(Luận văn thạc sĩ) tổng hợp 1 (3,4 dimethoxyphenyl) 3 (8 hydroxyquinoline 5 yl)prop 2 en 1 one và 1 (4 hydroxy 3 nitrophenyl) 3 (8 hydroxyquinoline 5 yl)prop 2 en 1 one

TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẢN ỨNG THẾ ELECTROPHILE Ở NHÂN THƠM

1.1 Khảo sát phản ứng thế electrophile vào nhân thơm [S E (Ar)]

Vòng thơm (benzene, napthalene, azulene, pyrrol, …) là vòng liên hợp kín rất bền vững và có năng lượng thơm hóa khá lớn (benzene 36 kcal/mol; napthalene 61 kcal/mol…) Vì vậy, đối với một hợp chất thơm, phản ứng thế dễ xảy ra hơn phản ứng cộng, vì phản ứng cộng phá vỡ hệ thơm.

Các phản ứng thế ở nhân thơm có thể là: thế electrophile SE(Ar), thế nucleophile SN(Ar) hoặc thế gốc SR(Ar).

Do mật độ electron cao trên vòng thơm nên các vòng này rất dễ tương tác với tác nhân ái điện (electrophile) Vì thế, phản ứng thế điện li là phản ứng đặc trưng và phổ biến nhất của hợp chất thơm.

Xét về mặt lý thuyết, phản ứng giữa chất thơm ArH và tác nhân electrophile E + tạo ra sản phẩn ArE và H + có thể xảy ra theo 3 cơ chế:

 Cơ chế 1: cơ chế 1 giai đoạn tương tự cơ chế SN2:

 Cơ chế 2: cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử, tương tự cơ chế SN1:

 Cơ chế 3: cơ chế 2 giai đoạn lưỡng phân tử (cơ chế phức Y)

SVTH : NGUYỄN THỊ MINH THƯ TRANG 7

Các kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng hầu hết các phản ứng thế electrophile ở nhân thơm đều xảy ra theo “cơ chế phức Y”.

1.1.3 Tìm hiểu “cơ chế phức σ””

- Phản ứng đòi hỏi xúc tác thường là acid proton mạnh như H2SO4 hay acid Lewis dạng halogenua kim loại như AlCl3, FeBr3, ZnBr2…

- Phản ứng diễn ra theo cùng một con đường

- Phản ứng bắt đầu bởi chất xúc tác tương tác với tác nhân phản ứng tạo tác nhân electrophile thường là các cation E +

- Tác nhân electrophile (cation E + hay đầu mang điện tích dương của liên kết phân cực mạnh) tấn công vào hệ thống electron π thơm, kết quả là tạo phức Y không thơm.

Proton bị thế tách ra và tạo hợp chất thơm có mặt của nhóm mới tấn công vào:

Tấn công của tác nhân

 Hai giai đoạn của phản ứng

Ngoại trừ phản ứng sunfo hóa, các phản ứng theo cơ chế này thông thường qua 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: thường xảy ra chậm và tạo phức Y trung gian

Phức Y được an định bởi cộng hưởng và điện tích dương phân bố trên ba của năm obitan p nhưng kém bền hơn aren vì đã mất tính thơm.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG

- Giai đoạn 2: phức Y loại nhanh 1 proton H + tạo sản phẩm.

Thực tế, hợp chất thơm và tiểu phân electrophile có khả năng tạo phức yếu hơn phức Y Phức yếu này gọi là phức π Trong phức π, hệ thống electron π tham gia như là chất cho electron còn tác nhân electrophin là chất nhận electron Sự tạo thành và phân ly phức π rất nhanh, không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cũng như bản chất của chất tạo thành. thế năng

E H phức π2 tiến trình phản ứng

Ta sẽ tìm hiểu phức π1 và phức π2 ở phần sau (sự phân lập phức Y) Trong phản ứng SE(Ar), giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng là giai đoạn 1, tác nhân E + thiếu electron tấn công vào hệ thống thơm giàu electron của nhân Do đó, khi vòng benzene có nhóm đẩy electron làm tăng mật độ electron trong nhân thì tốc độ phản ứng SE(Ar) sẽ tăng và ngược lại nhóm rút electron làm tốc độ phản ứng giảm.

 Xác nhận sự hình thành E +

Bằng nhiều phương pháp khác nhau, người ta đã chứng minh được sự có mặt của E + như NO2 +

Ví dụ như sự hình thành NO2 + trong phản ứng nitro hóa đã được chứng minh bằng phương pháp nghiệm lạnh, bằng phổ Raman, bằng động học và bằng cả cách tách riêng muối nitroni.

Phức Y là sản phẩm trung gian không bền của phản ứng thế, là một cation vòng chưa no, trong đó 4 electron π phân bố ở 5 nguyên tử cacbon, còn nguyên tử cacbon thứ sáu thì ở trạng thái lai hóa sp 3 có cấu tạo tứ diện:

Ta có thể mô tả cấu tạo của phức Y bằng công thức sau:

Sự tạo thành phức có sự thay đổi trạng thái lai hóa từ Csp 2 sang Csp 3 nên đã phá hủy tính thơm của nhân benzene, do đó giai đoạn này thu nhiệt.

Theo tính toán của cơ lượng tử thì:

- Năng lượng liên hợp của phức Y là 26 kcal/mol

- Năng lượng liên hợp của nhân benzene là 36 kcal/mol => Suy ra: phản ứng thế cần năng lượng khoảng 10 kcal/mol

Khi tạo thành phức Y, phức đó có thể bền vững theo hai hướng khác nhau:

- Cộng anion Y - để tạo thành hệ thống cyclohexadiene (I) có năng lượng liên hợp khoảng 3,5 kcal/mol.

- Tách proton để tạo hệ liên hợp thơm (II) có năng lượng liên hợp khoảng

 Xác nhận sự hình thành phức σ bằng cách nghiên cứu hiệu ứng đồng vị học:

Biện luận về 3 cơ chế lý thuyết nêu trên, ta thấy:

- Nếu proton bị tách ra trước khi tác nhân E + tác kích vào vòng thơm (cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử).

- Nếu cả 2 quá trình đó xảy ra (cơ chế 1 giai đoạn) thì phải có hiệu ứng đồng vị học nghĩa là hợp chất thơm đã được detori hóa hay triti hóa sẽ tham gia phản ứng có tốc độ nhỏ hơn so với hợp chất thơm không chứa hidro đồng vị vì bước phân cắt liên kết C–H quyết định tốc độ chung của phản ứng.

- Nếu liên kết C–H không bị cắt đứt ở giai đoạn quyết định tốc độ chung (cơ chế phức Y) thì sẽ không thấy hiệu ứng đồng vị.

- Thực nghiệm cho thấy, các phản ứng thế electrophile ở nhân thơm không cho hiệu ứng đồng vị.

Ví dụ: nitro hóa C6H5NO2 và C6D5NO2 không thấy có sự khác nhau về tốc độ phản ứng.

Như vậy: các phản ứng thế electrophile ở nhân thơm xảy ra theo cơ chế

2 giai đoạn lưỡng phân tử hay “cơ chế phức Y” hay “cơ chế SE(Ar)”.

 Sự chuyển hóa của phức σ:

Trong phức Y, electrophile liên kết ở vị trí xác định của nhân benzene, ở đó cacbon có mật độ electron lớn hơn và sự tạo thành phức Y có thể thuận nghịch.

Sự chuyển hóa phức Y cũng có thể là thuận nghịch phụ thuộc vào sự dễ dàng tách electrophile hay tách proton Phức Y cũng có thể cộng hợp với nucleophile để tạo thành sản phẩn cộng diene:

Sơ đồ năng lượng chuyển hóa phức σ thành sản phẩm cho thấy đa số phản ứng xảy ra qua quá trình tách proton, do quá trình này đòi hỏi năng lượng thấp hơn cộng nucleophile Tuy nhiên, cũng có phản ứng mà sản phẩm hình thành là sản phẩm công nucleophile khi tác nhân nucleophile đóng vai trò chủ đạo.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG nucleophile là tác nhân mạnh và hiệu ứng nhiệt của phản ứng tái thơm hóa không lớn Chẳng hạn nitro hóa anthracene trong alcol:

Phản ứng xảy ra sự tạo thành sản phẩm cộng vì khuynh hướng tái tạo hệ thơm anthracene không lớn do nhiệt giải phóng ra nhỏ.

Khi nghiên cứu hầu hết các phản ứng thế electrophile vào nhân thơm, cho thấy có tính tương quan giữa tốc độ thế và tính ổn định của phức, hay nói cách khác tính bền của phức Y quyết định tốc độ của phản ứng SE.

 Sự phân lập phức σ trung gian

Người ta đã phân lập được phức Y sinh ra trong quá trình thế electrophile. Đây là bằng chứng cho cơ chế.

