Luận văn thạc sĩ khoa học: Tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của một số dẫn xuất Aryliden-P-Toluensunfonylhidrazon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VAN THAC SĨ KHOA HỌC

CAN BO HUGNG DAN: :

PGS.TSKH.NGUYEN DINH TRIEU

Hà Nội — 2002

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan - - 525: 5222 S222 S2E2E2E2E21112221E seseeteeveveeeeees

1.1 Cấu tạo của dãy aryliđen :- : c c2: 2212222112112 21212xexes

1.1.1 Cấu tạo của các dị vịng năm cạnh ‹ ¿5c ccsssss2

1.1.2.Cấu tạo của dị Vịng, DITIIH s2 22c 322112 1x srrkeerrsserxee

1.5 Hoạt tính sinh học của các hidrazon —

Chương 2 Kết quả và thảo luận - 2 2 22222222212 Esessreesxea

2.1 Tổng hợp các chất đầu - ¿+ +22 + 2E SEE 2E xxx etrvrkrrree

2.1.1 Tong hợp p-bromanilin ¿+ sssx+zst+z2zSzvxzxexsrsrserrrexexsee2.1.2 Tổng hợp Š-nitrOfUUTOI 5:5: ¿5:5 s22 zSSzEzxexexsrsrrrxea2.1.3 Tổng hợp 5-bromffUIUTOIL -¿ ¿5c ssz 2z xzE‡ScEeEsczeserereei

SINGING, sen uans nnna nghe HP ngHì áo GA ALON SORA A A ih ee ee 1ã-04180

2.2.3 Tổng hợp các arylsunfonylhidrazon chứa nhân dị vịng piridin

VA, PIPO] vesiasesavess roi s13 571758518 pá63 580SÃ dem RiTEES131805 avers 1515 5TE5 559545 G1355 ĐIEEE.TE0558

2.2.4 Tổng hợp các arylsunfonylhidrazon chứa nhân benzen

2.3 Quang phổ của các arylsunfonylhidrazon 25-5555:

lu 11 Elli) ne ee

2.3.2 PhO hồng ngOại - 2:2 1 t2 112525111111 1112111111 111011 crret

Phi on (a3

2.4 Thử hoạt tính sinh hoc của một số hidrazon - - +:

Chương 3 Thực nghiệm (1221122113 nhieu

3.1 Tổng hợp các chất đầu ¿5 22222 S122 S2E2E22 2E rexrrrrrsrsres3.1.1 Tổng hợp p-bromanilin -s: c5: : St S3 sxvrrxrxsrrrrrererrrei1.2 Tong hợp 5-nitrOfUUTOI ¿5c 2:22 S2 232222 £zEeEsrsrxexsrererei1.3 Tong hợp 5-bromfuurOl ¿+ 2zsx 2xx 2xx svzrxererrses1.4 Tong hợp 5-iOLÍUUFỌL ¿5c c xxx vxexexrxrxrrrrrrxrrrrvrrrves.1.5 Tong hợp 5-(o-nitrophenyl)fufUrol -.-¿ sec: ssssssssssss2

"NW IW IN 2)

272828

3.1.6 Tong hop 5-(m-nitrophenyl)UUrOl : ssccccxsccxcszxzxes

3.4.9 Tong hợp benzyliden-p-toluensunfonyl hidrazon

MỞ ĐẦU

Hidrazon là sản phẩm của phản ứng của các dẫn xuất aryl và

ankylhidrazin với các chất hữu cơ có chứa nhóm cacbonyl Các hidrazon ngày

nay được sử dụng như là một sản phẩm trung gian để điều chế: indol,

-cacbazon, pyrazol, oxazol, tetrazol, oxadiazol, cũng như các hợp chất hữu

cơ chứa nitơ khác như: focmazan, diazin những hợp chất này có nhiều ứngdụng trong công nghiệp dược phẩm và chất màu từ chúng còn có thể chuyển

hoá ra nhiều loại hợp chất khác nhau Ví dụ: từ focmazan có thể tạo phức với

một số lớn kim loại như Fe, Cu, Co, Ni, AI, Zn , được sử dụng như một

thuốc thử phân tích Quan trọng hơn là các phức này thường có màu đặc

trưng, được sử dụng làm thuốc nhuộm len, dạ, vải, tơ tam [24, 31].

Bản thân các hidrazon có hoạt tính sinh học mạnh, có tác dụng kháng

khuẩn kháng nấm mạnh Một số chất đã được sản xuất làm dược phẩm bán

trên thị trường như furaxilin.

Do có ứng dụng rộng rãi như vậy cho nên đến nay các hợp chất

hidrazon vẫn được nghiên cứu, nhất là các phản ứng chuyển hoá của chúng.Để đóng góp vào lĩnh vực này chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp một

day các aryliđenarylsunfonylhidrazon chứa nhân: furan, pirol, thiophen,

CHƯƠNG I TÔNG QUAN

1.1 Cấu tạo của dãy aryliden.

1.1.1 Cấu tạo của các di vòng năm cạnh một di tố: furan, pirol, thiophen.

om S 4

Fural Pirol Thiophen Xyclopentadien

Các di vòng nam cạnh chứa một dị tố mac dù về hình thức cũng chứa

phần cis-dien như phân tử xyclopentadien, nhưng về bản chất cấu trúc và đặc

tính hoá học thì khác han nhau Chang hạn xiclopentatadien là hệ dien liên

hợp nhưng không có cấu tạo thom, trong khi đó các dị vòng furan, pirol,

thiophen ở mức độ đáng kể đều thể hiện tính thơm, mặc dù ngay giữa chúng

cũng có sự khác biệt khá lớn

Theo quan điểm của thuyết obitan phân tử thì các phân tử furan, pirol,

thiophen được mô tả như các hệ thống cấu tạo phẳng với bốn nguyên tử C ở

trang thái lai hoá sp” và một dị tố N hay O hay S, mỗi nguyên tử C sử dụng 3obitan lai hoá sp” để tạo liên kết & với hai nguyên tử cacbon bên cạnh (hoặc

