Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp một số chất chứa dị vòng 1, 2, 4 - triazol

Mặt khác hợp chất di vòng phan lớn đều có hoạt tính sinh học và có nhiều ứng dụng trong thực tiển.. Các dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng vòng 1,2,4 - triazol rất trợ với nhiều tác nhân mạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

eeoXfeooe

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP.

Chuyên ngành : Hóa Hữu Cơ

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tiến Công Sinh viên thực hiện : Lâm Thị Tuyết Mai

THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH NAM 2004

Fe | đ0 ———== ke < Trang3

72Á7 1127 = 4

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: : - 2 3155 eSesesesecee=essEf ,.Ổ

PHAN A: TONG QUAN: 5555S eeeE01E121412222ccvcrrrrrrrr os

eR ae ee 20000g01000000002644060808 6

hội» (0 Gs Rita U2 GERAIS, NA 6 2) Tính chất của dị vòng 1,2,4 — triaZols : -. - S555 c2 73) Phương pháp tổng hợp dị vòng 1,2,4 - triazol và dẫn xuất: 13

II Ứng dụng của dị vòng 1,2,4 - triazol và dẫn xuất của nó: 17

s Hidravit của axk benzole (H220 00c kksx6 22

e Hidrazit của axit ciaamliG (HÀ) scsssesssseasssoosssiinsvisrssacessenvscsnnsonssanes 22

4)Tổng hợp thiosemicacbazit: - 55-5 5555<5s55S+ „u27

-1~ SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

e Benzoylthiosemicacbazit (Thy): -. -<<<<<<<<<<<+ 22

« Cimamylthiosemicacbazit (Tha): - << {c<5<<<< << 22

SHE Gris: hơi 123)Á— ĐH ĐI o0 sck¿caŸkceidiniiiiiiia6ssecsekei 22

« 3— mecapto — 5 — phenyl - 4H ~ 1,2,4 - triazol 2

« 3 — mecapto — 5 — cinamyl — 4H - 1,2,4 - triazol 22

PHAN C: KET QUA VÀ THẢO LUẬN: -ccccc-c e-ccce 24

TÀI LIỆU THAM KHẮC — 0G 37

-3- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

LOF CAM ON.

Yé đoàn thanh đuận tăm nayngodi ue né đực cia bin thin còn có se

gif ME cia (lầy có wa ban đò, [lâm déy em xin chin thanh gi lot cdm

on dén:

Thiy ANgayén Tién ng da đến lim biting din nà nhiél link gưới

dé om (hong sul thet gian (Ác hi¢n dé đàc

Em cting xin chin thanh git let cảm on dén các thay có tong lé Hoa hitu cứ nói rviéng wat Khoa Hba nói chung dé lao dibu hin lhudin lee cho

Lim Thy Tuyét Mai.

-3- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

Luôn vin lối nghệ GVHD ThŠ Neen Tiến Có

ĐẶT VẤN ĐỂ

Téng hợp hữu cơ nói chung và tổng hợp các chất dị vòng nói riêng ngàycàng phát triển và đóng góp to lớn vào kho tàng khoa học vé cả phươngdiện lý thuyết va cả thực tiễn, nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng cao củ

con người Đây là hợp chất dị vòng hiện đang được thu hút được sự chú ý

của nhiều nhà nghiên cifu Vì thế, việc chọn dé tài này chủ yếu dựa trên cơ

sở học hỏi, déng thời góp phần khẳng định khả năng phong phú trongnghiên cứu, ứng dụng dẫn xuất 1,2,4 - triazol.

Mặt khác hợp chất di vòng phan lớn đều có hoạt tính sinh học và có

nhiều ứng dụng trong thực tiển Trong nhiều trường hợp quan <roug dẫnxuất triazol được dũng để diệt cỏ dại, nấm, các loại côn trùng, kháng khuẩn,kháng nấm Và nhiều ứng dụng khác trong phẩm nhuộm, phim ảnh và công

nghiệp cao su

Từ những vấn để trên em đã chọn để tài: "Nghién cứu tổng hợp một số

chất chứa dị vòng 1;2,4-triazol ”.