Ví dụ: Cho fluoroethane tác dụng với mezithylene ở –80 o C có mặt BF3 làm xúc tác người ta thu được phức (I) Phức (I) là một chất rắn, nóng chảy ở –

15 o C, khi đun nó chuyển ngay thành sản phẩm (II):

Trên đây ta mới chỉ đề cập tới sự hình thành phức Y Thực ra trong phản ứng thế electrophile ở nhân thơm còn có hình thành phức π trước và sau khi tạo thành phức Y.

Trong nhiều trường hợp, để đơn giản hóa vấn đề người ta có thể bỏ qua không trình bày các bước tạo thành phức π nhất là phức π2.

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng thế electrophin trong vòng thơm [4][6][17][18]

1.2.1 Ảnh hưởng của cấu trúc chất ban đầu

Về khả năng phản ứng, mật độ electron nói chung trong nhân benzene càng lớn thì tác nhân E + càng dễ tấn công Do đó, các nhóm có hiệu ứng +I và +C làm tăng khả năng phản ứng, các nhóm thế –I và –C làm giảm khả năng phản ứng.

CÁC PHƯƠNG PHÁP FORMYL HÓA NHÂN THƠM

Để gắn –CHO vào nhân thơm với nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc bản chất của nhân thơm, tác nhân formyl hóa cũng như xúc tác.

Phản ứng Gattermann – Koch là phản ứng đưa trực tiếp nhóm – CHO vào nhân thơm mà tác nhân formyl hóa là formyl chloride.

Phản ứng là sự tương tác của hỗn hợp khí cacbonmonooxide (CO) và khí hydrogen chloride (HCl) với hidro cacbon thơm khi có mặt nhôm clorua

(AlCl3) và đồng (I) clorua (Cu2Cl2).

Dưới ảnh hưởng của xúc tác Cu2Cl2, CO và HCl sẽ hóa hợp tạo thành formyl chloride (HCOCl):

Formyl chloride khi có mặt AlCl3 sẽ có tác dụng với nhân thơm theo phản ứng Fieldel – Crafts:

Phương pháp Gattermann – Koch là một phương pháp thuận lợi để điều chế các andehyde đơn giản.

 Với dẫn xuất một lần thế của benzene như: ankyl benzene, biphenyl, florobenzene, clorobenzene thì nhóm –CHO sẽ thế vào vị trí para (bromobenzene và iodobenzene không phản ứng).

 Với dẫn xuất hai lần thế của benzene như o – cilene và p – cilene thì nhóm – CHO vào vị trí para còn p – cilene có sự đồng phân hóa.

 Với dẫn xuất ba lần thế của benzene như: mesithylene diisopropyltoluene thì cho các andehyde tương ứng mà không có sự đồng phân hóa:

 Napthalene bị formyl hóa khi dùng HF + BF3 làm xúc tác:

Phương pháp này không dùng để formyl hóa:

- Các phenol, các phenol ether ở áp suất thường: do Cu2Cl2 không tan trong hỗn hợp phản ứng.

- Các hợp chất dị vòng: do bị polymer hóa.

- Các diankylaminobenzene: do khi diankylbenzandehyde tạo thành tham gia phản ứng ngưng tụ.

2.1.4 Những cải tiến của phương pháp:

Gresham và Taber đã thay thế AlCl3 và HCl bằng BF3 và HF khan. Trong nhiều trường hợp, phản ứng xảy ra nhanh hơn so với phản ứng

Gattermann – Koch với tỷ lệ mol CO : HF : BF3 = 1 : 1 : 1.

Woods và Dix đã thay thế xúc tác AlCl3 và Cu2Cl2 bằng axit trifluoracetic (CF3COOH) để formyl hóa các hợp chất dị vòng với tỷ lệ HCl : CO=1:1.

Bảng 4: Một số andehyde tổng hợp bằng phương pháp Gattermann – Koch

Chất phản ứng Sản phẩm Tác nhân Hiệu suất ( % )

Benzene Benzandehyde CO, HCl, Cu2Cl2, AlCl3 90

Toluene 4-CHO-toluene CO, HCl, Cu2Cl2, AlCl3 46-55

CO, HF, BF3 p-cylene 1-CHO-2,5-(CH3)2- CO, HCl, Cu2Cl2, AlCl3 45 benzene CO, HF, BF3 70 naphthalene 1-CHO-naphthalene CO, HF, BF3 73

2-CH2OH-5-OH- 3-CHO-2-CH2OH-5- CO, HF, CF3COOH 67 pyrrol OH-pyrrol

2-CH2OH-5- 3-CHO-2-CH2OH-5- CO, HF, CF3COOH 82

Cumarine 6-CHO-cumarine CO, HF, CF3COOH 94

Meuly đã kết hợp phản ứng akyl hóa và formyl hóa khi cho benzene phản ứng với iso propyl chloride (hay propene) và CO + HCl thu được p – isopropylbenzandehyde:

2.1.5 Điều kiện tiến hành phản ứng

- Áp suất: phản ứng Gattermann – Koch tiến hành tại áp suất khí quyển hay áp suất khoảng 100 – 120 atm trong điều kiện nhiệt độ phòng.

- Chất xúc tác: thường dùng là các acid Lewis như AlCl3, AlBr3, AlI3, FeCl3, SnCl4, TiCl4, SbCl5 trong khi đó khả năng xúc tác của, AlBr3 > AlI3 >

Muối AlCl3 có tính dễ thủy phân cao hơn FeCl3, do đó không thể sử dụng làm chất xúc tác trong điều kiện không khí ẩm Để phản ứng diễn ra hiệu quả, cần làm khô hoàn toàn chất đầu và dụng cụ trước khi tiến hành Ngoài ra, chất xúc tác có hiệu ứng cao nhất thường là sự kết hợp giữa AlCl3 và Titanchloride.

- Dung môi: nếu chất thơm là chất lỏng thì sử dụng chính chất thơm làm dung môi Trong các trường hợp khác thì dùng benzene hoặc nitrobenzene làm dung môi.

2.2 Phản ứng forlmyl hóa Gatterman [3]

Phương pháp Gattermann dùng để điều chế các andehyde của phenol, phenol ether và các dị vòng thơm không thể điều chế được bằng phương pháp

Phản ứng này dùng hydrogen cyanide (HCN) thay vì CO trong môi trường acid HCl với sự có mặt của AlCl3 hay ZnCl2 đóng vai trò là chất xúc tác.

Trung gian phản ứng là iminium chloride Chất này thủy phân thành andehyde nhờ acid vô cơ.

Cơ chế của phản ứng này không rõ ràng lắm Tách nhân electrophin có thể là một ion trung gian tương tự cation formyl.

HC N + HCl HC NH HC NH AlCl 3

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG δ + δ -

Tổng hợp các andehyde tương ứng từ các hidrocacbon thơm như: toluene, xylene mesytylene, benzene, anthracene, biphenyl, napthalene, axenanphylene Trong phản ứng Gattermann, nhóm – CHO bao giờ cũng vào vị trí para đối với nhóm thế có tác dụng hoạt hóa, và chỉ vào vị trí ortho khi nào vị trí para đã chiếm.

2 H 2 O/H + Điều chế các andehyde tương ứng từ phenol, polyphenol, polyphenol ete của benzene và napthalene và phenol ether.

Formyl hóa các dị vòng thơm như: pyrrole, thiophene, indol, furan, azulen, benzofuran cũng như các dẫn xuất của chúng.

Phương pháp này không thể áp dụng cho:

- Các hợp chất thơm không bị thế.

- Các nhân thơm có nhóm thế phản hoạt hóa.

- Các amin thơm do sản phẩm tạo thành tham gia ngưng tụ.

 Cải tiến của Adams Để tránh sử sụng trực tiếp HCN vì là một acid rất độc nên đã thay HCN bằng Zn(CN)2 và HCl để phát sinh HCN ngay trong bình phản ứng và ZnCl2 tạo thành đóng vai trò chất xúc tác cho phản ứng.

Zn(CN)2 + HCl  HCN + ZnCl2

Zn(CN)2 được điều chế:

2NaCN + ZnCl2  Zn(CN)2 + 2NaCl

- Xúc tác: sử dụng xúc tác AlCl3 khi tiến hành phản ứng với phenol hay các phenol ete, dùng ZnCl2 đối với diol và triol và hỗn hợp ZnCl2, AlCl3 đối với diethoxyglyxinchloride.

- Nhiệt độ: đa số trường hợp formyl hóa các phenol và ether của chúng, nhiệt độ được duy trì ở 30–45 o C, trong một số trường hợp khác ta phải làm lạnh hỗn hợp phản ứng.

- Dung môi: phản ứng thường được tiến hành trong các dung môi như: benzene, chlorofom, tetrachloroetane, o–dichlorobenzene, ether và chlorobenzene.

Tác nhân được sử dụng là các amid như formalilic, formamid hay các tác nhân khác như: N-formylpyridine, N-formylindole Trong đó hai tác nhân được sử dụng nhiều nhất là N,N-dimetylformamid, N-metylformanilid và chất xúc tác thường được dùng là photpho (V) oxytrichloride.