với nguyên tử di tố) và với nguyên tử hidro Di tố nito cũng sử dụng 3 obitan

lai hoá kiểu sp” để tạo liên kết với hai nguyên tử cacbon bên cạnh và vớinguyên tử hidro Như vậy mỗi nguyên tử cacbon còn một electron p nằm 6

obitan vuông góc với mặt phẳng vòng đồng thời trên di tố oxi, nito, lưu

huỳnh còn một cap electron tự do Tat ca 6 electron này hợp thành một mach

kín, bao trùm lên toàn bộ phân tử Hệ thống 6 electron z này được giải toa

trong phân tử nên làm cho vòng ổn định và thoả mãn công thức tính thơm của

Hucken (>ez= 4n + 2).

Cần lưu ý rang ở các nguyên tử oxi, lưu huỳnh (trong furan, thiophen)

ngoài cap electron tham gia vào hệ thống thom còn có một cap electron nữa

không tham gia vào hệ thống thơm mà nằm ở obitan lai hoá sp” (nằm trong

mặt phẳng của vòng).

Còn theo quan điểm của phương pháp sơ đồ hoá trị thì các phân tử này

được xem như các dạng lai tạo cộng hưởng của một dãy các cấu trúc giới hạn:

_—H HỆ _

() (II) (II!) (IV) (V)

Quan niệm này mô tả rõ ràng kết qua làm mất định xứ của cặp electron

không chia xẻ ở dị tố và gan liền với sự xuất hiện điện tích âm phần trênnguyên tử cacbon của vòng (bằng điện tích dương phần xuất hiện trên nguyéntử dị tố) Ở đây cấu trúc (I) mang sự đóng góp cơ bản, vì nó không có sự

phân bố điện tích Cấu trúc (II) và (II) quan trọng hơn cấu trúc (IV) và (V) vi

chúng có sự phân bố điện tích nhỏ hơn Nói cách khác ba dạng cấu trúc cộng

hưởng này phải có các mức năng lượng khác nhau và tất nhiên sự đóng góp

của mỗi một trong chúng vào cấu trúc lai tạo phải tỉ lệ với độ ổn định tương

đối của chúng, mà một cách tin tưởng được phân bố theo thứ tự sau (I) > (ID,

(HD > (IV), (V).

Như vậy với cấu trúc electron đặc biệt các dị vòng furan, thiophen,

pirol đều có tính thơm, tuy rằng về mức độ chúng đều nhỏ hon so với benzen.Nhưng độ thơm giữa ba dị vòng này cũng khác nhau, mà thứ tự có thể xếp

như sau: furan < pirol < thiophen.

Điều này chang những được chứng minh bang đặc tính hoá hoc mà còn

được thể hiện qua giá trị năng lượng ổn định hoá của chúng:

Bang 1.1 Năng lượng ổn định hoá của một số dị vòng 5 cạnh furan, pirol và

Hợp chất Furan | Pirol Thiophen

Nang lượng ổn định (KJ/mol) 92.4 | 109 2 130 2

Ở đây ta thấy độ âm điện của các dị tố thay đổi theo dãy sau: O > N >

S, bởi thế cho nên furan mang đóng góp vào sự tồn tại của các cấu trúc cộnghưởng (II) >(V) nhỏ hơn pirol và của pirol nhỏ hơn thiophen Hay nói cách

khác oxi trong furan cho đôi electron của mình tham gia vào liên hợp hoá vớielectron z nhỏ hơn so với N, S do đó độ thơm của furan nhỏ hơn pirol và độ

thơm của pirol nhỏ hơn của thiophen.

Mặt khác độ dài liên kết trong các phân tử: furan, pirol và thiophencũng có giá trị trung gian giữa các liên kết đơn và đôi thông thường:

Điều này cũng chứng tỏ sự mất định xứ của cap electron không chia xẻ trên di

tố và sự đóng góp đáng kể của các cấu trúc cộng hưởng phân cực vào sự tồn

tại của chúng.

Như vậy rõ ràng độ thơm của các dị vòng này phụ thuộc vào cặp

electron không chia xẻ mà di tố đóng góp vào hệ thống electron Z của vòng.

1.1 2 Cấu tạo của di vòng piridin.

Piridin là dị vòng sáu cạnh chứa một dị tố nitơ Về nhiều mặt nó rất

giống với benzen, nhưng mặt khác nó cũng giống dị vòng thơm 5 cạnh một di

tố nitơ (pirol) Tuy nhiên giữa piridin và pirol cũng có nhiều điểm khác nhau,

đặc biệt về bản chất và vai trò của dị tố nitơ đối với toàn bộ hệ vòng, mà từ đódẫn tới những khác nhau về cả tính chất hoá học.

Theo thuyết MO thì piridin có cấu tạo vòng phẳng, trong vòng chứa

năm nguyên tử cacbon va một nguyên tử nito Giá trị năng lượng ổn định của

vòng piridin khá cao, đạt tới 134.4 KJ/mol, gần với năng lượng ổn định hoá

của benzen Nhưng khác với benzen, các độ dài liên kết trong vòng piridin

không đồng đều, ở piridin khoảng cách C-C bằng 1.394A, khoảng cách C-Nbang I 340A Bởi thế cho nên phân tử piridin không phải là lục giác đều như

benzen, nghĩa là cấu trúc không hoàn toàn đối xứng Ở vòng piridin sự phânbố điện tích không đều và do đó xuất hiện momen lưỡng cực ( pt = 2 26D).

Chúng ta cũng gặp sự phân bố không đều mật độ electron ở vòng pirol.

Nhưng giữa piridin và pirol về vấn đề này có sự khác nhau về nguyên lí, gắn

liên với vai trò khác nhau của di tố nitơ trong các hợp chất này Nhu mô tả ởhình vẽ trên trong piridin các nguyên tử liên kết với nhau bằng các liên kết

của các obitan lai hoá kiểu sp” Ngoài ra mỗi nguyên tử đóng góp một

electron p không lai hoá vào hệ thống sáu electron œ giải toa trên toàn phân tử.

Nhưng trong khi dị tố nito ở pirol thể hiện tính chất cho electron và đóng góp

cả cặp electron dư của mình vào hệ thống electron 7 của vòng, thì ở piridin di

tố nito lại có tính hút electron va “hút” về phía mình tất ca mật độ electron của

vòng Mặc dù dị tố nito của cả hai trường hợp này đều ở trạng thái lai hoá sp”,

nhưng các obitan khác nhau của chúng tham gia vào sự xây dựng vòng Trong

trường hợp của piridin sự tạo thành hai liên kết ø và một liên kết giữa các

nguyên tử C, với dị tố nito, dẫn tới một điều rang cặp electron còn lại không

liến kết của nitơ nằm ở ngoài vòng Obitan p của cặp này cũng nghiêng đi

không đáng kể khỏi mặt phẳng vòng Hình dưới đây mô tả một phân đoạn

C-N-C của cấu trúc piridin

Liên kết xichma

Mat phẳng vòng Obitan với cap electron tự do

Sự phân bố có lợi nhất các góc hoá trị giữa các obitan của dị tố nito

trong hệ vòng piridin đòi hỏi sự sắp xếp nguyên tử nitơ vào vòng ở dạng cụ thể

như thé nào để sao cho tiêu tốn năng lượng ở mức nhỏ nhất, và đảm bảo độ ổn

định cao của vòng Cần nhấn mạnh rằng, khi đưa nguyên tử nitơ vào vòng

không chỉ làm thay đổi tính chất của bộ khung cacbon của vòng, mà sự liên

hop của các electron ø trong vòng cũng anh hưởng đến bản thân di tố nito Sự

tương tác bổ xung của cặp electron tự do bên ngoài đối với hệ electron 7 của

vòng, dan tới làm giảm một chút tính bazo của piridin (pKa=5 2) Tuy

nhiên nhờ có cặp clectron tự do này mà piridin chẳng những có tính bazơ mà

còn dễ dàng tạo phức với các axit Liuyt, và với nhiều ion kim loại Độ ổn

định của một số phức đó phụ thuộc vào mức độ liên hợp với nhân thơm

Tuy nhiên tất cả những điều đã trình bày (sự phân bố mật độ electron,

các đại lượng năng lượng ổn định ) chỉ đặc trưng cho phân tử piridin trung

hoà về điện.

Sự phân bố mật độ electron trong vòng piridin tương ứng với kết luận về

đặc tính electrophin của vòng và tính nucleophin của nito Mat khác theo

thuyết lai tạo cộng hưởng thì phân tử piridin có thể được mô tả bằng sự lai tạo

cấu trúc cộng hưởng giới han, với sự phan chia điện tích trong vòng:

O O ÔcsO 0(1) (il ID) 4V) (V)

Từ sự so sánh đại lượng momen lưỡng cực của piridin (2.26D) thấy lớn

hơn nhiều so với momen lưỡng cực của piperidin (I.16D), có thể kết luận

rằng trong trường hợp của piridin, sự đóng góp vào lai tạo cộng hưởng của cácdạng có phan bố điện tích ( II] > V ) cũng rất đáng kể Cũng từ đây ta thấy sự

thế clectrophin trên các nguyên tử cacbon, đặc biệt ở vị trí 2, 4, 6 rất tin

tưởng, vi ở đó tích điện dương Trong các cấu trúc ( I) và (II), sự thế

electronphin chỉ có thể xảy ra ở các vị trí 3 và 5 Di tố nito của piridin trong

các trường hợp này thể hiện vai trò như một nhóm thế loại hai do tính chất hútelectron của nó Nói một cách khác, trong phản ứng thế electronphin có thể

so sánh ban chất của piridin với ban chất của nitrobenzen.

Các dữ kiện thực nghiệm cũng chi ra rằng tương tự như benzen các cấu

trúc (I) và (II) hiển nhiên mang sự đóng góp lớn nhất vào sự lai tạo cộng

hưởng của piridin Su phân bố mật độ electron cũng phù hợp với gia thiết nay.

Ta cũng thấy ở các vị trí 2 và 6 điện tích dương lớn hơn một chút so với vị trí

4, điều này chắc chắn gan liền với hiệu ứng cảm ứng âm của di tố nito.

Sự tính toán mật độ clectron ở piridin với sự tính đến cả điện tích hình

thức của các electron o đã chi ra rằng hiệu ứng cảm ứng của di tố nitơ phụ

thuộc vào sự phân bố cụ thể của các electron này:

Bang 1.2 Sự phân bố mat độ electron ở phân tử piridin.

Sự tính toán như vậy cũng chỉ ra ảnh hưởng của điện tích o của dị tố

nito đến độ linh động của cap electron tự do ở mức độ mạnh, đã bị làm yếu đi

một chút do tác dụng của hệ thống electron x liên hợp Sự biến dang không

lớn của góc C-N-C (117° so với 120° của trang thái lai hoá sp”) Và sự gia

tăng một chút đặc tính s của cặp electron tự do so với điều này cần có ở trạng

thái lai hoá sp” của nito đã chứng minh cho đặc tính thơm rõ rệt của piridin.

Các đại lượng bậc liên kết trong piridin rất gan với nhau cũng chứngminh cho tính chất như nhau của các cấu trúc (I) và (II).

Sự so sánh các đại lượng phân bố mật độ electron với các đại lượng của

năng lượng ổn định hoá của piridin cho phép kết luận rằng: Sự thế electrophin

chỉ có khả năng xảy ra ở vị trí 3 và 5 trong các điều kiện rất khắc nghiệt Ở

các vị trí 2 và 6 cũng trong điều kiện khắc nghiệt có thể diễn ra sự thếnucleophin Còn ở vị trí 4 phản ứng thế nucleophin cũng có thể xảy ra nhưng

khó khan hon ở các vị trí 2 và 6 Di tố nitơ thể hiện tính bazơ, có thé tao

muối với proton cũng như tiếp nhận sự tấn công của các tác nhân electrophin

như các nhân ankyl hoá chẳng hạn.

1.2 Tính chất của các dị vòng năm cạnh furan, thiophen, pirol.

1.2.1 Phan ứng thế electrophin (S,).

Furan, thiophen và pirol có khả năng phan ứng khá cao đối với các tácnhân electrophin, tới mức tương đương với phenol va anilin.

Như đã biết, trong các dị vòng này có sự phân bố bất đối xứng điện tích,

làm cho trên các nguyên tử cacbon của vòng tích điện âm lớn hơn trên nguyên

tử cacbon của vòng benzen Đây chính là nguyên nhân gay ra tính nhậy cảm

cao của các di vòng furan, thiophen và pirol đối với sự thế electrophin.

Ngay trong các dị vòng này người ta cũng thấy khả năng phản ứng thế

clectrophin giảm dần từ furan đến pirol rồi thiophen Thí dụ sau đây chứng

Dưới tac dụng của axit thì thiophen tỏ ra bền vững hon pirol va furan.

Điều này cho phép sử dụng rộng rãi các tác nhân axit khi lựa chọn điều kiện

thực hiện phản ứng thế clectrophin ở vòng thiophen Trong khi đó đối vớifuran và pirol lại phải hết sức tránh các tác nhân axit mạnh, bởi vi trong điều

kiện như thế chúng rất dễ bị polime hoá.

Các tác nhân thế clectrophin chủ yếu tấn công vào vị trí 2 của vòng

furan thiophen và pirol, bởi vì trạng thái chuyển tiếp xuất hiện trong trườnghợp này có năng lượng thấp hơn (nhờ sự ổn định hoá do cộng hưởng lớn hơn )

so với trạng thái chuyển tiếp dẫn tới sự thế ở vị trí 3.

Halogen hoá trực tiếp furan bang halogen phân tử thường diễn ra với

tốc độ rất cao, đồng thời hidrohalogenua sinh ra lại gay nên sự polime hoá

nhanh chóng toàn bộ sản phẩm, bởi thế cho nên không thể tách chúng ra được.

Nhưng trong các điều kiện nhẹ nhàng hơn brom có thể cộng hợp vào vòngfuran để tạo thành hợp chất trung gian kém bền vững nên dễ bị phân huỷ bởidung môi thành các sản phẩm khác nhau:

CH,COOH, 10°C CH,Coo“ O° ~OCOCH,

Nhưng tốt hon cả có thể brom hoá furan bằng phức dioxandibromua ở

o°c, khi đó nhận được 2-bromfuran với hiệu suất cao.

Pirol cũng dé dàng phản ứng với các tác nhân halogen hoá nhưng

thường cho các sản phẩm poli halogenua.

Thiophen phản ứng với clo và brom rất nhanh chóng và sản phẩmthường là hỗn hop mono halogenua cùng với poli halogenua, mà hỗn hợp này

thì rất khó tách thành từng hợp chất riêng biệt Nhưng iot hoá thiophen lại diễnra rất chậm, tuy nhiên có thể nhận được 2-iotthiophen với hiệu suất cao nếu

thêm vào phan ứng iot hoá một lượng thuỷ ngân oxit trong benzen (hiệu suất

75%), hay trong nước (hiệu suất 70%).

1.2.1.2 Nitro hoá.

Không thé nitro hoá furan, pirol va thiophen bang các tác nhân va điều

kiện thông thường như đối với benzen, bởi vì độ axit cao của môi trường sẽ

gây ra sự phá vỡ phân tử và tạo thành nhựa Tác nhân thích hợp để nitro hoá

các dị vòng này là axetylnitrat Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp và

Qua các thí dụ này chúng ta cũng có thể thấy sự khác nhau rõ rệt về xu

hướng va khả năng phan ứng của các di vòng furan, pirol và thiophen Trongkhi su thế electrophin ở pirol và thiophen diễn ra bình thường va gan giống vớibenzen thì ở furan thực chất diễn ra phản ứng cộng và kết quả tạo thành các

dẫn xuất 2, 5- dinitrofuran.1.2.1.3 Qui luật thế.

Nhu qui luật chung, chiều hướng của sự thế electronphin phụ thuộc vào

các yếu tố electron, nghĩa là được quyết định bởi sự tạo thành trạng thái

chuyển tiếp với mức năng lượng nhỏ nhất Thí dụ:

CH,CONH , Te COOC,H, CHCONHZ¿Z— COOC> HsØ + COOCH, CH,CONHTM++¢

Kém 6n dinh | Ht 6n dinh hon | ut

oh mel

CH,CONH : : CH,CONH

Ocooc,, 3 ocooc,H,

Đối với các dị vòng furan, thiophen và pirol nhóm thế đã có mặt trong

vòng đóng vai trò quyết định cho sự thế tiếp theo Nhung di tố cũng gây ra

ảnh hưởng đáng kể đến sự định hướng của nhóm thế được đưa vào tiếp theo.