Trong để tài này,chúng tôi hướng đến một số mục tiêu sau:

-Tổng hợp axit xinamic bang phản ứng Peckin

-Điều chế este và hirazit của‹axít benzoic,axít xinamic.

-Tổng hợp dị vòng 1,2,4-triazol từ hirazit tương ứng.

-Nghién cứu cấu trúc (phổ hồng ngoại) của các hợp chất tổng

hợp được.

-4- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

+ Phương pháp nghiên cứu:

« Đọc sách tra cứu tài liệu.

« Tiến hành tổng hợp.

« Do nhiệt độ nóng chảy, chụp phổ hồng ngoại

-5- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

Lad ‘nshid GVID; ThS Newt Tiến G

PHAN A: TONG QUAN

I Dị vòng 1,2,4 - triazol:

1) Cấu tạo:

Di vòng 5 cạnh chứa 3 dị tử là nitơ được gọi là trlazol Tùy thuộc vào vị

trí tương đối của các nguyên tử nitơ trong vòng, người ta chia thành

1,2,4 — triazol còn được gọi là sym — triazol (s — triazol) là chất rấn

nóng chảy ở 121°C và sô ở 260°C Đây là một hợp chất có tính thơm bởi

các nguyên tử trong dj vòng déu ở trạng thái lai hóa sp” và có 6 electron

thỏa mãn qui tấc Hucken (4n + 2)

Giản 46 phân tử !,2,4 - triazol như sau:

Lud NT GVHD: ThŠ Nguyễn Tiến C

Người ta cũng đã biết rằng 1,2,4-triazol cũng như dẫn xuất 1,2,4,-triazol chứa hai nhóm thế như nhau ở vị trí 3và 5luôn tổn tại ở hai dạng

tautome:dạng 1-(I) và dạng 4-(II).

Cân bằng này xảy ra với tốc độ rất nhanh, nên phổ NMR không ghi

được Khi gốc R = CH¡, chỉ có một tín hiệu của nhóm CH¡ Việc nghiên cứu

phổ Rơnghen cũng như tính toán momen lưỡng cực của 1,2,4 = triazol trong

dioxan (3,17D) và của 4-phenyl-1,2,4 — triazol (5,63 D trong benzen) cho

thấy rằng dạng 1H là bển vững hơn Những tính toán gần đúng cho thấy

1,2,4 — triazol dé tao muối tại NỈ, chỉ có 3,5 — diankyl/diaryl 1,2,4

-triazol mới có khả năng hình thành muối tại NỈ

2) Tính chất của 1,2,4 - triazol :

1,2,4 — triazol là một hợp chất có độ thơm cao Các dữ liệu thực

nghiệm chỉ ra rằng vòng 1,2,4 - triazol rất trợ với nhiều tác nhân mạnh

như liti nhôm hidrua, kalipemanganat, peoxit và nhiều tác nhân khác.

Phản ứng thế electrophin vào nguyên tử cacbon của 1,2,4 - triazol xảy ra

-7- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

rất chậm chạp Cho đến nay các phản ứng sunfonic hóa, Friedel — Crafts

(cả alkyl hóa và axy! hóa) 1,2,4 - triazol đều chưa được biết.

So với benzen; khả năng phản ứng thế vào nguyên tử cacbon của vòng

1,8,4 — triazol kém hơn nhiều Khi vòng 1,2,4 - triazol có nhóm thế phenyl

thi phản ứng nitro hóa luôn xảy ra ở phía nhân phenyl.

