3-156,5°C Vou = 3057 V CeO =1675 Vco-c = 1461, 1426 VoN=CH = 1617 oc _H = 756 VeC.H = 3057 *Nhóm chức: 11.8 Ngưng tụ (benzothiazol-2-ythio)axetylhidrazin với thiophen _2_ carbaldchide:
Hòa tan 0,5 g (0,002 mol) C4 vào 20ml CHOH vào bình cầu cổ nhám Cho vào đó 0.18 ml (0,002 mol ) (khỏang chừng 4 giọt )Thiophen-2-
carbaldehide Lấp ống sinh hàn hồi lưu, đun cách thủy trong 6 giờ Làm lạnh ,
sản phẩm tách ra ở dạng rắn Lọc lấy kết tủa Kết tỉnh trong etanol Hiệu suất
Trang 31LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 29
Il Nghiên cứu cấu tạo và tính chất:
III.I Nhiệt độ nóng chảy:
Trang 32KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN
Trang 33
LUAN VAN TOT NGHIEP Trang 31
I Tổng hợp:
Khi tỉnh chế 2_MBT từ 2_MBT kỷ thuật, trong quá trình vớt những chất
bẩn đó thì đồng thời cũng mất 2_MBT do 2_MBT sinh ra cũng được tạo thành váng nổi lên trên mặt Kinh nghiệm cho chúng tôi thấy những chất bẩn sẽ tạo thành những váng dầu Vì thế khi nào thấy váng nổi trên mặt không phải là N váng dầu thì khi đó ta tiến hành lọc Khi cho HO; vào nên cho từ từ; bởi ta biết
H;O; là chất ôxi hóa mạnh, việc cho H;O; vào dùng dé 6xi hóa chất bẩn Tuy
nhiên nếu cho H;O; vào một lần với nồng độ lớn như vậy sẽ ôxi hóa cả vòng
benzothiazol Vì thế cần phải pha loãng lượng nhỏ
Trong quá trình điều chế C2 từ CI và CICH;COOH, Thực chat day 14 phan ứng thế S„; Như trên đã trình bày _SH là một axit yếu Vì thế ta phải cho Na;CO¿ vào đỂ tăng cường tính Nu của CI 5 S 1X + MmớS -—- (Ts + nate, N N CICH,COOH + Na,CO, ————>CICH,COONa S CICH,COON COONa
Cs e2 CL, p-SCH, COONa CT Lang COOH
Trong quá trình tổng hợp este, theo tôi cần phải khống chế nhiệt độ
Đừng để to quá cao bởi khi đó cùng với sự có mặt của chất ôxi hóa mạnh là
H;SO, thì vòng sẽ bị phá vỡ tạo thành những giọt dầu benzen mà thực nghiệm chúng tôi đã thu được Khi bỏ este ra chúng tôi thu được mùi rất khó chịu có thể là do vòng benzothiazol bị phá vỡ , cũng có thể do tạo thioeter dựa trên phản
ứng thế Và đa số thioeter có mùi rất khó chịu Với công thức cấu tạo:
S
CL )-SCH, N
Việc thu este sau 8 tiếng phản ứng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của phản
ứng cstc Nếu cho nhiều Na;CO; thì sẽ thủy phân hết cste Vì thế cần kiểm tra
môi trường cẩn thận
CH;OH vừa đóng vai trò tác nhân phản ứng vừa đóng vai trò làm dung môi vì
thế cần dùng dư Phản ứng este luôn cho hiệu suất thấp đun từ 8 đến 9 giờ tuy
nhiên hiệu suất cũng chỉ từ 30-39.5%
Trong quá trình tạo hiderazit, CH:OH cũng đóng vai trò làm dung môi, đồng thời sản phẩm cũng tan trong dung môi Do đó cần cất đuổi CH:OH trước
Trang 34
khi làm nguội sản phẩm Cơ chế của quá trình này cũng giống như quá trình
thúy phân este trong môi trường kiểm Ở đây OH_ được thay bằng NH;_NH; Na NH Ss %8 a986 N + O NH— NH, S | S 6X 2-SCH,C—OMe on 2-SCH,C—NH —NH, + CH, N OT N O
Khi ngưng tụ, như trên đã trình bày quá trình ngưng tụ được tiến hành trong môi trường bazơ tuy nhiên điều đó chỉ cần khi đôi điện tử trên NH; kém linh động trong trường hợp này đội điện tử trên Nitơ còn lại trong hidrazin hòin toàn tự do cho nên ta không cần thiết xúc tác CHạCOONa Trong quá trình tiến hành phản ứng ngưng tụ ta dùng dung môi là CHOH nó cũng tạo môi
Irường bazơ yếu
Cơ chế phản ứng tạo hidrazon: S S Cr )-SCH,C—NH —NH, + Ar-CH=o Thanh Cx Paci arcl- N a N Ỗ : Xem —NH-NH-CH-Ar ——> su MeMeoee —_-x- “đè Ss _Ay H+ s - CL eon ge — COL sg nrg H 2 S Co )-sch, pe — Nee CHAS ee )-SCH,C—NH~N=CH-At +H 2 n 0
CH;OH trong phản ứng ngưng tụ vừa là chất xúc tác vừa là dung môi nên ta phải dư Những sản phẩm thu được do đi từ dẫn xuất của hidrazin nên được gọi là các hidrazon Khi ngưng tụ với thiofen _2_carbardehide và Furfuran nếu cho quá nhiều 2 chất trên thì sản phẩm sinh ra sẽ có màu không đúng Do đó
cần phài kết tỉnh bằng than hoạt tính
Trang 36
II.Nghiên cứu cấu tạo và tính chất của các chất:
1IL.1 Nhiệt độ nóng chảy:
Nhiệt độ nóng chảy của các chất phụ thuộc vào khối lượng phân tử, lực tương tác giữa các phân tử , và liên kết hidro liên phân tử hay nội phân tử
Trong các chất đã tổng hợp được CI có nhiệt độ nóng chảy cao điều đó có thể
uiải thích do giữa các phan tt Cl có liên kết hidro nhị phân tử :
“hư
Axit cũng có nhiệt độ cao tuy nhiên thấp so với Cl có thể do trong phân
tử axit có liên kết hidro nội phân tử,
XS, 2
No “do
"xử:
Chính liên kết hidro nội phân tử này làm cho phân tử axit có kích thước cổng
kênh hơn, vì thế làm cho các phân tử CI sắp xếp không chặt khít
Khi chuyển qua este OH được thay bởi CH; làm mất liên kết hidro giữa các phân tử điều đó làm giảm nhiệt độ nóng chảy của este một cách đột ngột
Hiderazit có nhiệt độ tăng cao so với axit lại do sự tạo thành liên kết hidro liên phân tử giữa các phân tử C4 Khi ngưng tụ với các andehide phân tử
trở nên cổng kéng H ở Nitơ mất đi làm mất liên kết hidro giữa các phân tử Tuy
nhiên nhiệt độ của các chất C5_C§ vẫn cao chính là do sư gia tăng về khối
lượng phân tử
II.2 Hấp thụ hồng ngọai của các chất tổng hợp:
Phổ hồng ngọai của các chất nghiên cứu đều được ghi trong vùng từ
4000-400 em‘, trong cùng diều kiện là mẫu được ép viên với KBi Phổ được trình bày ở các hình I-8 Một số vân hấp thụ cơ bản thể hiện các nhóm chức đặc trưng được phi trong bảng
Phổ hồng ngọai CI xuất hiện pic vụ ¡i = 3410 cm” cho thấy 2_MBT tôn
tại chủ yếu dạng thion Trên phổ của C2 vẹ.o =1713 cm 'cho thấy đã có sự gắn
axit vào và tần số hấp thụ đó ứng với sự tổn tại của dạng dime của axit Đối với
Trang 37
LUAN VAN TOF NGHIEP Trang 35
phổ của C3 chúng tôi thấy C=O đã chuyển về bước sóng ngắn với cường độ manh hon , điều đó có thể giải thích sự thay thế OH bằng CH¡ làm mất hiệu ứng
+C Đối với C4 phổ IR của nó đã xuất hiện pic 3283 cm'' ứng với sự có mặt của
NH; trong phân tử tuy nhiên nó thấp so với lý thuyết là do có sự tạo thành liên kết hidro giữa các phân tử Khi chuyển từ C4 đến C5-C8 pic của NH; đã biến
mit cho tha NH; đã ngưng tụ với CHO trên phổ chúng tôi còn thấy C=O trong
C5-C8 chuyển về bước sóng ngắn thích ứng với việc nhóm CHEN sinh ra đã
làm gidam sự phân cực của liên kết C=O
Trong 2 sản phẩm ngưng tụ có chứa dị vòng C7-C8, trên phổ của chúng tôi thấy xuất hiện nhiều pic lạ so với các sản phẩm ngưng tụ khác; theo lý
thuyết !“ trong các dị vòng như thiophen và furan thì tân số dao động hóa trị
cia C-H (3124-3164 cm-l; 3093-2996cm-l) gần bằng so với vòng benzen(
3100-3000 em-1) cho thấy khó xác định phổ chính xác từng dao động riêng của
các vòng , tuy nhiên trên phổ của C7-C§ tại vùng dao dộng của C-H xuất hiện nhiểu pic so với C5, C6 cho có sự xuất hiện của C-H khác bên cạnh C-H của benzen Hi vong trong thời gian tới nếu có diều kiện em sẽ xem xét kỹ tới phổ của các dị vòng này
Và phổ IR trong tất cả các chất tổng hợp được diều xuất hiện các pic ứng
với sự dao động của vòng thơm v c«c :1406-1594 cm”; và tân số dao động biến
dạng của C_H vòng thơm 752-758 cm `
III Hấp thụ tử ngoại của các chất nghiên cứu:
Chúng tôi đã tiến hành chụp tử ngoại của các chất từ C4 — C8 Ở vùng tử ngoại , chúng tôi thấy các chất nghiên cứu C4, C7, C8 điều có hai vân hấp thụ,
hai vân này dường như rất íL thay đổi theo cấu trúc thể hiện ở 198 và 220, theo
chúng tôi đó là do sự chuyén mite n —p» m* của vòng benzothiazol, riêng ở 2
chất C6, C5 không hiện pic trên Theo chúng tôi có thể do sự che lấp các đỉnh Còn ở C7, C8 xuất hiện nhiều pic hơn có thể do sự chuyển nm _, ®* ở các vòng furan va thiophen
Trang 38
Bang 2 Một số tân số cơ bắn trên phổ hồng ngọai