Chất xúc tác POCl3 tạo phức với amid:

Phức trên là một electrophile tấn công vào nhân thơm:

Phương pháp tổng hợp Vilsmeier có thể áp dụng cho các hợp chất thơm giàu electron:

 Các phenol, phenol ether, các dẫn xuất của chúng và thiophenyl ether.

(CH 3 ) 2 N-CHO , POCl 3 H 3 CS CHO

 Các hydrocacbon đa vòng ngưng tụ cũng như các dẫn xuất của chúng như: azulen, axenaphtylen, anthracene, piren.

 Các dị vòng thơm chứa –N– (pyrrole, indol); chứa –O– (furan, benzofuran); chứa –S– (thiophen); chứa –Se– (selenophen) cũng như các dẫn xuất của chúng.

 Các amin thơm bậc 2 và 3 mà không thể tổng hợp theo phương pháp tổng hợp Gattermann, Gattermann – Koch, Gattermann – Adams.

 Phản ứng còn được mổ rộng để đưa các chất đồng đẳng vinyl của các amid vào nhân thơm để điều chế các andehyde

 Phản ứng còn dùng để gắn nhóm –CHO vào nhánh không nó của nhân thơm.

 Phạm vi ứng dụng của phản ứng đồng đẳng vinyl của các amid, của các andehyde không no. còn được mở rộng để đưa các chất acid vào nhân thơm để điều chế các

Phản ứng Vilsmeier không thành công để điều chế các andehyde từ benzene, các ankylbenzene, napthalene.

Phản ứng cũng không thực hiện được và cho hiệu suất rất thấp đối với các phenol ether nếu vị trí para bị thế.

- Xúc tác: được sử dụng phần lớn trong các phản ứng thực hiện theo phương pháp Vilsmeier là POCl3, COCl2, POBr3 sulfurous dichloride

(SOCl2), AlCl3 cũng được sử dụng nhưng trong trường hợp này có tạo phản ứng phụ với formamid.

- Dung môi: nếu các chất phản ứng có thể hòa tan vào nhau được thì không cần dung môi Ngược lại thì sử dụng benzene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene hay dùng lượng dư N,N-dimetylformamid làm dung môi.

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng giữa hợp chất thơm với nucleophile Các hợp chất thơm hoạt động phản ứng hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao (80 - 90 oC) Bởi vì ở nhiệt độ cao, một phản ứng khác có thể xảy ra gọi là phản ứng hoán vị đối phân tử.

Phản ứng Reimer – Tiemann là sự tương tác giữa phenol và clorofom và NaOH đặc hoặc KOH đặc dư sẽ tạo thành o và p – hidroxyandehyde thơm.

ArOH + CHCl + NaOH r CCl 2 + NaCl + H 2 O

Thực chất là phản ứng thế electrophine vào nhân thơm với tác nhân electrophile là cacbene :CCl2.

Nếu nhóm thế thế vào vị trí ortho hoặc para của nhóm -OH, sự hỗ biến không thể xảy ra do hiệu ứng vô hiệu hóa ảnh hưởng của nhóm thế Do đó, phản ứng thủy phân cũng không thể diễn ra vì không có sự hỗ biến ion hydro của nhóm -OH.

Phản ứng xảy ra trong trường hợp không có nhóm thế ở vị trí ortho hoặc para so với nhóm –OH.

Phương pháp này có thể dùng để formyl hóa các: phenol, poliphenol

 Từ pirocatechinne sẽ tạo thành andehyde pirocatechuic:

 Từ hidroquinone sẽ được andehyde gentizinic

 Từ 2-naphtol thu được 2-hidroxinaphtoic-1:

 Từ 2-hydroxybenzoic acid sẽ cho 2 andehyde với nhóm –CHO ở vị trí para và orhto so với nhóm –OH :

Phản ứng Reimer – Tiemann còn được dùng để formyl hóa các hợp chất dị vòng thơm :

 Pyrrole tạo thành 3-cloropyridine hoặc 2-formylpyrrole hoặc cả hỗn hợp 2 sản phẩm đó tùy thuộc vào tác nhân và điều kiện sử dụng Nhưng trong tất cả các trường hợp, pyrrol đều phản ứng với diclocacbene và tạo thành hợp chất 2 vòng trung gian:

 Benzothiophene không tham gia phản ứng này.

 Indole có thể cho các sản phẩm 3-formylindole hoặc 3-chloroquinoline:

 Forlmyl hóa thiophene bằng CHCl3/NaOH gắn nhóm –CHO ở vị trí α:

 5-formyl-8-hidroxyquinoline được tổng hợp từ chất phản ứng là 8- hidrxyquinoline với tác nhân formyl hóa là chlorofom và KOH làm xúc tác.

Phương pháp này cho hiệu suất không cao và không cố định do các nguyên nhân sau:

- Các hidroxiandehit được tạo thành trong môi trường kiềm phần nào bị nhựa hóa.

- Một phần phenol không tham gia vào phản ứng vì nó tác dụng với chlorofom tạo ester của acid octofomic HC(OC6H5)3, sau khi được acid hóa thì tách ra dưới dạng phenol đến 20%.

Dung môi: phản ứng này được tiến hành trong các dung môi như rượu, hỗn hợp dung môi etanol-nước.

Nhiệt độ : phản ứng duy trì dưới 100 o C tránh bay hơi chloroform và dung môi nhanh chóng

2.5 Forlmyl hóa bằng tác nhân formyl fluoride [3]

Là phương pháp điều chế andehyde thơm bằng cách dùng tác nhân formyl hóa là forlmyl hóa với xúc tác BF3.

Br + FCHO OHC Br + HF

Formyl hóa bằng etyloxalyl chloride

Phương pháp này do Bouveault đưa ra năm 1896, ethyl oxalyl chloride tương tác với benzene (hay các dẫn xuất của nó) tạo ra ester phenylglioxalat, ester này bị thủy phân và decacboxyl hóa cho andehyde tương ứng.

This method is suitable for preparing aldehydes from alkylbenzenes (toluene, various xylenes, mesithylene) and phenol ethers (anisole, resorcinol dimethyl ether, picryl phenyl ether, hydroquinone dimethyl ether), but it cannot be used for phenols.

Formyl hóa bằng formyl chloride ocime

Theo Nef, Scholl và Boeseken đã phát triển thành công phương pháp gắn nhóm chức -CHO vào nhân thơm bằng phản ứng xyanua hóa xúc tác Friedel-Crafts Phương pháp này sử dụng hỗn hợp thủy ngân xyanua và axit clohydric (HCl) làm chất phản ứng, cùng với hỗn hợp xúc tác bao gồm nhôm chloride (AlCl3), nhôm chloride hexahydrat (AlCl3.6H2O) và nhôm hydroxide (Al(OH)3).

–HgCl 2 –NH 2 OH Quá trình gồm 2 giai đoạn: tạo benzandocim và sau đó là thủy phân ocim.

Tuy nhiên nếu dùng xúc tác có khả năng dehyrat hóa như AlCl3 khan thì sản phẩm chủ yếu là nitrine:

Hg(OCN)2 + 4 HCl  2 ClCH=NOH + HgCl2

+ HCl Hay AlCl3 sẽ dehydrat hóa sản phẩm ocim:

Vì vậy, phương pháp này không được ứng dụng rộng rãi để tổng hợp các andehyde thơm

Formyl hóa bằng ankyl octoformiat

Gross và cáccộng sự đã tiến hành formyl hóa bằng tác nhân ankyl octoformiat trong điều kiện của phản ứng Friedel – Grafts.

Phương pháp này cho hiệu suất khá cao khi tiến hành formyl hóa các phenol dùng AlCl3 làm xúc tác:

Bảng 5: các andehyde tổng hợp bằng tác nhân ankyl octoformiat từ các phenol

Chất phản ứng Sản phẩm Hiệu suất

3,4- dimethylphenol 2-hydroxy-4,5-dimethylbenzandehyde 44 α-naphthol Formyl-α-naphthol 97 β-naphthol Formyl-β-naphthol 41 pirocatechin 3,4-dihydroxybenzandehyde 45 resoxinol 2,4-dihydroxybenzandehyde 64 pirigalol 2,3,4-trihydroxybenzandehyde 92

Từ dẫn xuất cơ magie

 Từ dẫn xuất cơ magie

Muốn điều chế andehyde, người ta cho hợp chất cơ magie tác dụng với ankyl formiat hoặc ankyl octoformiat sau đó thủy phân sản phẩm tạo thành.

Ngoài ra có thể điều chế các andehyde dị vòng bằng các phản ứng của ester của acid formic với N-magieioduapirol và ở nhiệt độ cao cho α- formylpirol.

 Từ hợp chất cơ liti

Cho hợp chất cơ liti cộng vào N,N-dimetylformiat, sau đó thủy phân trong môi trường acid.

PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ ANDOL – CROTON HÓA TẠO HỢP CHẤT

3.1 Đặc điểm của nhóm carbonyl

Trong phân tử aldehyde và ketone, nguyên tử carbon của nhóm carbonyl ở trạng thái lai hóa sp 2 với các góc hóa trị 120 o hai nguyên tử oxy và carbon nối với nhau bằng một liên kết Y và một liên kết π Nguyên tử oxy hầu như ở trạng thái lai hóa sp 2 Vì vậy, hai cặp electron chưa liên kết của nguyên tử oxy chiếm hai obitan sp 2

Liên kết C=O luôn phân cực về phía oxy vì oxy có độ âm điện lớn hơn carbon Sự phân cực đó thể hiện ở giá trị moment lưỡng cực khá lớn của nhóm C=O (khoảng 2,7D) nếu đem so sánh với moment lưỡng cực của nhóm C-O trong ete (khoảng 1,2D), ta thấy sự phân cực của nhóm carbonyl phần lớn do liên kết π gây nên, ta có thể biểu diễn nhóm carbonyl như sau:

Sự có mặt của nhóm carbonyl trong phân tử aldehyde và ketone quyết định tính chất của hợp chất đó vì: nhóm carbonyl có tính chất không no và phân cực đã trở thành trung tâm tấn công đối với các tác nhân nucleophile.

3.2 Tính acid của của nguyên tử hydro α của nhóm carbonyl

Do ảnh hưởng rút của nhóm carbonyl làm cho nguyên tử hydro ở Cα trở nên linh động hơn so với nguyên tử hydro ở carbon khác.

Sự ion hóa một nguyên tử Hα đối với nhóm carbonyl tạo thành một carbanion được an định bởi công thức:

Mặc dù công thức cộng hưởng (II) góp phần nhiều nhất trong các công thức cộng hưởng (do điện tích âm trên oxy có độ âm điện lớn) nhưng trong đa số các trường hợp thực thể trên tác dụng với hợp chất carbonyl như một carbanion Đó là vì sự tạo thành nối C-C có lợi thế hơn về mặt năng lượng so với sự tạo thành nối C-O.

3.3 Phản ứng giữa H α của nhóm carbonyl và nhóm carbonyl

Phản ứng ngưng tụ bao gồm các phản ứng cộng hoặc thế trong đó hợp chất chứa nhóm carbonyl (thành phần carbonyl) tương tác với các chất có nhóm CH, CH2, CH3 (thành phần methylene) đã được hoạt hóa, tạo ra liên kết

Phản ứng ngưng tụ có thể xảy ra theo ba sơ đồ khác nhau sau đây:

 Một là: aldol hóa hay cộng aldol, tạo ra sản phẩm cộng vào C=O

 Hai là: croton hóa, tạo ra sản phẩm thế nguyên tử O(C=O) bằng một nguyên tử C

Thực tế, phản ứng trên gồm hai giai đoạn: cộng aldol và dehydrate sản phẩm cộng tạo thành nối đôi.

 Ba là: ngưng tụ ba phân tử, tạo sản phẩm thế nguyên tử O (C=O) bằng 2 nguyên tử C.

Trong phản ứng này, một phân tử của hợp chất carbonyl tương tác với hai phân tử chứa nhóm methylene đã được hoạt hóa

Phản ứng này còn được gọi là phản ứng Machael.

Thực tế, phản ứng Machael gồm 3 giai đoạn chính: aldol hóa, croton hóa và cộng một hợp phần methylene vào sản phẩm croton hóa. cộng aldol dehydrate H2C HC

Trong ba sơ đồ ngưng tụ, phổ biến là ngưng tụ aldol hóa và croton hóa; loại ngưng tụ ba phân tử tương đối ít gặp hơn Phản ứng ngưng tụ của aldehyde và ketone tiến hành nhớ xúc tác acid hoặc xúc tác base Phản ứng ngưng tụ rất đa dạng điều kiện tiến hành phản ứng rất khác nhau Tùy theo các chất tham gia phản ứng, người ta có thể dùng xúc tác base mạnh như KOH,

NaOH, hoặc các base yếu như sodium carbonat,sodium carboonat,amine,đôi khi có thể dùng sodium methylat hoặc ethylat trong alcol Trong một số trường hợp người ta dùng các halogen kim loại ( như ZnCl2, AlCl3, CaCl2…) có các đặc tính acid,hoặc tạo ra các phức acid, thí dụ như:

Khi có mặt một lượng nhỏ chất kiềm làm xúc tác,hai phân tử aldehyde acetic sẽ tác dụng với nhau tạo thành 3-hydroxybutannal,tức aldol :

Các aldehyde có nguyên tử hydro α đối với nhóm carbonyl,được nhóm carbonyl hoạt hóa, điều có khuynh hướng tham gia phản ứng ngưng tụ aldol hóa, propanal ngưng tụ aldol hóa tương tự như acetaldehyde:

Giai đoạn chính của cơ chế ngưng tụ aldol hóa xúc tác base là phản ứng cộng electrophile.

Trong giai đoạn thứ nhất, xúc tác base loại trừ proton từ cacbon α của thành phần methylene tạo thành một carbanion; anion này có hiệu ứng liên hợp, nên được ổn định, có năng lương thấp hơn OH -

Sự tạo thành carbanion trung gian nói trên trong phản ứng ngưng tụ đã được chứng minh bằng cách dùng đồng vị deuteri Khi tiến hành ngưng tụ có mặt của nước nặng D2O và ngưng phản ứng lại trước khi kết thúc, từ hỗn hợp phản ứng có thể tách ra được hợp chất carbonyl có chứ deuteri ở vị trí α tạo thành theo sơ đồ sau : thành phần carbonyl:

Giai đoạn cuối cùng là sự thủy phân anion tạo thành, giải phóng xúc tác base:

Khảo sát phản ứng aldol hóa acetaldehyde trong môi trường base ta thấy tốc độ phản ứng trong giai đoạn thuận (2) lớn hơn tốc độ giai đoạn nghịch (1), vì khi tiến hành phản ứng trong D2O không thấy deuteri đi vào trong nhóm methyl Trong khi đó đối với phản ứng aldol hóa đối với acetone trong

Do ảnh hưởng của hiệu ứng điện tử và hiệu ứng không gian gây ra bởi nhóm methyl, nguyên tử C của nhóm C=O tương tác kém với carbanion, dẫn đến ion deuteri đi vào nhóm methyl.

Vai trò của chất xúc tác acid là hoạt hóa nhóm carbonyl của aldehyde và ethanol hóa hợp phần methylene:

Xét phản ứng ngưng tụ giữa benzaldehyde và acetophenone

Phản ứng trên gồm ba giai đoạn :

Các sản phẩm ngưng tụ aldol hóa thường chỉ bền vững ở nhiệt độ thấp. chúng dễ dàng bị loại trừ một phân tử nước từ nhóm OH ở vị trí β và nguyên tử H từ vị trí α đối với nhóm carbonyl, tạo thành một liên kết đôi C=C,cho sản phảm lalf hợp chất carbonyl α, β chưa no phản ứng này được gọi là sự croton hóa, được tiến hành khi đun nóng các chất aldol hóa,hoặc khí có mặt xúc tác là acid vô cơ.

Alcol diacetonic có thể bị loại trừ phân tử nước khi đem chưng cất với tốc độ chậm có mặt của một ít iod làm xúc tác :

 Cơ chế phản ứng croton hóa

Người ta chứng minh rằng,sự dehydrat hóa sản phẩm aldol hóa (croton hóa ) không phải là quá trình tách loại tiến hành theo cớ chế E2 một giai đoạn mà tiến hành theo cơ chế hai giai đoạn như sau :

Do nguyên tử hydro α trong sản phẩm aldol nằm ở vị trí giữa hai nhóm rút electron là C=O và OH nên linh động hơn, có tính acid hơn so với trong thành phần methylene ban đầu, do đó giai đoạn thứ nhất của sự tách loại nước xảy ra với tốc dộ nhanh-giai đoạn quyết định tốc độ quá trình phản ứng

THỰC NGHIỆM – THẢO LUẬN KẾT QUẢ

Tổng hợp 5-formyl-8-hydroxyquinoline từ 8-hydroxyquinoline

5-formyl-8-hydroxyquinoline được tổng hợp từ chất đầu 8-hydroxyquinoline theo phương pháp Riemer-Tiemann.

Tương tác giữa KOH với CHCl3 tạo ra dichlocarben là một tiểu phân trung gian hoạt động rất mạnh

Trong môi trường kiềm 8-hydroxyquinoline tồn tại dạng quinolat

Dichlocarbene có 6 electron ngoài cùng là một tác nhân electrophile mạnh tấn công vào nguyên tử carbon mang điện âm của dạng cộng hưởng (I) (vị trí para)

2 ống sinh hàn hồi lưu

1 máy đo nhiệt độ nóng chảy

Cân 50 gam 8-hydroxyquinoline đã nghiền nhỏ cho vào bình cầu ba cổ, cho tiếp 200 ml alcol ethanol Tiếp theo cân 100g KOH đem hòa tan với 120 ml nước cất và tiếp tục cho vào bình cầu ba cổ bình cầu được làm lạnh bằng nước,mối cổ của bình cầu được nối với máy khuấy, ống sinh hàn hồi lưu,phễu nhỏ giọt đựng 100 ml CHCl3.