Chẳng hạn, người ta đã thực hiện được phản ứng nitro hóa đết với 3

hidroxi 1,2,4 — triazol bằng HNO; bốc khói thu được 3 — nitro — 5 — hidroxi

b)Phan ứng của tác nhân Nuclêophin vào cacbon:

Theo [2] phản ứng của 3 — iod 1 metyl > 1,2,4 triazol với 2

-metylbut — 3 — in ~- 2 —.ol tạo ra 3 — etylnyl — | — metyl - 1,2,4 - triazol:

-8- SVTH: Lam Thị Tuyết Mai

Ằ®, HC=CCMe2OH CuCl2 CS "y è 2

| C=CCMe20H C=CH

Dun lưu huỳnh với triazol có nhóm thế ở nitơ số 4 cho ta các thione: như

là từ 4 — phenyl — 1,2,4 triazol thu được 4 — phenyl — 1,2,4 triazol — 3

-thione.

i Ph

W+ vy

Các phản ứng với các tác nhân electrophin tấn công vào nguyên tử nitd

được nhiều tác giả nghiên cứu.

Coburn và cộng sự của ông đã tổng hợp được NỶ — axetyl 3 — amino

-1,2,4 — triazol theo sơ đổ:

ceed

X = seebet —el a

Năm 1976, Louis - Benjamin'đã tiến hành she hóa và metyl hóa

vào 3 ~ metylthio = 5 = (2 - furyl) — 4H - 1,2,4 - triazol theo sơ đề:

s

H

-9- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

DT «san

Việc chuyển hóa các nhóm thế của vòng 1,2,4 - triazol cũng đựơc

nhiều tác giả quan tâm Tuy nhién alkyl hóa trên NỶ thì khó hơn N' hoặc N?.

d)Phan ứng trên nhóm thế:

Từ các hợp chất 5 — aryl - 3 — mecapto - 1,2,4 — triazol, các tác pia [3]

đã tổng hợp các hợp chất 5 - aryl — 3 — metylthio — 1,2,4 — triazol:

N——N —CH; w—=N —œ

| + CHÍ ————> onf \ 2 ——®ChH,

NO” L1 T2—+ k

Sự alkyl hóa tào N xảy ra với các gốc alkyl: metyl, etyl, benzyl và các

gốc hidrocacbon mạch ngắn Vì thế khi tetraacétylglucopyranosy! hóa của 3

— metyl — 4 - phenyl — 1,2,4 — triazolyl — 5 — thiol thì thế trên S, khi có mặt

Hg” thì cho hợp chất déng phân (II):

- 10- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

khi tác dụng với axetylclorua thì thu dude diaxetyl — 1,2,4 — triazol.

Khi đun hồi lưu 3,4 — diamino — 5 — alkyl/ aryl — 1,2,4 — triazol ở dạng

bromhidrat với etylaxetat có mặt natriaxetat trong 3 giờ cũng thu được hợp

chất triazepin tương tự như trên.

Bằng cách diazo hóa nhóm amino sau đó chuyển thành hidroxi,Thomas J.Schwan đã tổng hợp được axit 5 — hidroxi — 1,2,4 — triazol — 3 —cacboxylic axít này sau đó đã được tiếp tục chuyển hoá thành este:

Š ~ mecapto — s — triazol đã thu được 6 — amino — 3 — etyl — 3 triazol — [3,4

~ b] — thiadiazol theo sơ đồ phản ứng:

-12- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

3) Phương pháp tổng hợp dị võng 1,2,4 - triazol và dẫn xuất:

Phương pháp đơn giản nhất tổng hợp 1,2,4 - triazol là ngưng tụ diaxylhidrazin với amoniac hoặc amin theo sơ dé:

N——N

RCONHNHCOR + RNH, 222% wll x

N

Phương pháp nay cho hiệu suất cao.