11

Tuy nhiên ảnh hưởng định hướng ơ của các dị tố oxi, lưu huỳnh và nito cũng

trường hợp này xảy ra cạnh tranh giữa 2 chiều hướng và do đó tạo thành hỗn

hợp hai đồng phan, mà ty lệ giữa chúng phụ thuộc vào tương quan của hai anh

hưởng cạnh tranh đó, vào vào tính chon lựa của tác nhân electronphin.

(À CHO 1)HNO, /(CH,CO),O ry CHO

S 2)H,SO, loang O,N S

CV aun Br, (CH ,COOH) / \ COOH

S 380 Br Ss (69%)

Qua các thí du trên có thé thấy rõ ràng rằng ở các dẫn xuất của furan thì

ảnh hưởng định hướng ơ của dị tố đóng vai trò quyết định sự định hướng của

tác nhân electronphin nhưng đối với pirol và thiophen thì ảnh hưởng của nhóm

thế chiếm ưu thế trong sự định hướng tấn công của tác nhân clectronphin.1.2.2 Phản ứng thế nucleophin (S,) và thế gốc (S„).

Mac dù các dẫn xuất halogen của furan và thiophen tương đối tro đối

với sự thế nucleophin nhưng khả năng thế nucleophin ở chúng vẫn cao hơn so

với các dẫn suất halogen tương ứng ở benzen Điều này được giải thích rằng

hiệu ứng cảm ứng âm của di tố trong các dị vòng nay đã gây ra sự tăng thêm

diện tích dương phần trên nguyên tử cácbon gắn với halogen do vậy nguyên tử

halogen trong các trường hợp này dễ bị thay thế nucleophin hơn so với ở dãy

benzen Tuy nhiên ảnh hưởng này cũng không đáng kể lắm vì bên cạnh đó

còn có hiệu ứng liên hợp ngược lại của halogen với di vòng thơm (cũng như ở

dãy benzen) Và có thể xảy ra sự va chạm của tác nhân tấn công nucleophin

mang điện tích âm với các electron p trên di tố oxi hay lưu huỳnh Cũng như

trong dãy benzen khi đưa nhóm thé hút electron mạnh vào phân tử các di vòngnày sẽ làm dễ dàng hơn cho sự thế nuclêophin Thường các dẫn xuất halogen

của các di vòng thom 5 cạnh được hoạt hoá bởi nhóm hút electron và như vay

sẽ có khả nang thế nuclêophin lớn hon rất nhiều so với dẫn suất halogen của

Cả ba hợp chất này đều có tính thơm điển hình, nhưng đặc tính thơm

của chúng không giống nhau mà tăng lên theo day furan < pirol < thiophen.

Euran có tính thơm kém nhất bởi vì sự liên hợp của cặp electron 2p của oxi vớicác electron 2p của cacbon kém, do năng lượng các obitan của chúng khác xa

nhau Do đó đặc trưng phổ của furan phần nào gần giống với đặc trưng phổ

của hệ butadien ( -CH=CH-CH=CH- ), trái lại thiophen có đặc tính thơm gầnbenzen hon do sự liên hợp của cặp electron 3p của lưu huỳnh với các electron

2p của cacbon mạnh hơn vì năng lượng obitan của chúng gần nhau hơn Phổ

tử ngoại ứng với bước nhảy x > x ` của furan, pirol và thiophen là 207, 210

và 235 nm Như vậy phổ tử ngoại của thiophen gần với benzen (256nm).

14

Ngoài ra trong phổ của chúng còn có bước nhảy n> œ ` của các electron n của

dị tố nhưng cường độ rất yếu.

Khi có mặt nhóm thế ankyl ở nhân dị vòng chỉ làm chuyển dịch ít các

cực đại hấp thụ về phía sóng dài Nhưng khi có mặt các nhóm thế gây ra hiệu

ứng liên hợp với vòng thơm ( -CH=O, -COR, -COOH, -NO,, -NH,, -Br )

làm chuyển dịch mạnh các cực đại về phía sóng dài (Xem bang l 3)

Bảng I.3 Phổ tử ngoại của một số dẫn suất của dị vòng năm cạnh.

Hợp chất 2 sax (nM) E Max Dung môi

Furan 207 9100 | XiclohexanPirol 208 7700 Hexan

Thiophen | 231 7100 Xiclohexan2,5-Dimetylfuran 220 8000 Ruou

Các hợp chất dị vòng 5 cạnh furan, pirol và thiophen có cấu tạo phẳng,

thuộc nhóm đối xứng c,, Furan và thiophen có 21 dao động còn pirol vì cóthêm nguyên tử hiđro gắn vào nguyên tử nito nên có 24 dao động cơ bản.

1Š

Bang 1.4 Tần số dao động cơ bản của thiophen, pirol và furan.

Dao | Loại dao | Mẫu dao | Furan | Thiophen | Pirol

| vụ B | own | - - 565B | Bạy 874 872 867A, Pu» 720 604 711

B, Yoong 601 | 453 649A, Won 550 | 565 618

1.3.1.3 Phổ khối.

Các hợp chất di vòng furan, pirol và thiophen trong quá trình ion hoá

cho sự phân hoá theo sơ đồ sau:

16

“—~ ff \ —_- ¥

Các dẫn xuất ankyl của chúng có khuynh hướng thuận lợi là tach một

phần gốc ankyl để tạo ra ion dị vòng 6 cạnh tương ứng:

Các chất dị vòng ngưng tụ có khuynh hướng vỡ dị vòng trước Điều đó

chứng tỏ di vòng pirol, furan và thiophen kém bền hơn vòng benzen.

Vòng piridin có cấu tạo electron tương tự vòng benzen, ngoài ra đứng

về mặt năng lượng mà xét thì ở piridin năng lượng của các obitan z gần giống

với các mức nang lượng của các obitan z ở benzen.

_V-L@/ 64

17

Trong phân tử piridin nguyên tử nito còn cặp electron tự do, do đó

trong phổ của nó (ở trạng thái hơi) cũng quan sát thấy dai hấp thu ứng vớibước chuyển n> ` (À = 270 nm, e = 450 )trong dung dich nó bị che phủbởi dải hấp thụ mạnh — 2°.

Khi có mặt nhóm thế thì cực đại hấp thụ bị chuyển dịch về phía sóng

đài tuỳ thuộc vào bản chất của từng loại nhóm thế.

Bảng 1.4 Phổ tử ngoại của dị vòng piridin có chứa một số nhóm

thé(Ayjaxs nm).

Hợp chất non | mon ('‘Lb) | n> 2 (!La) | Dung môi

À Max | ÖMmx | À Mac | Emax | Anos | Emax

Piridin | 270 | 450 | 251 | 2000 | 198 | 6000 Hexan[ i | 176 | 70000

1- H® 256 | 5500 | 201 | 3000 dd axit

2- C,H, R 262 | 2700 | 204 | 6500 Heptan

2-CI 265 | 2850 | 211 | 54400 | HeptanL 184 | 27400

Dị vòng piridin có các dao động tương ứng với nhóm đối xứng C,,,

trong khi đó benzen thuộc nhóm đối xứng Dụ, Chúng có 27 dao động cơ bản

tất cả, trong đó các dao động 10 A,, 9B, và 5B, hoạt động với phổ hồng

ngoại còn dao động 3A; hoạt động với phổ Raman.

18

Tần số dao động quan sát được ở benzen và piridin tương tự nhau Ở

benzen có 7 cặp dao động có tần số giống nhau do đó thực tế chỉ còn 20 dao

động với tần số khác nhau.

Bảng 1.5 Tần số dao động của benzen và piridin ( cm'`).

Dao động | Loại dao động | Mẫu dao động | Benzen | Piridin

V3 A, Vou | 3062 | 3054

Và, B, Vou | 307 | 3036" A, Vou 3060 3054

¬ | A, [Ven 3080 | 3036

Voon | B Vou 3080 3083 |

Ven | A, Vy 1596 1583 |Ve | Bị | Mee 1596 1572

View | AN Be 1037 | 1068

Vị A, _| Dao động vòng 992 992vụ A, {ve 1010 1030

Vs B, You _ 985 942

Vion B Yeu 849 | 886Vụ B, Yeu 671 700

Vex | A, Bong 606 605v [| B | Vee | 606 652

| Vụ B, [ty 702 749

or B, | Yang re 405 405

Di vòng thom piridin có các vùng hấp thụ đặc trưng sau:

- Vùng dao động hoá trị C-H nằm ở: 3083 ; 3054 và 3036 cm" Piridin thếcho hai dai hấp thụ ở 3095 - 3036 cm” và 3055- 3010cm''.

ry

-Vùng dao động tổ hợp đặc trưng ở vùng từ 2000- 1650 cm', tuỳ theo vị trí

thế cho các hình dạng khác nhau.

- Vùng 1650- 1350 cm” đặc trưng cho dao động vòng C=C và C=N có các

duplet: 1610-1580 ; 1585- 1570 ;1485- 1470 và 1440- 1420 cm’! tuỳ thuộc

vào trạng thái và nhóm thế gắn ở vòng piridin.

-Vùng 1300- 1000 cm’ là vùng đặc trưng cho dao động biến dạng j.„„ thayđổi tuỳ theo nhóm thế.

- Vùng 1000- 650 cm” đặc trưng cho dao động biến dạng y,;, của vòng piridinthay đổi phụ thuộc vào vị trí nhóm thế.

Bảng I.6 Tần số đặc trưng dao động biến dạng y,.,, của vòng piridin thế.

Piridin thế cm cm! cm! cm]

3- 794-781 752-746 - | 780-740

3 810-789 | 715-712 | 920-880 | 820-7704- 820-794 | 775-729 - 850- 790

Thông thường người ta tổng hợp các hidrazon bằng cách ngưng tụ các

andehit với các dẫn xuất của arylhidrazin trong điều kiện nhiệt độ và xúc tác

thích hop [21] Phản ứng xảy ra như sau:

HOR R R R

` - :

R-N: + c= =p sim <> r-N-on _H9 R-N= 4

ft 4H ft “H if H SH

Xúc tác thường sử dung ở đây là CH,COONa Trong quá trình phản

ứng việc khống chế pH là rất quan trọng vì phân tử arylhidrazin có thể tạo

muối trong môi trường axit mạnh:

R-NH-NH, <> R-NHNH,

Như vay đã anh hưởng tới quá trình phản ứng tiếp theo.

1.4.1.2 Ngung tụ andehit thơm với hidrazin trong môi trường kiềm [33].

Sản phẩm của phản ứng này thường kém bền và dé tách N, để tạo thành

hiđrocacbon thơm

Ar-CHO + H,N-NH, KOH, ar-cH, + N,

Ngoài ra còn có thể sử dụng phương pháp này để tổng hợp các

thiosemicacbazon: Tương tác của các hợp chất cacbonyl với thiosemicacbazit

trong dung môi ctanol và xúc tác là axit axetic [13]:

¬ ctanol XS Tự

R-CHO + H,N-NH-C-NH, HOH R-CH=N-NH-C-NH,

S S

1.4.2 Tính chất phổ của các hidrazon.1.4.2.1 Phổ tử ngoại.

Các hợp chất hữu cơ có nối đôi liên hợp và các chất màu nói chung

đều xuất hiện những hấp thụ đặc trưng ở vùng tử ngoại Các hidrazon có cấu

trúc R-CH=N-NH-R' đều có những hấp thụ đặc trưng ở vùng tử ngoại, va

những hấp thụ đó ứng với bước nhảy m> x của phan tử So với

21

phenylhidrazin thì các hidrazon tương ứng có hấp thụ cực đại chuyển dịch về

cường độ hấp thụ.

Tuy nhiên sự dịch chuyển này còn phụ thuộc vào bản chất và vị trí của

nhóm thế có trong phân tử Các nhóm thế khi gắn vào các vị trí khác nhau của

phân tử sẽ làm chuyển dịch vị trí hấp thụ cực đại của phân tử hoặc làm thayđổi dang đường cong hấp thụ Nếu nhóm thé không phải là nhóm mang màuvà không chứa các cặp electron tự do (như các nhóm ankyl ) thi sự thay đổi

của các cực đại hấp thụ ít, nhưng nếu là nhóm mang màu hoặc nhóm trợ màu

có liên hợp với phân tử thì sự thay đổi này rất rõ rệt.

Ngoài ra đối với phổ tử ngoại thì dung môi cũng anh hưởng đến hấp thụ

cực đại Cùng một chất nếu đo trong các dung môi khác nhau thì cũng cho

các hấp thụ cực đại khác nhau.

1.4.2.2 Phổ hồng ngoại.

Theo sự nghiên cứu của nhiều tác giả thì những hợp chất azometin,

hidrazon có đặc trưng hấp thụ vc_y ở vùng từ 1690-1590cm'"' [32] Các hấp

thụ đặc trưng này còn phụ thuộc vào bản chất của nhóm thế cạnh nhóm

azometin Chẳng hạn với nhóm thé là mạch thang thì vụ nam ở vùng 1690 1660cm'' Đối với các nhóm thé là aryl thì v._„ nằm ở vùng 1615-1690cm''.

-Thí dụ: 2, 4-dinitrophenylhidrazon có v w là 1595cm' trong khi đó hidrazon

mạch thang như: (CH,),C=N-NH-C,H, có vey là 1604cm''{1I6]

22

Qua đây ta thấy đặc trưng hấp thụ v¿.y của azometin và hiđrazon phụthuộc vào bản chất của nhóm thế cạnh nó Nếu nhóm thế làm ảnh hưởng đếnhệ liên hợp sẽ làm giảm tần số hấp thụ cũng như cường độ hấp thụ, còn ngược

lại sẽ làm tăng tần số hấp thụ.

Ngoài ra đối với các hợp chất hiđrazon còn có một đặc trưng hấp thụ Vy;

ở 3300 cm”

1.5 Hoạt tính sinh học của các hidrazon.

Từ lâu người ta đã biết các hợp chất có nhóm azometin có tác dụng sinh

học như: kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm Nhiều chất đã được dùnglàm thuốc Nhiều hợp chất thuốc có chứa nhóm nitro thơm cũng đã được sử

dụng trên lâm sang [5].

Bản thân các hợp chất dị vòng cũng có hoạt tính sinh học phong phú.

Theo nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học thì một số di vòng có

kha năng chống bệnh hen xuyễn cho người, chống bệnh ở chim, cừu Một số

được dùng làm thuốc chống co giật, thuốc an thần, tẩy giun, thuốc diệt cỏ và

thuốc tẩy giun.

CHƯƠNG 2: KẾT QUA VÀ THẢO LUẬN

Để đạt được mục đích mà đề tài đặt ra chúng tôi đã tiến hành một dãy

các phản ứng theo sơ đồ sau:

2.1 Tổng hợp các chất đầu.

2.1.1 Tổng hợp p- bromanilin [26, 27].

Đây là phản ứng qua nhiều giai đoạn, hơn nữa hơi brom rất độc và cácdụng cụ cần cho phản ứng khá phức tạp Chúng tôi đã cải tiến phương pháp

trên cho phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm và đã thu được sản phẩm với

hiệu suất tương ứng như tài liệu, sơ đồ phản ứng như sau:

#=- + (CHCO),O ——> ( \—mecn, + CH,COOH

5- nitrofufurol là chất rắn màu vàng nâu, các tinh thể hình tru, t°,.=34°C.

Phản ứng tổng hop 5- nitrofufurol được thực hiện qua hai bước:

* Budcl: Tao 5- nitrofufurolđiaxetat.

Ở đây anhidritaxetic đóng vai trò là chất bảo vệ nhóm anđchit Trong

quá trình thực hiện phản ứng chúng tôi nhận thấy nhiệt độ, tốc độ khuấy cũng

như nồng độ axit H,SO, ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất phản ứng Nếu nhiệt

độ quá cao sản phẩm rất dễ bị nhựa hoá.

Hiệu suất phản ứng: 35-45%

Phổ hồng ngoại: v„„ = 1530 cm” và 1390 cm" ;V co = 1690 cm".

Phan ting được tiến hành trong dung môi 1, 2-dicloetan với xúc tác lưu

huỳnh và hidroquinon Sản phẩm được cất lôi cuốn bằng hơi nước nên có độ

tinh khiết cao.

Trong quá trình phản ứng chúng tôi thấy brom là chất oxi hoá mạnh cho

nên khi cho brom vào cần phải cho từ từ, và phản ứng thực hiện trong môi

trường trơ nếu không rất dễ cháy sản phẩm.Vp, = 660 cmÌ, Vo = 1675 cm".

Phản ứng được tiến hành trong dung môi axit axetic, đun hồi lưu cách

cát Trong quá trình phản ứng chúng tôi thấy phản ứng này xảy ra dễ dàng và

cho hiệu suất cao: 79%.

điazoni kém bền với nhiệt, nhiệt độ phản ứng trong giai đoạn này không vượt

quá 5°C Giai đoạn hai là quá trình xảy ra phan ứng ghép đôi Phản ứng xảy ra

theo cơ chế gốc, với tác nhân tạo gốc là CuCl, Giai đoạn nay phan ứng xảy ra

Hiệu suất | T°nc | Két tinh lai

STT X (%) (°C) Mau trong dung môi

| p- Br 55 152_ | Vàng dam Benzen

2 p- NO, 70 204 | Vàng nau |_ Axit axetic

3| m-NO, 65 150 Vang Axit axetic

4 o-NO, 70 101 Vang Benzen

27

2.2 Tổng hợp các hidrazon.

Các hidrazon được tổng hợp theo [31] Đó là quá trình ngưng tụ các

andehit dị vòng với arylhidrazin:

tinh thể có mầu, có điểm chảy xác định (xem bảng 2 2)

Bảng 2.2 Các arylsunfonylhidrazon chứa nhân di vòng furan.

2.2.2 Tổng hợp các arylsunfonylhidrazon chứa nhân dị vòng thiophen.

Các arylsunfonylhidrazon chứa nhân dị vòng thiophen cũng được tổng

hợp theo [20] Sản phẩm là những tinh thể có màu, và có điểm chảy xác

định(xem bảng 2.3).

28

Bảng 2.3 Một số arylsunfonylhidrazon chứa nhân dị vòng thiophen.

2.2.3 Tổng hợp các arylsunfonylhidrazon chứa nhân dị vòng pirol va piridin.

Các arylsunfonylhidrazon chứa nhân di vòng pirol và piridin được tổnghợp theo [21] Sản phẩm là những tinh thể có màu, có điểm chảy xác định

2.2.4 Tổng hợp các arylsunfonylhidrazon chứa nhân benzen.

Các arylsunfonylhidrazon chứa nhân benzen được tổng hợp theo [20].

Sản phẩm là những tinh thể có mau, có điểm chảy xác định (xem bảng 2 5).

29

Bảng 2.5 Một số arylsunfonylhidrazon chứa nhân benzcn.

391-Bảng 2.7 Phổ tử ngoại của: ROIENAMESO, —Á CH,

Phương pháp phổ hồng ngoại đối với hợp chất hidrazon không đặc

trưng lắm vì dao động v.-y ở 1650-1610cm" thường bị lẫn với dao động Vu

của vòng thơm Tuy nhiên ngoài dao động v ¿_y, chúng tôi còn thấy xuất hiện

dao động v yy ở 3310 - 2850 cm”; v xo ở 1560 - 1340 cm”; v go ở 1140 cm" Chúng tôi còn thấy xuất hiện các dao động của nhóm thé ở vị tríortho, meta, para của vòng benzen ở vùng 900 - 650 cm”, và các dao động đặc

1380-trưng của nhân dị vòng furan, pirol,thiophen, và piridin ở 3400-3100 cm’.

Dao động đặc trưng của nhóm v c.„ ở vùng 1740 - 1685 cm’! không còn

thấy xuất hiện trên phổ nữa, điều đó chứng tỏ đã có sự chuyển hoá từ hợp chất

cacbonyl sang hợp chất hidrazon.

31

Bảng 2.8 Phổ hồng ngoại (cm) của:

R Vượ | tam | May | ¥ oe

H | 12752 | NO, | 1545 1269

1345 |

3 m-NO, 1526 1257 3099 1637

1350 _|

4 p-NO, 1510 1240 3084 1623| 1340

2.3.3 Phố khối.

Chiing tôi đã tiến hành đo phổ khối của một số chất tong hợp được Kết

qua được nêu trong bang 2.11.

Bang 2.11 Phổ khối của một số hidrazon.: R-CH=N-NH-SO, CHSố TT | R M' m/e ( cường độ vạch % )

„ ứ À 343 343(12): 18820); 1600); 155(10):| 91(77); 79(100); 65(57).

2 @- 280 | 2802); 155(9; 1255); 9759);

| 96(100); 91(46): 70(32): 65(44).| 3 | (/\À —- 263 186(100); 155(21); 108(7); 94(89);

Trên phổ khối của các hidrazon chúng tôi thấy một số chất có xuất hiện

vạch phổ của ion phân tử nhưng với cường độ thấp Điều này chứng tỏ chất

tong hợp được có công thức phân tử đúng như công thức dự kiến Cường độ

vạch ion phân tử thấp và một số chất không xuất hiện vạch phổ ion phân tử

cho thấy rang ion phân tử của các hidrazon không bền.

Cùng với sự xuất hiện vạch phổ ứng với ion phân tử chúng tôi còn thấy

xuất hiện các vạch phổ ứng với các ion mảnh phù hợp với qui luật phân mảnhcủa các hợp chất dị vòng (xem các sơ đồ dưới).

t2) t2)

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ phân mảnh 5-bromfufuryliden-p-toluensunfonylhidrazon.

C,,H, ,BrN,SO,: M = 343.

an "` mm.

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ phân mảnh 2-thienyliđen-p-toluensunfonylhidrazon.

Bảng hiệu số khối m/e rút từ phổ ra.

Sơ đồ 2.3 Sơ đồ phân mảnh 2-pirolyliđen-p-toluensunfonylhidrazon.

121 |

36

Sơ do 2.4 Sơ đồ phân mảnh benzyliđen-p-toluensunfonylhidrazon.