Dùng máy khuấy, khuấy tan 8-hydroxyquinoline và KOH trong khoảng

1 giờ, sau đó cho phễu nhỏ giọt từng giọt chloroform, sao cho lượng chloroform được nhỏ trong thời gian là 2,5 giờ (nhiệt độ lúc này duy trì 40 o C) sau đó đun sôi hỗn hợp phản ứng trên nồi cách thủy,vừa đun nóng vừa khuấy trong 12 giờ, nhiệt độ duy trì là 80 o C Trong quá trình phản ứng lượng ethanol

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG bị mất mát do bay hơi,do đó thỉnh thoảng cho vài ml alcol ethanol và chloroform cho đến khi lọc loại bỏ bã.

Nước lọc được acid hóa từ từ bằng HCl loãng (nồng độ 18% thì khoảng

Sau khi phản ứng, thêm 7ml dung dịch để kết tủa, để kết tủa lắng hoàn toàn trong 24 giờ, sau đó lọc áp suất thấp, rửa kết tủa bằng nước cất Chất rắn thu được đem chiết bằng benzene trong máy Soxhlet cho đến khi trong phễu chiết không còn màu Dung dịch chiết sau đó được cất đuổi benzene trên nồi cách thủy cho đến khi khô cạn Chất rắn được kết tinh lại bằng ethanol (kết tinh 3 lần) thu được chất kết tinh màu vàng nhạt Cuối cùng, chất kết tinh được làm khô và đo nhiệt độ nóng chảy.

- Khối lượng thu được : 4,82 gam

Tổng hợp 1-(3,4-dimethoxyphenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-2- en-1-one

1-(3,4-dimethoxyphenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa giữa 5-formyl-8- hydroxyquinoline và 3,4-dimethoxyacetophenone Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện xúc tác acid hay base.

Khi tiến hành trong môi trường base, chất phản ứng tồn tại dạng anion 8-hydroxyquinolat do đó làm giảm mật độ điện tích dương trên nguyên tử carbon của nhóm C=O làm giảm khả năng tấn công của tác nhân nucleophil

Ngược lại khi dùng xúc tác acid dẫn đến sự proton hóa nguyên tử oxygen của nhóm CH=O làm cho nguyên tử carbon-carbonyl mang điện tích dương phần lớn hơn dễ dàng tiếp nhận tác nhân nucleophil vì thế phản ứng xảy ra nhanh hơn và sản phẩm hình thành ở dạng muối do đó trong thực tế phản ứng được tiến hành trong môi trường acid mạnh, đồng thời để chuyển sản phẩm từ dạng muối sang dạng tự do thì cần kiềm hóa bằng dung dịch natri acetat bão hòa.

Trong môi trường acid nguyên tử O của nhóm carbonyl và nguyên tử N trong vòng quinoline bị proton hóa.

OH Đồng thời tác nhân có chứa nhóm amino cũng bị proton hóa,và trong môi trường acid thì ketone sẽ chuyển hóa thành dạng enol.

Chính dạng enol này đóng vai trò là tác nhân nucleophil tấn công vào cacbon trung tâm của nhóm carbonyl và tạo nên dạng muối.

Dehydrat hóa sản phẩm theo cơ chế carbocation

OH CH CH 2 C OCH 3 H 2 OCH CH 2 C OCH

OH OH Để thu được ketone α,β không no ở dạng tự do ta cho muối thu được tác dụng với dung dịch natri acetat bão hòa.

CH=CH C OCH 3 CH=CH C OCH

 Hóa chất 5-formyl-8-hydroxyquinoline: 0,5 gam

Dung dịch HCl 36% : 10 ml Dung dịch CH3COONa bão hòa

Cân 0,5 gam 5-formyl-8-hydroxyquinoline cho vào bình cầu 100 ml. tiếp theo cho thêm 3,4-dimethoxyacetophenone Cho vào bình cầu 15ml alcol

99 o làm dung môi,dung dịch có màu vàng rồi đặt bình cầu vào nồi cách thủy sau đó dùng máy khuấy từ hỗn hợp ( lúc này chưa gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng )

Cuối cùng dùng ống nhỏ giọt cho từng giọt 10 ml dung dich HCl 36% vào bình cầu,dung dich bắt đầu xuất hiện bột màu vàng.

Khi đã cho hết dung dịch HCl thì mở nút gia nhiệt của máy khuấy từ ở nhiệt độ 60 o C và duy trì nhiệt độ này trong khoảng 4 giờ

Kết thúc 5 giờ khuấy, lắp sinh hàn xuôi cất đuổi dung môi alcol,làm nguội hỗn hợp phản ứng,sau đó kiềm hóa bằng dung dịch CH3COONa bão hòa cho đến dư,dùng đũa thủy tinh khuấy đều cho đến khi kết tủa nâu đỏ tách ra hoàn toàn.

Tiến hành lọc áp suất thấp,thu được sản phẩm nâu đỏ trên phễu lọc,sau đó tiến hành rửa sản phẩm bằng ether ( 3 lần ) để loại bỏ 5-formyl-8- hydroxyquinoline và 3,4-dimethoxyacetophenone dư

Cuối cùng lấy chất rắn đi kết tinh trong DMF : rượu sẽ được tinh thể màu nâu đỏ

- Khổi lượng thu được : 0,64 gam

Tổng hợp 1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop- 2-en-1-one

1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1- one là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa giữa 5-formyl-8- hydroxyquinoline và 4-hydroxy-3-nitroacetophenone Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện xúc tác acid hay base.

Khi tiến hành trong môi trường base, chất phản ứng tồn tại dạng anion 8-hydroxyquinolat do đó làm giảm mật độ điện tích dương trên nguyên tử carbon của nhóm C=O làm giảm khả năng tấn công của tác nhân nucleophil

Trái lại, khi sử dụng xúc tác axit dẫn đến sự proton hóa nguyên tử oxy của nhóm CH=O, khiến cho nguyên tử cacbon-cacbonyl mang điện tích dương nhiều hơn, dễ dàng tiếp nhận tác nhân nucleophil Do đó, phản ứng diễn ra nhanh hơn và sản phẩm phản ứng tạo thành ở dạng muối Trong khi đó, phản ứng thường được tiến hành trong môi trường axit mạnh Để chuyển sản phẩm từ dạng muối sang dạng tự do, cần kiềm hóa bằng dung dịch natri axetat bão hòa.

GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG

Trong môi trường acid nguyên tử O của nhóm carbonyl và nguyên tử N trong vong quinoline bị proton hóa.

OH Đồng thời tác nhân có chứa nhóm amino cũng bị proton hóa,và trong môi trường acid thì ketone sẽ chuyển hóa thành dạng enol.

CH OH OH CH CH C OH

OH CH CH 2 C OH OH CH CH C OH

OH CH CH 2 C OH H O CH CH C OH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG Để thu được ketone α,β không no ở dạng tự do ta cho muối thu được tác dụng với dung dịch natri acetat bão hòa.

CH=CH C OH CH=CH C

5-formyl-8-hydroxyquinoline : 0,5 gam 4-hydroxy-3-nitroacetophenone : 0,52 gam Dung dịch HCl 36% : 10 ml

Dung dịch CH3COONa bão hòa

Dùng cốc 50 ml hòa tan 4-hydroxy-3-nitroacetophenone trong 15 ml rượ ethylic 99 o C sau đó acid hóa bằng 10 ml dung dịch HCl 36% ( cốc được đặt trong nước lạnh nhằm làm lạnh hỗn hợp phản ứng )

Cân 0,5 gam 5-formyl-8-hydroxyquinoline cho vào bình cầu 250 ml, sau đó cho dung dịch trên đã được acid hóa vào bình cầu sau đó dùng máy khuấy từ để khuấy hỗn hợp phản ứng đồng thời gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 60 o C (đun cách thủy) và duy trì nhiệt độ đó trong 2 giờ Kết thúc 2 giờ khuấy thì lắp sinh hàn xuôi cất đuổi hết dung môi rượu, để nguội hỗn hợp phản ứng sau đó kiềm hóa bằng dung dịch CH3COONa bão hòa đến dư đến khi kết tủa màu vàng đậm tách ra hòa toàn

Tiến hành lọc áp suất thấp,thu lấy sản phẩm màu vàng trên phễu lọc. cho sản phẩm vào bình tam giác 250 ml rồi lắc với ether ethylic 3 lần (mỗi lần dùng 30 ml ether) để loại bỏ 5-formyl-8-hydroxyquinoline và 4-hydroxy-3-

SVTH: NGUYỄN THỊ MINH THƯ TRANG 62 + Sau phản ứng, cô cạn dung dịch sau phản ứng đến khô, thu được chất rắn rồi hòa tan chất rắn thu được bằng 60ml dung môi DMF rồi cô cạn dung dịch mới thu được, sau đó cho thêm 60ml dung môi DMF vào cô cạn dung dịch mới thu được thêm lần nữa; cuối cùng hòa tan chất rắn trong 60ml nitroacetophenone còn dư + Cuối cùng lấy chất rắn trong bình tam giác đi kết tinh lại bằng dung môi DMF : rượu (2 lần) sẽ thu được tinh thể màu vàng cam.