Một phương pháp phổ biến khác để tổng hợp các hợp chất chứa vòng

1,2,4 — triazol (s-triazol) là khếp vòng các axylthiosemicacbazit hoặc axylsemicacbazit hoặc aminoguanidin trong môi trường axit hay môi trường

tú fLnghiê GVHD: Ths Nguễn Tiến Có

Để tổng hợp 3,5 - điankyl/ diaryl - 4 — ánkyl⁄ phenyl - 1,2,4 — triazol,

có thể dùng tác nhân nucleophin ArNH; tác dụng với 2,5 diankyl/ điaryl

-1,3,4 ~ oxadiazol theo sơ đồ:

Củng có thể tổng hợp các hợp chất 3,5 — diankyl - 4 - amino/ ankyl

amin - 1,2,4 - triazol theo sơ đồ:

CH; - [ Àa, — CH; - FV

(R:H,CH;, C;H;)

Một hướng tổng hợp dị vòng 1,2,4 - triazol được rất nhiều người quan

tâm là tổng hợp các chất 5 — aryl/ ankyl 4 — amino/ arylamin 3

-mecarpo - 1,2,4 — triazol Để thực hiện mục đích này, nhiều tác giả đã thựchiện quá trình tổng hợp theo ba giai đoạn từ axylhidrazin [5] Sơ đổ tổng

“Luận A nghÚÊp,——————QŠVD,1hồ,À(ubŠn, Tiến, Công,

Phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian qua và trãi qua ba giai đoạn nên hiệu suất chung của quá trình không cao Nhằm nâng cao hiệu suất của

quá trình tổng hợp các hợp chất dãy 4 amino 5 aryl 3 mecapto

-1,2,4 - triazol, lack R.Reid đã để xuất phương pháp tổng hợp mới theo sơ

dé:

§

RCONHNH, — =RCONHNH-CH-SHK* — “#4, xạ CẢ SH

Nhờ sử dụng phương pháp này nhiều tác giả đã tổng hợp được các hợp

chất 4 — amino — 3 — aryl - 5 — mecapto — 1,2,4 — triazol.

Một phương pháp khác để tổng hợp các hợp chất 4 — amino — 3 — aryl —

5 - mecapto — 1,24 - triazol là đi trực tiếp từ axit cacboxylic và

thiocacbohidrazit [4] Sơ 46 phản ứng như sau:

hoạt chất kháng nấm, kháng khuẩn cao

-lã- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

Trong những năm gần đây, các hợp chất 4,5 - diaryl - 3 - mecapto - 4

~ amino = 3 = aryl = 5 = mecapto - 1,2,4 — triazol được rất nhiều tác giảquan tâm Các chất được tổng hợp theo sơ đồ chung sau:

N—x

Ar- CONH - NH; ale Ar- CONHNH -£ -NHAr a Ar- { À ~SH

t s i.

Với các gốc Ar, Ar’ khác nhau sẽ tổng hợp được một loạt các hợp chất

có nhóm thế ở N* Các chất đã tổng hợp ra đều thể hiện có hoạt tính kháng

khuẩn, kháng nấm

Ngoài ra có thể tổng hợp 1,2,4-triazol từ các hợp chất dị vòng khác như

là:

e Phản ứng của 2-metylamino-l,3,4-thiadiazol tạo thành

triazolinethione (5-thiol-4-metyl- 1 ,2,4-triazol) xảy ra với hiệu suất tốt

Lud 1Lnghiệd GVHD: Ths Nguễn liến Có

II) Ứng dụng của di vòng 1, 2 4~ t và dẫn xuất của nó:

Phần lớn 1, 2, 4 - triazol với lượng nhỏ thì dùng làm thuốc thử phân

tích, còn lượng lớn hơn thì dùng cho mục đích nông nghiệp Ứng dụng nhiều

nhất và quan trọng của dẫn xuất triazol được dùng để diệt cỏ dại, nấm, các

loại côn trùng

¢ Trong tổng hợp hữu cơ : 1,2,4-triazol là chất xúc tác tốt nhất trong

việc tổng hợp peptit.

Vi dụ: sự ngưng tụ glycin thành triglycin ở pH = 6,7 — 89 tăng lên 10 đến

20 lần nếu có sự hiện diện của xúc tác 1, 2, 4 — triazol.

Sơ đồ phan ứng sau miêu tả đặc tính xúc tác 1, 2, 4 - triazol:

vào (1) mà không có mặt triazol.

* Trong nông nghiệp:

+ 3— amino — 1, 2, 4— triazol là 1, 2, 4— triazol đầu tiên được sản xuất

qui mô lớn, có ứng dụng làm thuốc trừ cỏ trung tính, làm thuốc rụng lá ở cây bông Nhưng nó có độc tính là ức chế các enzim xúc tác ở gan và thận, và

làm suy kém chức năng tuyến giáp ở động vật và có thể là chất gây ung thư

Do đó việc sử dụng aminotriazol trong việc bảo vệ những cây thực vật ăn

được có thể bị hạn chế Nhưng hiệu quả gây bệnh tìm thấy thấp ở động vật

và chưa tìm thấy ở người Một trường hợp khác aminotriazol được thăm dò

trong việc chống lại tia X trên chuột.

-17- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

Có thể nói aminotriazol dùng làm thuốc diệt cỏ tốt nhất mà không có

một dẫn xuất triazol nào thay thế được.

Aminotriazol với nồng độ thấp đẩy mạnh tăng trưởng nhưng bistriazol

(5) thì có tác dụng ngược lại:

+ 4 — butyltriazol là một thất diệt nấm nhưng làm hại cây giống nhưng

sử dụng phức (6) thì tránh được sự hư hại đó:

Nhiều dẫn xuất alkyl và aryl của mecaptotriazol có hoạt tính chống lại

* Trong phẩm nhuộm và nhiếp anh:

Nối 1,2,4-triazol với đimetylsunfit và vang(I)clorua có thể sử dụng để

mạ kính

- 18- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

tu %nghiệ GVHD: ThŠ Nguyễn Tiến Có

Nhiều dẫn xuất 1,2,4-triazolcũng ứng dụng trong nhiếp ảnh.Như là propargylthiol (9) để ổn định nhũ tương trong phim ảnh:

s-H

4

SCH2C=CH

* Trong công nghiệp cao su:

Sự hình thành polyamid bởi sự ngưng tụ của axit đicacboxylic hoặc

diisocynat với hợp chất điamino như (10).Phản ứng của (10) với

2,6-naphtalenđicacboxylic axít cho ta hợp chất có ứng dụng trong phim chịu

Phản ứng của tributyl chì hidroxit với animotriazol cho ra (11) mà chất này

đã được biết như là thành phẩn chống ăn mòn của dẫu nhờn

II) Tiến hành tổng hợp:

1) Tổng hợp axit ciamic (ngưng tu Peckin) (A;):

Cho vào bình cẩu đáy tròn 6 ml benzandêhit vừa cất lại 10 mlanhidritaxêtic và 5g KạCO; khan vừa sang lại và nghiền mịn Lắp sinh hàn

hồi lưu, đun nóng hổn hợp trên nổi cách cát ở 180°C trong 2 giờ Để nguội

đến 100C rồi thêm hổn hợp phan ứng 100 ml NaOH 2N Chuyển hổn hợpsang bình cẩu đáy tròn lớn hơn và lấp vào bộ cất hơi nước để loạibenzanđêhit không phản ứng Sau đó thêm vào phần còn lại trong bình cầu

ig than hoạt tính và đun sôi 10 — 15 phút rồi lọc.

Để nguội dung dịch rồi axit hóa bằng axit HCl đặc cho đến phan ứngtheo giấy Cônggô (khoảng 20 ml) Kết quả của axit xinamic ở dạng tinh thểóng ánh lọc lấy kết tủa.

Kết tỉnh còn lại trong hỗn hợp rượu + nước.