- Khối lượng thu được: 0,53 gam

Tổng hợp 1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-(pyridine-4-yl)prop-2-en- 1-one

1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-(pyridine-4-yl)prop-2-en-1-one là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa giữa pyridine-4- carbaldehyde và 3,4-dimethoxyacetophenone

Trong môi trường acid nguyên tử O của nhóm carbonyl và nguyên tử N trong vòng pyridine bị proton hóa.

H Đồng thời tác nhân có chứa nhóm amino cũng bị proton hóa,và trong môi trường acid thì ketone sẽ chuyển hóa thành dạng enol.

HO CH CH 2 C OH HOCH CH 2 C OH

HO CH CH 2 C OH H 2 O CH CH 2 C OH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG Để thu được ketone α,β không no ở dạng tự do ta cho muối thu được tác dụng với dung dịch natri acetat bão hòa.

 Hóa chất Pyridine-4-carbaldehyde: 0,5 gam

3,4-dimethoxyacetophenone: 0,52 gam Dung dịch HCl 36%: 10 ml

Dung dịch CH 3 COONa bão hòa

Cân 0,1 gam pyridine-4-carbaldehyde cho vào bình cầu 100 ml tiếp theo cho them 3,4-dimethoxyacetophenone Cho vào bình cầu 15ml alcol 99 o làm dung môi, dung dịch có màu vàng rồi đặt bình cầu vào nồi cách thủy sau đó dùng máy khuấy từ để hỗn hợp phản ứng (lúc này chưa gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng)

Cuối cùng dùng ống nhỏ giọt cho từng giọt 10 ml dung dich HCl 36% vào bình cầu,dung dich bắt đầu xuất hiện bột màu vàng.

Khi đã cho hết dung dịch HCl thì mở nút gia nhiệt của máy khuấy từ ở nhiệt độ 60 o C và duy trì nhiệt độ này trong khoảng 4 giờ

Sau khi khuấy trong 4 giờ, hỗn hợp phản ứng được làm nguội và kiềm hóa bằng dung dịch CH3COONa bão hòa dư Quá trình kiềm hóa được thực hiện bằng cách khuấy đều cho đến khi kết tủa màu vàng tách ra hoàn toàn.

Tiến hành lọc áp suất thấp,thu được sản phẩm nâu đỏ trên phễu lọc,sau đó tiến hành rửa sản phẩm bằng ether (3 lần) để loại bỏ chất đầu

Cuối cùng lấy chất rắn đi kết tinh trong DMF : rượu sẽ được tinh thể màu vàng nhạt

Khổi lượng thu được : 0,84 gam Hiệu suất : 79,36 %

Biện luận phổ của 5-formyl-8-hydroxyquinoline

Hình 1 Phổ IR của 8-hydroxyquinoline

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG υ OH υ C-H (CHO)

Hình 2 Phổ IR của 5-formyl-8-hydroxyquinoline

So sánh phổ hồng ngoại của 5-formyl-8-hydroxyquinoline với 8- hydroxyquinoline em thấy trên phổ hồng ngoại của 5-formyl-8- hydroxyquinoline xuất hiện một vân hấp thụ rất mạnh ở tần số 1685.84 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O,điều đó chứng tỏ phản ứng formyl hóa theo Reimer-Tiemman đã thành công

- Dao động hóa trị của nhóm OH :

Nhóm OH liên kết hydrogen nội phân tử có tần số dao động hóa trị trong khoảng 2500 – 3200 cm-1, thấp hơn nhóm OH tự do (3590 – 3650 cm-1) Do đó, trong phổ hồng ngoại, nhóm OH liên kết hydrogen nội phân tử hấp thụ ở vạch tù hơn nhóm OH tự do Cụ thể, nhóm OH liên kết hydrogen nội phân tử đạt cực đại hấp thụ tại 3111,28 cm-1.

- Dao động hóa trị của nhóm C-H thơm :

Các nhóm –OH trong hợp chất hữu cơ hấp thụ mạnh trong vùng quang phổ hồng ngoại ở dải tần 3200 - 3600 cm-1 do chúng tạo liên kết hidro mạnh.

SVTH : NGUYỄN THỊ MINH THƯ TRANG 67 nhóm C-H thơm đã bị che phủ bởi các vạch hấp thụ của nhóm –OH nên trên phổ hồng ngoại không nhận thấy các vạch hấp thụ của nhóm C-H thơm

- Dao động hóa trị của nhóm C-H của nhóm CHO :

Dao động hóa trị của C-H trong nhóm CHO hấp thụ tương đối yếu trong vùng tần số từ 2700 – 2900 cm - 1 kết quả thường cho 2 vân Trên đường cong hấp thụ của phổ hồng ngoại em thấy xuất hiện 2 vân 2752.51 cm -1 và 2850.88 cm -

1 đặc trưng cho dao động hóa trị của C-H trong CHO

- Dao động hóa trị của nhóm C=O andehyde:

Nhóm carbonyl trong hợp chất andehyde ở dạng tự do hâp thụ ở khoảng 1650-

1730 cm -1 trên phổ hồng ngoại em thấy xuất hiện 1 vân hấp thụ rất mạnh ở

1685.84 cm -1 là vân hấp thụ của dao động hóa trị của nhóm C=O andehyde.

- Dao động hóa trị của nhóm C=C và C=N của nhân quinoline:

Các vân hấp thụ ở vùng 1383.01 – 1616.40 cm -1 đặc trung cho dao động hóa trị của nhóm C=C và C=N của nhân quinoline

- Dao động biến dạng phẳng của nhóm C-H của nhân quinoline:

Các dao động biến dạng phẳng C-H của nhân thơm có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh trong vùng 950 - 1320 cm-1 Do vậy, các vạch hấp thụ trong khoảng 1024,24 - 1294,28 cm-1 chính là các vạch hấp thụ của dao động biến dạng phẳng C-H của nhân quinoline.

- Dao động biến dạng không phẳng của nhóm C-H của nhân quinoline:

Các vân hấp thụ ở vùng 630.74 cm -1 thuộc dao động biến dạng không phẳng của C-H thơm

BẢNG 1 TÓM TĂT TẦN SỐ PHỔ HỒNG NGOẠI

Tần số Dao động của nhóm

2752.51 cm -1 và 2850.88 cm -1 CH(CHO)

Hình 3 Phổ cộng hưởng proton 1 H-NMR của 5-fomyl-8-hydroxyquinoline Ở vùng trường thơm nhận thấy tín hiệu đơn có độ dịch chuyển 10.134 ppm xuất hiện ở vùng trường yếu nhất với cường độ tương đối bằng 1,được quy kết cho proton H6 trong nhóm cacbonyl

Tín hiệu ở 9.352 ppm xuất hiện ở vùng trường yếu hơn so với proton

H6 với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H3 Do sự hút điện tử mạnh của nito(-R) và hiệu ứng (-I) nên proton này có sự giảm chắn mạnh nhất nhận thấy tín hiệu ở dạng vân bốn là do proton H3 có sự ghép spin-spin với proton H2 và H1 nên tín hiệu này ở dạng doublet-doublet với hằng số tách tương ứng 3 J = 9 Hz, 4 J = 1,5 Hz

Tín hiệu xuất hiện ở trường yếu thứ 3 có độ dịch chuyển 8.966 ppm có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H1 Ta thấy tín hiệu ở dạng vân bốn là do proton H1 có có sự ghép spin-spin với proton H2 và H3 nên tín hiệu này ở dạng doublet-doublet với hằng số tách tương ứng 3 J = 4 Hz,

Tín hiệu xuất hiện ở vân bốn là của proton H2 với độ dịch chuyển 7.776 ppm có cường độ tương đối bằng 1 Tín hiệu này ở dạng vân bốn là do proton H2 có có sự ghép spin-spin với proton H1 và H3 nên tín hiệu này ở dạng doublet-doublet với hằng số tách tương ứng 3 J = 8.5 Hz, 3 J = 4 Hz

Tín hiệu xuất hiện ở trường mạnh nhất trong vùng thơm ở độ dịch chuyển 7.253 ppm tương ứng proton H5 ở vị trí ortho so với nhóm thế -OH nên bị chắn mạnh Do có sự tương tác spin-spin với H4 nên tín hiệu xuất hiện ở dạng vân đôi với hằng số tách 3 J = 8 Hz

Tín hiệu còn lại ở dạng vân đôi tương ứng cho H4 Tín hiệu này xuất hiện với độ dịch chuyển 8.160 ppm với dạng vân đôi do có sự tương tác spin- spin với proton H4 ( 3 J = 8Hz )

Bảng 2 Độ dịch chuyển hóa học của các proton Proton Độ dịch chuyển Hình dạng tín Hằng số ghép hóa học ( ppm ) hiệu các proton ( Hz)

Trên cơ sở nghiên cứu phổ hồng ngoại và phổ proton em xác định được cấu trúc của thể của 5-formyl-8-hydroxyquinoline từ đó suy ra đã tổng hợp thành công 5-formyl-8-hydroxyquinoline

6 Biện luận phổ 1-(3,4-dimethoxyphenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5- yl)prop-2-en-1-one

 Phổ hồng ngoại (IR) υ OH OCH 3

Hình 4 Phổ IR của 1-(3,4-dimethoxyphenyl)-3-(8- hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one

Trên phổ hồng ngoại của sản phẩm ngưng tụ em nhận thấy dao động hóa trị đặc trưng cho nhóm CH của aldehyde không còn,chứng tỏ có xảy ra phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa Tần số dao động hóa trị của nhóm C=C, C=N của nhân benzene và nhân quinoline vẫn giữ nguyên

Nhóm OH tự do có tần số dao động hóa trị 3441.12 cm -1 và ở dạng liên kết hydrogen nội phân tử có tần số dao động hóa trị 3215.44 cm -1

- Dao động hóa trị của nhóm carbonyl :

Trên đường cong hấp thụ phổ hồng ngoại của hợp chất A6, tần số dao động hóa trị của nhóm C=O là 1649.19 cm -1 ở đây có sự giảm tần số hấp thụ của nhóm carbonyl vì có sự liên hợp giữa nối đôi C=C đến C=O làm giảm sự hấp thụ của C=O

- Dao động hóa trị của liên kết đôi C=C ( liên hợp với nhóm carbonyl )

Biện luận phổ của 1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8-hydroxyquinolin- 5-yl)prop-2-en-1-one

hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one

Hình 6 Phổ IR của 1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5- yl)prop-2-en-1-one

Trên phổ hồng ngoại của sản phẩm ngưng tụ em nhận thấy dao động hóa trị đặc trưng cho nhóm CH của aldehyde không còn,chứng tỏ có xảy ra phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa Tần số dao động hóa trị của nhóm C=C,C=N của nhân benzene và nhân quinoline vẫn giữ nguyên

Nhóm OH tự do có tần số dao động hóa trị 3483.56 cm -1 và ở dạng liên kết hydrogen nội phân tử có tần số dao động hóa trị 3230.87 cm -1

- Dao động hóa trị của CH thơm :

Các vân hấp thụ tương đối yếu ở các tần số 3040.82 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm

- Dao động hóa trị của nhóm carbonyl :

Trên đường cong hấp thụ phổ hồng ngoại của hợp chất A6, tần số dao động hóa trị của nhóm C=O là 1658.84 cm -1 ở đây có sự giảm tần số hấp thụ của nhóm carbonyl vì có sự liên hợp giữa nối đôi C=C đến C=O làm giảm sự hấp thụ của C=O

- Dao động hóa trị của liên kết đôi C=C ( liên hợp với nhóm carbonyl )

Thông thường nhóm C=C không liên hợp hấp thụ ở 1680 – 1620 cm -1 tuy nhiên khi mắc vào hệ liên hợp với nhóm carbonyl ( C=O) thì tần số hấp thụ giảm xuống do đó tần số hấp thụ ở 1616.40 cm -1

Hợp chất A7 là hợp chất không no nên tồn tại dạng đồng phân cis-trans có phổ hồng ngoại khác nhau Tỷ số cường độ dải hấp thụ C=O và C=C của đồng phân cis nằm trong khoảng 0,7 - 2,5, trong khi đồng phân trans nằm trong khoảng 6 - 9 Dựa vào phổ hồng ngoại của A6, ta thấy tỷ số này nằm trong khoảng 0,7 - 2,5, cho thấy đoạn mạch -CH=CH-C=O trong A6 chủ yếu tồn tại ở cấu dạng s-cis.

- Dao động biến dạng không phẳng của nhóm CH trong nhóm C=C liên hợp với nhóm carbonyl :

Trên phổ hồng ngoại của A6 có vân hấp thụ ở 976.01cm -1 đến 1085.96cm -

1 là dấu hiệu đặc trưng cho dao động biến dạng không phẳng của CH trong nhóm CH=CH ứng với cấu hình trans

BẢNG 5 TÓM TẮT PHỔ HỒNG NGOẠI

1379.15 cm -1 đến 1558.54 cm -1 C=C ,C=N (nhân quinoline )

976.01cm -1 đến 1085.96cm -1 CH trong nhóm CH=CH ứng với cấu hình trans

Hình 7 Phổ cộng hưởng proton 1 H-NMR của 1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-

(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one (phổ đầy đủ)

Hình 8 Phổ cộng hưởng proton 1 H-NMR của 1-(4- hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-

2-en-1-one (phổ dãn rộng)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG Ở vùng trường thơm,nhận thấy trên phổ đồ xuất hiện rất nhiều tín hiệu ở dạng vân đôi Trong đó có hai tín hiệu có cường độ tương đối bằng 1 xuất hiện ở độ dịch chuyển có tâm tại 8.479 ppm và 7.973 ppm được quy kết cho hai proton H7 và H6 Tín hiệu này xuất hiện ở trường yếu là do sự liên hợp của nhóm –C=O làm cho proton H7 giảm chắn Đồng thời do sự ghép spin – spin với proton H6 nên tín hiệu này tách đôi với hằng số tách 3 J = 15 Hz tín hiệu còn lại có cường độ tương đối bằng 1 ở độ dịch chuyển ppm tương úng cho proton H6 Tín hiệu này có sự giảm chắn ít hơn so với proton H7 nên tín hiệu này cũng bị tách đôi với hằng số tách 3 J = 15 Hz

Dựa vào giá trị hằng số ghép giữa proton H6 và H7 có thể kết luận được là hợp chất này có có cấu dạng trans – alken ( vì nếu cis alken thì hằng số ghép có giá trị vào khoảng 7 – 12 Hz )

Cũng ở vùng trường thơm nhận thấy tín ở 8.931 ppm xuất hiện ở vùng trường yếu nhất với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H1.

Do sự hút điện tử mạnh của nito (-C) và hiệu ứng (-I) nên proton này có sự giảm chắn mạnh nhất Nhận thấy tín hiệu ở dạng vân đôi là do proton H1 có sự ghép spin-spin với proton H2 với hằng số tách tương ứng 3 J = 4 Hz

Tín hiệu xuất hiện ở trường yếu thứ 2 có độ dịch chuyển 8.782ppm có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H3 Do sự rút điện tử của nito mạnh (-C) nhưng không có hiệu ứng (-I) nên tín hiệu này chuyển về trường mạnh so với tín hiệu proton H1 Ta thấy tín hiệu ở dạng vân đôi là do proton H3 có có sự ghép spin-spin với proton H2 hằng số tách tương ứng 3 J 8.5Hz

Tín hiệu tại đỉnh bốn là của proton H2 có độ dịch chuyển hóa học 7,691 ppm và cường độ tương đối bằng 1 Tín hiệu này có dạng đỉnh bốn do proton H2 liên kết spin-spin với proton H1 và H3, tạo ra tín hiệu dạng doublet-doublet với hằng số tách tương ứng là 3 J = 4 Hz và 3 J = 9 Hz.

Tín hiệu xuất hiện ở trường mạnh nhất trong vùng thơm ở độ dịch chuyển 7.212 ppm tương ứng proton H5 ở vị trí ortho so với nhóm thế -OH nên bị chắn mạnh Do có sự tương tác spin-spin với H4 nên tín hiệu xuất hiện ở dạng vân đôi với hằng số tách 3 J = 8.5 Hz

Tín hiệu xuất hiện có độ dịch chuyển 8.384 ppm có cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H4 có sự tương tác spin-spin với H5 xuất hiện ở dạng vân đôi với hằng số tách 3 J = 8Hz

Tín hiệu xuất hiện ở vân bốn với hằng số tách tương ứng 4 J = 2 Hz, 3 J

= 8.7 Hz là của proton H9 với độ dịch chuyển 8.330ppm có cường độ tương đối bằng 1 Tín hiệu này ở dạng vân bốn là do proton H9 có có sự ghép spin- spin với proton H8 và H10 nên tín hiệu này ở dạng doublet-doublet

Với độ dịch chuyển 7.246ppm với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H10 Hằng số tách 3 J = 8.5 Hz

Tín hiệu còn lại ở dạng vân đôi tương ứng cho H8 Tín hiệu này xuất hiện với độ dịch 8.702 ppm với dạng vân đôi do có sự tương tác spin-spin với proton H9 ( 4 J = 2Hz) Tín hiệu này yếu hơn H10 là do proton này ở vị trí gần nhóm rút electron –NO2

Bảng 6 Độ dịch chuyển hóa học của các proton Proton Độ dịch chuyển Hình dạng tín Hằng số ghép ( hóa học ( ppm ) hiệu các proton Hz)

Trên cơ sở nghiên cứu phổ hồng ngoại và phổ proton của chất A7 em xác định được cấu trúc cụ thể khi phân tích các số liệu thu được em có thể khẳng định rằng chất A7 có cấu hình trans và tồn tại chủ yếu ở dạng s-cis.

Biện luận phổ của 1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-(pyridine-4- yl)prop-2-en-1-one

Hình 9 Phổ IR của 1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-(pyridine-4- yl)prop-2-en-1-one

- Dao động hóa trị của nhóm –OH

Trên phổ hồng ngoại xuất hiện pic hấp thụ tù và rộng ở vùng 3100-3600 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết O-H của nhóm hydroxyl –OH Dao động hóa trị của C-H alken và C-H thơm:

Sự hấp thụ trong vùng 3000 – 3100 cm -1 của phổ hồng ngoại ,xuất hiện các vạch hấp thụ trung bình và yếu

- Dao động hóa trị của nhóm carbonyl

Trên phổ tín hiệu của liên kết –C=O của nhóm carbonyl sẽ xuất hiện với pic nhọn ở 1651.12 cm -1 do sự hấp thụ hồng ngoại rất mạnh của nhóm này

Trong phân tử nếu có sự liên hợp thì sẽ làm giảm bậc của liên kết bội và tăng bacah của liên kết đơn giữa các liên kết bội : do đó khi các liên kết bội liên

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : Th.S LÊ VĂN ĐĂNG hợp với nhau thì tần số chung đều giảm so vơi chúng khi chúng ở vị trí không liên hợp nhóm β ,α- không no hạ thấp tần số của nhóm carbonyl từ 15 – 40 cm.

- Dao động hóa trị của liên kết đôi C=C

Nhóm C=C không liên hợp hấp thụ trong khoảng 1680-1620 cm-1 Tuy nhiên khi liên hợp với nhóm carbonyl, tần số hấp thụ giảm xuống còn 1640-1590 cm-1 Thêm vào đó, do liên kết đôi gắn trực tiếp vào vòng pyridin có nguyên tử N hút điện tử, tần số hấp thụ của liên kết đôi giảm hơn nữa Vì vậy, nhóm C=C của hợp chất này có vạch hấp thụ tần số 1606,97 cm-1 với cường độ mạnh.

- Dao động hóa trị của liên kết đôi C=C và C=N của nhân benzene và nhân pyridine

Tần số dao động hóa trị của liên kết đôi C=C của vòng benzene không có nhóm thế trong vùng 1500-1600 cm -1 Tần số dao động hóa trị của liên kết đôi C=C và C=N của nhân benzene và nhân pyridine xuất hiện trong vùng

1480 – 1660 cm -1 Khi trong vòng benzene và vòng pyridine có nhóm thế thì tần số hấp thụ của liên kết C=C và C=N chuyển về vùng có tần số thấp hơn

- Dao động biến dạng không phẳng của nguyên tử H thơm và của liên kết

Trong vùng 700 – 1000 cm -1 có nhiều pic hấp thụ từ trung bình đến mạnh,đó có thể là dao động biến dạng của nguyên tử H trong vòng benzene và vòng pyridine

BẢNG 7 TÓM TẮT PHỔ HỒNG NGOẠI

977.94 cm -1 đến 1062.81 cm -1 CH trong nhóm CH=CH ứng với cấu hình trans

Hình 10 Phổ cộng hưởng proton 1 H-NMR của 1-(4-hydroxy-3- methoxyphenyl)-3-(pyridine-4-yl)prop-2-en-1-one (phổ đầy đủ)

Hình 11 Phổ cộng hưởng proton 1 H-NMR 1-(4-hydroxy-3- methoxyphenyl)-3-(pyridine-4-yl)prop-2-en-1-one (phổ dãn rộng)

Trên phổ đồ,chúng ta nhận thấy rõ nhất 1 tín hiệu đơn có cường độ tương đối bằng 3 với độ dịch chuyển 3.874 ppm là của 3 proton trong nhóm methyl Ở vùng trường thơm,nhận thấy trên phổ đồ xuất hiện rất nhiều tín hiệu ở dạng vân đôi Trong đó có hai tín hiệu có cường độ tương đối bằng 1 xuất hiện ở độ dịch chuyển 8.13ppm và 7.62 ppm được quy kết cho hai proton H6 và H5 Do sự ghép spin –spin với proton H6 nên tín hiệu này tách đôi với hằng số tách 3 J = 15.5 Hz Tín hiệu còn lại có cường độ tương đối bằng 1 ở độ dịch chuyển ppm tương úng cho proton H5 Tín hiệu này có sự giảm chắn ít hơn so với proton H6 nên tín hiệu này cũng bị tách đôi với hằng số tách 3 J = 15.5 Hz

Dựa vào giá trị hằng số ghép giữa proton H5 và H6 có thể kết luận được là hợp chất này có có cấu dạng trans – alken (vì nếu cis alken thì hằng số ghép có giá trị vào khoảng 7 – 12 Hz).

Cũng ở vùng trường thơm nhận thấy tín ở 7.83 ppm xuất hiện với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho proton H1, H3 Nhận thấy tín hiệu ở dạng vân đôi là do proton H1 có sự ghép spin-spin với proton H2 với hằng số tách tương ứng 3 J = 4.5 Hz

Tín hiệu xuất hiện với cường độ tương đối bằng 2 với độ dịch chuyển 8.65 ppm được quy kết cho proton H2 , H4 Ta thấy tín hiệu ở dạng vân đôi là do proton H2 có có sự ghép spin-spin với proton H1 với hằng số tách tương ứng 3 J = 4.5 Hz

Tín hiệu xuất hiện ở vân đôi với độ dịch chuyển 7.62 ppm được quy kết cho proton H7 với hằng số tách tương ứng 4 J = 2 Hz

Tín hiệu với độ dịch chuyển 6.92ppm tương ứng proton H9 với hằng số tách 3 J = 8 Hz

Bởi vì H9 và H7 bị tách doublet nên H8 sẽ bị tách doublet-doublet nhưng pic này bị chập bởi H2,3

Vì H9 có hằng số tách là 8, H9 tách H8 ; H7 có hằng số tách là 2, H7 tách H8 Từ hai điều này ta có H8 cũng sẽ có hằng số tách tương tự H7, và H9 hay (H7, H9 tách H8 với hằng số tách là bao nhiêu thì H8 cũng sẽ tách H7 và H9 với hằng số tách bằng bấy nhiêu).

Bảng 8 Độ dịch chuyển hóa học của các proton

Proton Độ dịch chuyển Hình dạng tín Hằng số ghép hóa học ( ppm ) hiệu các proton ( Hz)

Trên cơ sở nghiên cứu phổ hồng ngoại và phổ proton của chất A5 em xác định được cấu trúc cụ thể khi phân tích các số liệu thu được em có thể khẳng định rằng chất A5 có cấu hình trans và tồn tại chủ yếu ở dạng s-cis.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Bằng phương pháp formyl hóa theo Reimer-Tiemann em đã tổng hợp được 5-formyl-8-hydroxyquinoline từ 8-hydroxyquinoline với tác nhân formyl hóa là CHCl3 dùng KOH làm xúc tác theo phản ứng Reimer- Tiemann,tuy nhiên hiệu suất còn khá thấp

Theo phương pháp ngưng tụ andol-croton đã tổng hợp các dẫn xuất α β carbonyl không no của 8-hydroxyquinoline như 1-(3,4-dimethoxyphenyl)-3- (8-hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one ;1-(4-hydroxy-3-nitrophenyl)-3-(8- hydroxyquinolin-5-yl)prop-2-en-1-one và 1-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3- (pyridine-4-yl)prop-2-en-1-one từ pyridine-4-carbaldehyde

Em đã xác định các thông số vật lý của các chất tổng hợp: nhiệt độ nóng chảy,dung môi hòa tan Đã chứng minh được các phản ứng tổng hợp đã xảy ra và sản phẩm sau khi tinh chế đã tinh khiết. Đã tiến hành đo phổ hồng ngoại, đo phổ cộng hưởng từ 1 H-NMR và tiến hành phân tích các phổ của các chất đã tổng hợp được trên cơ sở phân tích các dữ liệu thu được, đồng thời kết hợp với các kiến thức đã học đã xác định được rằng công thức cấu tạo của ketone không no là trans và cấu dạng s- cis.

Định dạng
Số trang	135
Dung lượng	4,53 MB