Hiệu suất: 4g

Nhiệt độ nóng chảy: 133 - 135°C.

2) Tổng hợp este: etylbenzat (E;) và etylcinamat (E;):

Cho vào bình cầu 250 ml: 0,08 mol axit benzoic (hay acid cinamic) thêm

từ rượu etylic cho đến khi tan hết axit (khoảng 60 ml) Nhỏ 4 ml H;SO, đặc,

thêm đá bọt Dun hồi lưu trong 5 giờ Cat đuổi bớt rượu.để nguội trung hòa bằng Na;CO;, tách lớp Dem đi chiết lấy phần este ở lớp dưới, thu được este

dạng lỏng.Chưng cất thu lấy sản phẩm ở:

Nhiệt độ sôi: Ey: - 34,6%, E;:7,5C.

Hiệu suất: 38%.

-21- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

3) Tổng hợp hidrazit:

+ Hidrazit của axit benzoic (H;).

« Hidrazit của axit cinamic (H;).

Cho vào bình cầu este: etylbenzoat (E¡) (hoặc etylcinamat (E;)) thu được

ở trên và hidrat 80% theo tỉ lệ mol 1:3 rồi cho thêm etanol khan đến khi hỗn

hợp phản ứng tạo thành một pha đồng nhất Dun hồi lưu trong 6 giờ Cắt

đuổi bớt rượu Làm lạnh từ từ, sản phẩm tách ra ở dạng rắn Lọc lấy kết tủa

Kết tinh lại trong rượu etanol thu được tinh thể hình kim, màu trắng

Nhiệt độ nóng chảy: H; 112°C

Hiệu suất: 85%.

4) Tổng hợp benzoyl thiosemicacbazit (Thị) hoặc cinamyl thiosemicacbazit

(Th;):

Dun hồi lưu hỗn hợp của 0,01 mol hidrazit của axit benzoic (hoặc

hidrazit của axit cinamic) và 0,01 mol KSCN (1,94g), 2ml HCI đặc trong 30

ml H;O trong 6 giờ Để nguội rồi lấy kết tủa, kết tinh lại trong etanol

Nhiệt độ nóng chảy: Thạ: 202,5°C (theo tài liệu 198°C).

Hiệu suất: 84%.

5) Tổng hợp 3 ~ mecapto — 5 — phenyl 4H — 1.2.4 triazol (T,) hoặc 3

—5ci 4H — tri

-Cho 0,05 mol benzoylthiosemicacbazit (hoặc cinamyl thiosemicacbazit)

hòa trong 15 ml KOH 2N, đun hổi lưu trong 6 giờ Axit hóa phần nước lọc

bằng HCI thu lấy, kết tủa, rửa bằng nuớc, kết tỉnh lại trong etanol thu được

sản phẩm

-22- SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

Lud Seachiz GVHD: Th$ Nguyễn Tiếu C

Nhiệt độ nóng chảy: T;: 203 - 205°C Hiệu suất: 63%

+33 SVTH:Lâm Thị Tuyết Mai

PHÂN c :KET QUA VÀ THẢO LUẬN

I TONG HỢP:

“

axit cinamic

Thực chất đây là phản ứng dựa trên sự ngưng tụ andol và croton giữa

một andehit không có H„ và một hợp chất có chứa nhóm metyl hoạt động:

Độ tan của muối thu được không lớn, nên sau phản ứng thu được hỗn

hợp đóng rắn Sau khi axit hoá và lọc sẽ thu được axit thô Phải cho đư axít

để chuyển hết muối thành axít

Qua thực nghiệm chúng tôi thấydùng xúc tác K;CO; cho hiệu suất

cao hơn CH;COONa.

Axit xinamic thu được là những tỉnh thể hình lá màu trắng.

Nhiệt độ nóng chảy:134-135°C (If thuyết 133°C)

Phổ hồng ngoại (xem bảng 2 và phụ lục ) có các mũi đặc trưng sau: