Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Tổng hợp 1-(4-clorophenyl)-3-(8-hiđroxiquinolin-5-yl)prop-2-en-1-on & 3-(8-hiđroxiquinolin-5-yl)-1-(4-nitrophenyl)prop-2-en-1-on từ 8-hiđroxiquinolin

% Tác nhân E’; Tác nhân E” là một axit Lewis , nghĩa là thiếu electron có ảnh hường tới tốc độ phản ứng và tỷ lệ đồng phân: - _ Tác nhân càng hoạt động thì trạng thái chuyển xuất hiện sớ

CHOC my BỘ GIÁO DỤC VÀ DAO TẠO

@ SP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP.HCM

| KHOA HOÁ HỌC

ae

KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC

Chuyén nganh Hoa hoc hitu co

_ 3.(8-hidroxiquinolin-5-yl)-|-(4-nitrophenyl)prop-2-en-|-on

ti 8-hidroxiquinolin,

Người hướng dẫn - ThS Lê Van Dang

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thương

Thanh phố Hỗ Chí Minh

Tháng Š năm 2009

Dé tai tốt nghiép GVHD Th.S Lê Van Đă

LỜI CẢM ƠN

Đây là lan đầu tiên em làm dé tài khoa học với kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều, còn gặp

rat nhiều khó khăn trong quá trình lam thực nghiệm cũng như nghiên cứu tài liệu lý thuyết.

Dé có thé hoàn thành tốt dé tài tốt nghiệp này ngoài nỗ lực của bản thân còn có sự giúp đỡ

nhiệt tình tận tụy của mọi người.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê văn Dang, người thầy đã tận tâm hướng dẫn em trong suốt thời gian dài làm khóa luận, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kỹ năng thực hành trong

phòng thí nghiệm.

Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã hết sức

nhiệt tinh tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đề tài

Tôi cũng muốn cảm ơn tắt cả những người bạn luôn luôn giúp đỡ và ở bên động viên chia sẻmỗi khi tôi cần

Do thời gian làm còn hạn chế và bản thân còn thiếu kinh nghiêm nên để tài còn nhiều thiếu xót, rat mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô va các bạn để hoàn thiện hơn.

Kính chúc thầy cô và các bạn sức khỏe, hạnh phúc và thanh công.

Em xin chân thành cảm ơn!

Dé tai tốt nghiệp GVHD: Th.S Lẻ Văn ĐăngPHAN 1: MO DAU

I- LY DO CHON DE TAI:

- Cùng với sự phát triển của hoa học hữu cơ nói chung, tir lâu hóa học các hợp chat di vòng

đã được nghiên cứu va được ứng dụng trong nhiều nghành khoa học , kĩ thuật cũng như trong

đời sống.

- Các hợp chất dị vòng đã và đang chiếm một vị trí ngày quan trọng trong các ngành sản

xuất :

se Ngành dược phẩm : thuốc phòng trừ và điều trị các bệnh hiểm nghèo vì các hợp chất

đị vòng Nitơ có hoạt tính sinh học cao và có tính kháng khuẩn

e Nganh hóa phân tích : thuốc thứ xác định các ion vô cơ do có khả năng tạo phan ứng

phức màu thuận lợi trong việc chuẩn độ Complexon, chiết đo màu và trao đổi ion cộng kết

trọng lượng, động học và phát quang

- Cụ thể:

e© 8 -hidroxiquinolin và các dẫn xuất của nó có khả năng tạo phực với ion kim loại có

ứng dụng trong hóa học phân tích hữu cơ cũng như được dùng dé tách các ion kim loại như

AP* Mg?” Zn** Các ion kim loại tạo phức không tan với 8-hiđroxiquinolinf},

© Các dẫn xuất của 8-hidroxiquinolin đặc biệt là dẫn xuất cacbonyl œ,B -không no của

chúng là mô hình tết để nghiên cứu sự ảnh hưởng qua lại giữa các nguyên tử trong phần tử

e Dẫn xuất của 8-hiđroxyquinolin đặc biệt là din xuất cacbonyl œ,B-không no của nó có

tác dụng hoạt tinh sinh lý như: chống lao, chống nắm, điệt khuẩn nên được sử dụng trong yđược làm thuốc chữa bệnh

e Vòng quinolin có mặt trong phân tử các ankaloit như quinin, xincholin, papaverin và

trong phân tử một số chất dùng làm thuốc chữa bệnh như cloroquin ( thuốc sốt rét), plasmokin (

thuốc sốt rét), emetin ( thuốc chữa lj), sovcain ( thuốc gây mê), !2!8!

- Bước đầu học tập phương pháp nghiên cứu khoa học nhằm tạo điều kiện tiền đề cho

những quá trình học tập cao hơn sau nay:

© Nghiên cứu và đọc được phé hồng ngoại, phổ cộng từ hạt nhân

© Cùng cổ và phát triển các kĩ năng tổng hợp hữu co

se Doc nghiên cứu tài liệu và viết tài liệu khoa học

SVTH: Nguyên Thị Thương 2

Dé tài tot nghi¢, GVHD: Th.S Lẻ Van Déin

- Tên của dé tài: “Téng hợp 1-(4-clorophenyl)-3-(8-hidroxiquinolin-S-yl)prop-2-en-l-on &

3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-nitrophenyl)prop-2-en-1-on từ 8- hidroxiquinolin ",

H- NHIEM VỤ DE TAI

- Tổng hợp §-formyl-§-hidroxiquinolin từ 8-hidroxiquinolin với tác nhân formyl hóa là

CHC|› dùng KOH làm xúc tác theo phan ứng Reimer — Tiemann.

- Tổng hợp 1-(4-clorophenyl)-5-yl)prop-2-en-1-on &

3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-nitrophenyl)prop-2-en-!-on bang phản ứng ứng tụ andol- croton hóa với xúc tác axit

- Xác định các thông số vật lý của các chất tổng hợp chất : nhiệt độ nóng chảy, dung môi hòa tan, dung môi tiến hành chạy sắc kí bản mỏng và chi số Ry-

- Tiến hành đo phổ hông ngoại, pho cộng từ hạt nhân của các chất tổng hợp và phô hồng ngoại

của 8=hidroxiquinolin làm chất so sánh

IH- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

- Nghiên cứu lý thuyết

- So sánh

- Tổng hợp

PHAN 2: TONG QUAN LÝ THUYET

CHUONG I: PHAN UNG THE ELECTROPHIN VAO NHAN THOM

SeAr

L1- Đặt vấn đề

- Phan ứng thế electrophin S; xảy ra do sự tấn công của tiểu phân tử thiếu electron vào

trung tâm phản ứng giàu electron của chất ban đầu.)

Sơ đồ chung như sau:

R—z + EY —> R—t + @

- Chat ban đầu phải có trung tâm có mật độ electron lớn như những hợp chất thom

aren, các hợp chất chưa no hoặc những hợp chất no được hoạt hóa bằng những nhóm thế cho

electron

- Tac nhân cho electrophin là những tac nhân có obitan trồng như các ion dương hoặc

—.Ắ——————————B==.

SVTH: Nguyên Thị Thương 3

Dé tài tỏi nghiệp GVHD: Th.S Lé Van Dang

những obitan chưa được chat day

Do vòng thơm có mật độ electron cao, để tương tac với tác nhân electrophin nên phan

ứng thẻ đặc trưng va phô biến hơn ca ở các hợp chat thơm là thẻ electrophin.

I.2- Cơ chế:

Xét vẻ mặt lý thuyết, phản ứng giữa chất thom ArH va tác nhân electrophin E` tạo sản

phẩm ArE vả H” cỏ thé xảy ra theo 3 cơ chế :

Cơ chẻ | : cơ ché | giai đoạn tương tự cơ chế S„2:

E' +Ar-H ->[E”" Ar H" ]—» E-Ar+H”

trạng thái chuyền tiếp

Ca chế 2 - Cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử, tương tự cơ chế S„l:

Dé tai tốt nghié GVHD: Th.S Lé Van Dang

Phức ø có một số cấu trúc cộng hướng gan giống loại supcrallyl có điện tich đương phân bỏ trên 3 của Š obitan p:

- Phản ứng cũng xảy ra qua hợp chất trung gian phức ø quyết định tốc độ phản ứng Vj trí

tấn công của tác nhân electrophin cũng là vị trí có mật độ electron lớn hơn và hướng thế cũng

phụ thuộc vào độ bền của phức ơ.

- Swhinh thành phức o cỏ sự thay đổi trạng thái lai hóa từ Csp` thành Csp’ nên đã phá

hủy tính thơm của nhân benzen.

b) Sự phân lập phức

- Phản ứng đòi hỏi xúc tác thường là axit proton mạnh như H2SO, hay axit Lewis dạng

halogenua kim loại như : AIC]:, FeBr;, ZnBr;

- _ Ngoại trừ phản ứng sunfo hóa, cơ chế chung của phản ứng là cơ chế 2 giai đoạn:

s% Giai đoạn |:

Giai đoạn hình thành tác nhân E” là giai đoạn chậm hơn, và là giai đoạn hình thành phức ø.

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào giai đoạn này và không phụ thuộc vào bản chất của chất ban

đầu.

SVTH: Nguyên Thị Thương 3

Đề tài tốt nghié GVHD- Th.S Lẻ Văn Đăng

Phức ø được an dịnh bởi cộng hưởng nhưng kém bén hơn aren đầu vi đã mắt tính thơm

% Tác nhân E’;

Tác nhân E” là một axit Lewis , nghĩa là thiếu electron có ảnh hường tới tốc độ phản ứng và

tỷ lệ đồng phân:

- _ Tác nhân càng hoạt động thì trạng thái chuyển xuất hiện sớm hơn và trạng thái

chuyển giếng với chất ban đầu hơn là phức Ø, điện tích dương trong vòng nhỏ, tương tác với

nhóm thế yếu

- _ Tác nhân kém hoạt động thi trạng thái chuyến xuất hiện muộn hơn liên kết mới với

electrophin tạo thành hoàn toàn hơn và vòng có điện tích dương lớn, tương ứng với ảnh hưởng

mạnh của nhóm thế Như vậy, tác nhân có sự lựa chọn chất ban đầu

Tác nhân cũng làm ảnh hưởng tới sản phẩm thế ở các vị trí khác nhau trong phân tử ban đầu.

Vậy: Phản ứng của tác nhân càng cao tính chọn lọc của nó cảng nhỏ và ngược lại.

d) Sự hình thành phức ø:

- Khi tạo thành phức ơ, phức đó có thé bền vững theo hai hương khác nhau

_—mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmaaaammmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm

SVTH: Nguyên Thị Thương 6

Để tài tốt nghiệ GVHD: ThS Lẻ Van Đăng

+ Cộng anion Yˆ dé tạo thành hệ thông ciclohexađien (1) có năng lượng liên hợp khoảng 35

kecal/mol

+ Tach proton dé tạo hệ liên hợp thom (II) cỏ năng lượng liên hợp khoảng 36 kcal/mol

e) Dung môi và xúc tác:

Dung môi cũng ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng cũng như tỷ lệ đồng phân

Ảnh hưởng của dung môi biểu hiện mạnh trong những phản ứng có hiệu ứng đồng vi, tức giai

đoạn quyết định tốc độ phản ứng là giai đoạn phân hủy phức ơ

- Một số dung môi thường dùng như: CH;COOH, CH;NO;, HCIO;¿, C¿H;CH;,

Phan ứng thế SeAr thường dùng xúc tác Friedel-Crafts có khả năng tạo phức cho nhận

Lực nhận của các xúc tác giảm theo thứ tự sau:

ALBr, > AlCl, > Fe;Cl, > SbCl, >SnCl, > BF; > TiCl, >ZnCl, > HF > H;SO, > P;O; >

H;PO¿.

- Phan ứng thế eletrophin cũng chịu anh hưởng của nhiệt độ, thường thì khi tăng nhiệt

độ thì tăng tếc độ phản ứng và tăng hiệu suất đỗng phân meta và ortho.

1.3- Giới thiệu một số phan ứng thé electrophin của nhân thơm S,2Ar :P II

Do độ hoạt động của các tác nhân khác nhau, mỗi phản ứng trên chỉ xảy ra trong phạm

vi nhất định tùy theo khả năng phan ứng của hợp chất thơm

Phản ứng thế hydro của nhân thơm

- Phind lôi hyd

phản ứng halogen hóa:

- Phan ứng nitro hóa:

————————E—E——EEEE—_{[{_{_————————————

SVTH; Nguyên Thị Thương 7

Để tải tốt nghiệp GVHD: Th Lẻ Văn Dang

Phan ứng ghép diazoni:

- Phản ứng sunfohda:

s Phan ứng fomylhóa Gattecman-Koch.

¢ Phan ứng fomylhóa Gatterman.

« Phan ứng fomylhóa Vilsmeier.

« Phan ứng fomyl hóa Reimer-tiemann.

ø Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác như: Formyl hóa bằng clorometylen đibenzoat và

điclorometyl ankyl ete, fomylhoa bằng tác nhân fomylclorua, fomylhoa bằng tác nhân

se Tốc độ phản ứng tương đối so với chất chuẩn là benzen

se Ty lệ phần trăm giữa các sản phẩm đồng phân ortho, meta, para tức là sự định hướng sản

phẩm thé ,

4 Lê kha năng phan ứng:

Mật độ electron trong nhân benzen ma lớn thi tác dụng của E” càng dé Do đó các nhóm có

hiệu img +1, +C làm tăng khả năng phan ứng, còn các nhóm có hiệu ứng -1, -C làm giảm

khả năng phản ứng.

1.4.1- Qui luật thế với trường hợp nhân thơm có 1 nhóm thế Z

Nghiên cứu ảnh hưởng nhóm có sẵn Z đến phản img SzAr để gắn tiếp nhóm thứ hai vào

Các nhóm tang hoạt ( hoạt hóa ) là nhóm nói chung day electron, làm tăng tốc độ

tương đối của phán ứng S¿2Ar định hướng cho nhóm thế mới ưu tiên đi vào ortho và para.Í”Ì

- Các nhóm giảm hoạt ( phản hoạt hóa ) là nhóm có hiệu ứng nói chung là rút electron,

làm giảm tốc độ phản ứng Sg2Ar và định hướng cho nhóm thế mới đi vào vị trí meta

Để giải thích về độ phản ứng và sự định hướng ta có thể xét :

+ Trạng thái của Benzen 1 nhóm thế Z:

Thực chất là ta xét trạng thái trung gian của phản ứng, là trạng thái mà phân tử chất nền đã

chịu tác kích của tác nhân phản ứng.

Phức trung gian ơ mang điện tích dương , do đó:

4 Xét các chất có ban chất day electron:

Sự day electron của nhóm thế ảnh hưởng mạnh nhất là vị trí cacbon gần nhất tức nguyên tircacbon mang nhóm thé Do đó :

© Phức o ortho cũng như para có cơ cấu công hưởng điện tích dương trên cacbon mang

SVTH: Nguyên Thị Thương 10

Dé tai tốt nghiệ, GVHD: Th S Lê Văn

° Trường hợp các nhóm thế như halogen có hiệu ứng +C < -I nhưng trong phản ứng thé,hiệu ứng +C lại chiếm ưu thế ưu tiên tác động đến độ ổn định của trạng thái chuyển tiếp vàphức ơ nên các halogen sẽ đẩy electron làm giải tòa điện tích cho cacbon mang điện tích

dương mang nhóm thé halogen vi vậy làm cho các phức o ortho va para an định hơn và bền

hơn Cho nên là nhóm giảm hoạt nhưng các halogen cũng là các nhóm định hướng ortho và

para.

SVTH: Muyệt Thị Thương 1]

Dé tải to1 nghiệ GVHD: Th.S Lẻ Văn Dan

rs

Ví dụ :

- Sy rút electron của nhóm —CN cũng ảnh hưởng mạnh nhất vào cacbon gần nhất, do đó :

© Phức o ortho và para có điện tích dương trên nguyên tử cacbon mang nhóm thế, chịu

ảnh hưởng mạnh của sự rút electron của nhóm thế -CN làm tăng điện tích dương Như vậy các

phức ortho va para kém bên

e Trạng thái phức o meta không có điện tích dương trên nguyên tử cacbon mang nhóm

thế nên bén hơn

_——— nsễy.Ỷ-.-.-.-.xrmmx—exexss-s-Ỷ-.-.c ỶxễỶ-.-z.z.z.ẳ.r-.zmm——————==

SVTH; Nguyên Thị Thương 12

De tai tot nghiệ, GVHD: Th S Lê Van

1.4.2- Quy luật thế với nhân benzen có 2 nhóm thể : Đ

Khi vòng benzen có hai nhóm thé thi sự định hướng của nhóm thế thứ 3 phụ thuộc vào cả 2 nhóm thé kia có các trường hợp như sau:

SVTH: Nguyễn Thị Thương 13

Dé tài (ot nghiệp GVHD: Th S Lê Văn Dang

Nếu nhóm Z định hướng ortho, para và nhóm Y định hướng meta thi nhóm Z chi phối

sự định hướng vả hiệu img lập thé của nhóm Y nếu có sẽ xác định vị trí nào ưu đãi hơn

- Nếu Y và Z nằm ở vị tri meta với nhau thì hướng thế ở vị tri para đôi với Z.

- Nếu cả Y và Z đều định hướng ortho, para thì nhóm nao tăng hoạt nhiều hơn sẽ định

hướng phản ứng

Thứ tự day electron như sau : - NH; > -OH > -O' > -O-R > -O-CO-R > -R > Ar - >

halogen > nhóm định hướng meta

Nếu Y và Z ở vị tri para đối với nhau thi hướng thé định hướng vào vị trí ortho của

Nếu Y va Z cùng định hướng ortrho — para và chiếm vj tri meta đối với nhau thi hướng

thể ít khi xảy ra ở vị trí ortho chung của hai nhóm

ae 8-7,

1%

- Néu Y va Z cùng là nhóm rút electron, cùng định hướng meta thì nhóm có lực rút

SVTH:; Nguyễn Thị Thương 14

electron yêu hon sẽ quyết định nhóm thế , Nhưng thực tế khi trên nhân thơm có 2 nhóm giảm

hoạt thì phan ứng thé gắn thêm một nhóm thử 3 xay ra cực ki khó khăn.

L5- Phản ứng the se của hợp chat thơm vòng ngưng ty"!

1.§.I- Cơ chế phản ứng:

- Phan ứng tương tự như benzen , song xảy ra dé dàng hơn benzen Do cấu tric và mật độ

electron trong hợp chất đa vòng ngưng tụ không đồng đều nên phnả ứng xảy ra ở các vị trí khác

nhau.

- Để xác định được vị trí thé của các hợp chất đa vòng, thường dùng phương pháp so sánh

so sánh độ bén của các phức ơ khác nhaucó thé hính thành khi thế electrophin bằng phương

pháp MO.

- Phức hoạt hóa mà cảng gần với phức ø thì độ nhạy của phản ứng với nhóm thé tăng.

+ Ta có thé xét ví dụ sau:

Phản ứng thế halogen hóa naphtalen xảy ra không cần xúc tác và phản ứng xảy ra ở vị trí

I và 2, trong đó vị trí 1 ưu tiên hơn.

Tính chất này được giải thích bằng cách so sánh độ bén của các phức o ở vị trí | và 2:

Qua các phức trên cho thấy các phức mang điện tích dương được giải tỏa trong ion areni

lon hơn trong phản ứng của benzen nên phan ứng ở 2 vị trí đều lờp hơn ở benzen, còn định

hướng thi ưu tiên vào vị trí 1 Ở cả vị trí 1, 2 đều có vòng benzen chứa điện tích và vòngbenzen có tinh chất thơm, song phức ở vị trí 1 có hai công thức cộng hưởng giữ nguyên vòng

SVTH: Nguyên Thị Thương 1S

Dé tat tốt : GVHD: Th S Lẻ Van Đà,

1.5.2- Anh hưởng của nhóm thế:

Gia sử naphtalen có nhóm thé thì sự định hướng của nhóm thế cũng tuân theo quy tắc

phức ơ bén và tổ hợp các quy tắc trên Tính bén của phức lớn hơn khi vẫn giữ được vòng

benzen có tính thơm và điện tích vòng benzen bị tấn công Điện tích dương được giải tỏa khi

trong vòng đó có nhóm thế electron hay ở vòng kia có nhóm thế hút electron

a) Nếu nhóm thé là đẩy electron:

Ví dụ: Thế vào 2-metylnaphtalen

oom een or

Vong A được hoạt hóa bởi nhóm metyl còn B thì không.

Đối với nhóm metyl hoạt hòa chủ yếu vòng A nên ưu tiên thế vào vòng A Nhóm metyl

hoạt hỏa vị trí 1 và 3 vì là ortho, không hoạt hòa vị trí 4 vì là meta.

Nếu tắn công vào vị trí 3 cho công thức (1) không có công thức cộng hưởng, năng lượng thấp

để cho vòng benzen là lục tử.

Ngược lại tin công vào vị tri I tạo được ion areni bền hơn với hai dạng cộng hưởng giữ

được vòng thơm, nên ưu tiên vị trí 1.

b) Nếu nhóm thế hút electron:

- San phẩm ưu tiên với vòng không có nhóm thế Cũng có những trường hợp dự đoán rat

khó.

- Một số trường hợp đặc biệt như: clo hay nitro hóa các hợp chất sau cho sản phẩm là vị

trí 4, nhưng khi brom hóa thì sản phẩm chính lại ở vì trí 6 Nhưng antraxen thi vị trí 9 hay 10

thì bên hơn:

SVTH: Nguyên Thị Thương l6

1.6- Phản ứng thé se của hợp chat dị vòng thom

1.6.1- Các di vòng 5 cạnh

- Cac dj vòng 5 cạnh có các vị trí không tương đương nhau nên phản ứng cũng tuân

theo quy tắc chung như trên

Phản ứng không cần xúc tác mạnh và phản ứng xảy ra ở vị trí 2 ưu tiên hơn vị trí 3

- _ Trong các cấu trúc trên thì cấu trúc có điện tích dương trên dị tố 6n định hơn do tất cả

các cấu tử đều có cấu trúc bát tử, nhưng cấu trúc ở vị trí 2 có sự giải tỏa mạnh hơn Như vậy

phản ứng ưu tiên ở vị trí 2.

Đối với benzopyrol hay indol thi phan tng thé ưu tiên ở vòng pyrol, phản ứng nhanh

hơn benzen và thế ở vị trí số 3,

SVTH: Nguyên Thị Thương 17

Dé tai tỏi nghi¢ GVHD Th S Lẻ Văn Đã

1.6.2- Các dj vòng 6 cạnh:

Piridin là dị vòng 6 cạnh có khả năng thé tương tự nitrobenzen do độ Am điện cao của N

lai hóa SP* lam cho electron x kém linh động khi bị tin công trong dé ưu tiến vị tri số 3 hoặc

cũng có thé giải thích bang cách so sánh các phức ơ:

+ Sự tắn công vào vị trí 2 hay 4 cho hai cấu trúc cộng hưởng.

1.6.3- Các dị vòng ngưng tụ với benzen:

- Nhu quinolin cho thay khả năng phản ứng của hai vòng rất khác nhau So với naphtalen,

khi thế một C bằng N thì vị trí 1, 2 hoạt động trở thành bị động, khả năng thé tập trung vào

Dé tài tot nghié; GVHD: Th.S Lê Van Dan,

Đối với isoquinolin, phan ứng thé ưu tiên ở vị trí 5 và 8, nhưng phức o ở vị trí 8 có

- _ Trong trường hợp vòng benzen ngưng tụ đã có sing | nhóm thé, di là đầy electron

(OH, OCH; ) hay rút electron ( NO;, CHO ) , phản ứng electrophin vẫn cứ xảy ra ở nhân

benzen |!

CHUONG II: CAC PHUONG PHAP FORMYL HOA NHAN THOM

Để điều chế andehit thom bằng con đường fomyl hóa đưa trực tiếp nhóm - CHO vào

nhân thơm, và có rất nhiều phương pháp khác nhau, tuỷ thuộc bản chất của nhân thơm, tác

nhân formyl hóa cũng như xúc tác

[HỊ 112 1134 [14)

19 SVTH: Nguyên Thị Thương THƯ VIÊN

Trưởng Đại-Học Su-Pham

TP HÓ-CHI-MINH

Dé tai tốt ; GVHD: Th S Lé Văn Dan:

Phan ứng là sự tương tác của hỗn hợp khí cacbonmono oxit (CO) và khí hidro clorua (HCl)

với hidro cacbon thơm khi có mặt nhôm clorua (AIC1;) làm chat xúc tác Sự có mặt của đồng(I)

clorua( Cu;C];) là rat cần thiết.

1L I.1- Cơ chế phan ứng:

Trước tiên là quá trình tạo fomylclorua (HCOCI|), dưới ảnh hướng của xúc tác Cu;C]; thi CO

và HCI sẽ tạo thành HCOC]:

CO+HCI—““*+—› HCOCI

Formyl clorua khi có mặt AICI, sẽ tác dụng với nhân thơm theo phản ứng Fiedel — Crafts.

Dưới tác dụng của xúc tác axit lewis AICI, một trung gian (HC=O]” sẽ sinh ra và là tác nhân

electrophin tấn công vào vòng benzen

- _ Với dẫn xuất một lần thế của benzen như : ankyl benzen, biphenyl, florobenzen,

clorobenzen thì nhóm — CHO sẽ thế vào vị trí para ( bromobenzen và iođobenzen không phản

ứng):

l lu + AIC

maa)

SVTH: Nguyên Thị Thương 20

OLA 5 sil I * Ho

Ach

CHO

Với dẫn xuất hai lần thé của benzen như o - xilen và p - xilen thi nhóm - CHO vao

vị trí para còn p - xilen thì có sự đồng phân hóa.

CH; CH,

CO+HCI

- V6i dẫn xuất ba lần thé của benzen như : mesitylen hay diisopropyltoluen thi cho các

andehit tương ứng mà không có sự đồng phân hóa

Phương pháp này không dùng dé formyl hóa :

- _ Các phenol, các phenol ete ở áp suất thường : do Cu;Cl; không tan trong hỗn hợp phản

Đề tải tor

CO+HCI+(CH¡);CHCI

Đặc biệt phan ứng fomylhoa alkylbenzen dưới áp suất cao cũng là những cải tiến rất

có giá trị Ta xét phản ứng fomylhoa của Isopropylbenzen:

Phan ứng Isopropylbenzen với hỗn hợp CO và khí HCI dưới áp suất và xúc tác là AIC,Cu;Cl; , tạo ra sản phẩm chính là p-isopropylbenzaldehit, một lượng nhỏ benzadehit và 2,4-điisopropylbenzaldehit Lượng HCI cần thiết phải đủ, nếu lượng nước htém vào phải tương ứng

với HCI thì làm cho hiệu suất của quá trình tổng hợp ting từ 33% (khi dùng HCI kho) lên tới

37% và làm giảm thời gian hấp thụ CO "*)

De tải tót nghié; GVHD: Th.S Lẻ Văn Đăng

CHy-i HO

car-i CạH;-i CaH; -í

11.1.5- Các yếu tố của phản ứng :

a) Dieu kién tien hành :

Phản ứng Gattermann — Koch được tiến hành trong hai hệ điều kiện :

Ở áp suất khi quyển, nhiệt độ tir 25°C đến 30°C

- Ở áp suất 100 atm — 250 atm , nhiệt độ từ 25°C đến 30°Cb) Chất xúc tác :

Vai trò chủ yếu là tham gia hình thành cation formyl

HCI+CO+AICl, = HCO'AICI,

Hay:2[CuCO]' AICI, +2HC] = 2HCO' AICT, +Cu,Cl,

Các chất thường ding là : AIC1;, AIBry, All; và các axit Lewis như FeClạ, SnCh,

TiCl,, SbCl, trong đó khả năng xúc tác AIBr; > All; > AICI; > FeCl;

- _ Lượng chất xúc tác cần để điều chế andehit với hiệu suất cao phụ thuộc vào bản chat

hidrocacbon thơm đem formyl hóa Thường người ta dùng | mol AICI, cho I mol hidrocacbon thơm.

c) Chất hoạt hóa :

Vai trò chủ yếu của chất hoạt hóa là kết hợp với chất xúc tác tạo nên phức chất có khả

năng hắp thụ khí CO Các chất thường dùng là : CuCl;, Cu;Br;

d) Dung môi ;

Người ta dùng chính chất thơm làm dung môi, nếu chất thơm là chất lỏng

Trong các trường hợp khác thì đùng benzen hoặc nitro benzen làm dung môi

e) Thời gian phản ứng :

Lp pu gg

SVTH: Nguyên Thị Thương 23

Dé tải tỏi nghiệ GVHD: Th.S Lẻ Van Dan

II.2- Phan ứng formyl hóa gattermann :['911108I1129

Fomylhoa theo phan ứng L Gatterman có thé xảy ra với các hợp chất thơm có khả năng

phan ứng như phenol, ete phenolic và một số hợp chất hydrocarbon thơm khác, những chat ma

không tham gia duoc phản ung Gattermann — Koch

Phan ứng này dùng axit xianhidric (HCN) thay vi CO Trong đó có mặt của AICI; hay

ZnCl, Trung gian phán ứng là iminium clorua Chất này thủy phân thành anđehit nhờ axit vô

Trongphan ứng Gattermann, nhóm — CHO bao giờ cũng vào vị tri para đối với nhóm thé có tác

dụng hoạt hóa và chỉ vào vị trí ortho khi para bị chiếm.

HI.2.2- Pham vi ứng dung:

+ Gattermann tổng hợp các andehit tương ứng từ :phenol, polyphenol, phenol ete và

poliphenol ete của benzen vả naphtalen

SVTH: Nguyên Thi Thương 24

HO CHO

Trong phản ứng Gattermann, nhóm —- CHO bao giờ cũng vào vị trí para đối với nhóm thé

hoạt hóa và chí vào ortho khi para bị chiếm.

4 Farbwerké Bayer va Hinkel đã thành công khi ứng dụng phương pháp Gattermann dé

điều ché các anđehit tương ứng từ các hidrocacbon thơm: Toluen , Xilen, Mesitylen, Benzen,

Antranxen, Biphenyl, Naphtalen, Axenanphtylen.

4 Fischer đã thành công khi ứng dụng phan ứng Gattermann đối với :pirol, thiofen, indol,furan, azulen, benzofuran, đibenzofuran và các dẫn xuất của chúng :

/ \ 1 HHCN+HCI, AICI, [ \ + NH

ý 2 +H;O/H* z CHO

11.2.3- Hạn chế :

Phương pháp này không thé áp dụng cho :Các hợp chất thơm không bị thé, các nhân

thơm có nhóm thé phản hoạt hóa và các amin thơm do sản phẩm tạo thành tham gia ngưng tụ

11.2.4- Cải tiến của Adams :

Roger Adams đã thay HCN bằng Zn(CN); và HCI để phát sinh HCN ngay trong bình phan ứng va ZnCl, tạo thành đóng vai trò chất xúc tác cho phan ứng dé tránh việc sử dụng trực

—_— np gre

SVTH: Nguyễn Thị Thương 25

Dé tài tốt nghié, GVHD: Th S Lẻ Van Đăng

tiếp HCN là một axit rất độc Tác nhân electrophin HCN”H dé tạo lên imin trung gian, sau đó

thủy phân thi tạo thành andehit.

GVHD: Th ŠS Lé Van

11.2 5- Cải tiến của Hoes:

Nếu như ta sử dung các hợp chất hữu cơ R-CN thi sản phẩm tạo thành là một xeton

Phương pháp Gattermann có thé sử dụng các hệ tác nhân sau :HCH-HCN+AICl;;

HCI+HCN+ZnC];; HCl + Zn(CN); ; HCI + Zn(CN); + AICI; vàHCl+NaCN(KCN)+AICl;.

bì Nhiệt độ ; Hầu như trong mọi trường hợp, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng

€) Dung môi : Benzen, cloroform, tetracloroetan, o-diclorobenzen, ete và clorobenzen

II.3- Tổng hợp vilsmeier :Í!!!P?3!

Tác nhân formyl hóa trong tổng hợp Vilsmeier là một amit của axit formic

- _ Đặc biệt hay dùng là N.N - dimetylfomamit và N — metylfomanilit

- Chất xúc tác thường dùng là photpho (V) oxitricorua POC];

a

SVTH: Nguyễn Thị Thương 27

Đề tài tôi nghiệp GVHD: Th.S Lẻ Van Dang

Phương pháp tông hợp Vilsmeier có thẻ áp đụng cho các hợp chat thơm giàu eletron

® Các phenol, phenol ete, các dẫn xuất của chúng vả thiophenyl ete

+ (CH,)N-CHO POCI

CHS Se Chet CHO

~(CH,),NH

se Các hidrocacbon đa vòng ngưng tụ cùng như các dẫn xuất của chúng như : azulen,

axenaphtylen, antraxen, piren

© Riéng đối với trường hợp của antraxen thi nhỏm -CHO được gắn vao vị trí số 9 vả hiệu

suất là 77% I1

i

Oa

" ` 2 CH/COO/ HO

Các dị vòng thom chứa -N- như ( pirol, indol); chứa —O — ( furan, benzofuran); chứa —S-(

thiofen) ; -Se- ( selenophen) cũng như các dẫn xuất của chúng *!

/ + I 1 POG, \

Cơ chế của phan ứng:

SVTH: Nguyễn Thị Thương 29

Dé tài 101 nghié GVHD: ThS Lé Van

© Phan ứng còn được mỡ rộng dé đưa các chất đồng đẳng vinyl của các amit vào nhân

thơm để điều chế các anđehit không no

R'2-CH=CH-CHO,POCI

2 -ÝC) cin na }—cen CHO

se Phan ứng còn dùng để gắn nhóm - CHO vào nhánh không no của nhân thơm

Dé tài tor nghig, GVHD: Th Lẻ Van

tris(4-formylphenyl)amin Nếu theo phương pháp cũ thi chi cho hiệu suất khiêm tốn là 16%

Hiệu suất thắp là do sự khứ mat hoạt tính của gốc pheny! còn lại khi có 2 nhóm -CHO gắn vào

2 gốc pheny! kia trong quá trính gắn -CHO thứ 3 Nó được khắc phục bằng cach tạo hợp chat

diimin sau đó thủy phân tạo thành diformyl, cuối củng tạo hợp chất triformyl !?!

25 eq POCI; l °

95% ,4lrs

ọ H

- Các din xuất fomamit thường được dùng làm tác nhân formyl hóa là :

Dimetylfomamit > N-metyl fomanilit > fomanilit > fomamit

a _ pa

SVTH: Nguyen Thị Thương 31

Dé tai tot nghiép GVHD: Th S Lé Văn Đăng

Cũng có thé dùng tác nhân formyl hóa khác như N-formyl pyperiđin ; N-fomylindol,

I-N-metylanilinoacrolein (CgHs-N(CH;);-CH=CH-CH=O ) và

I-(N-metylanilino)-l,3-pentadien-5-al ( C¿H:-N(CH;)-CH=CH-CH=CH-CH=O)

b) Xúc tác :

Chất xúc tác được dùng chủ yếu là : POCI;, có thé là photgen COC]; ( trong kĩ thuật ),

photpho (V) oxitribromua thyonyl clorua SOCI,

Ngoài ra AICI, cũng được dùng Tuy nhiên trong trường hợp nảy, nó tạo phản img phụ

với fomamit

- Nếu chất phản ứng không tan thì dung môi là benzen, clobenzen hoặc o-điclobenzen

hoặc một lượng du N,N ~ dimetylfomamit

d) Nhệt 46 =

- _ Đối với hợp chất thơm hoạt động thì phan ứng thực hiện ở nhiệt độ phòng

- _ Trong các trường hợp khác thì thực hiện ở nhiệt độ cao hơn khoảng 80°C đến 95°C vi

có thé xay ra sự chuyển vị nội phân tử

II.4- phản ứng reimer - tiemann ; "1"

- Phan ứng Reimer-Tiemann là phản ứng dùng để fomyl hóa phenol, được đặt tên theo

hai nhà hóa học là Karl Ludwig Reimer and Ferdinand Tiemann.

- Phan ứng Reimer — Tiemann là sự tương tắc giữa phenol và cloroform va NaOH đặc

hoặc KOH đặc dư sẽ tạo thành o va p — hidroxianđehit thơm Trường hợp đơn giản nhất là

Đề tải tot nghiệp GVHD: ThS Lễ Van

11.4.1- Cơ chế phản ứng

Sẽ được trình bảy cụ thé hơn trong phần trong phần thực nghiệm

Thực chất là phản ứng thế electrophin vảo nhân thơm với tắc nhân electrophin là

dichlorocarben :CC];

| |

Ci Cl

Phan ứng sẽ không xảy ra được nếu như ta thay clorofom (CHC];) bing CCl, vi cơ chế

của phản ứng trước tiên là sự dehydrohoa, sau đó là tách di một nguyên tử Clo dé tạo thànhdicacben lam tác nhân tan công vào nhân thơm nhưng ớ CCl, thì không có hidro nên sẽ không

có quá trinh đỏ chính vì vậy ma không xảy ra phán ứng.!

11.4,2- Phạm vi ứng dụng :

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

-OH Phương pháp này có thé dùng đế formyl hóa các : phenol, poliphenol ( pirocatechin,

hiđ roquinon ) và naphtol.

- Từ 2-naphtol thu được 2-hiđroxy-l-naphthaldehit:

°

_CHCI,

NOH

- Phản img Reimer — Tiemann còn được dùng để formyl hóa các hợp chất dị vòng thom:

pirol, thiophen, indol, Benzothiophen không tham gia phản ứng này.

Pirol tạo thành 3-cloropiriđin hoặc 2-fomylpirol hoặc cả hỗn hợp 2 sản phẩm đó tuỳ

thuộc vào tác nhân và điều kiện sử dụng Nhưng trong tat cả các trường hợp, pirol đều phản

ứng với diclocacben và tạo thành hợp chất 2 vòng trung gian !°”!

eee

SVTH: Nguyen Thi Thương 33

l \ CHCIYOH: [ Vea CCI; +OH

se 5-fomyl-8-hiđroxiquinolin được tổng hợp từ chất phản ứng là 8—hidroxiquinolin với tác

nhân formyl hóa là cloroform và KOH làm xúc tác

OH OH

11.4,3- Dung môi :

- Phan ứng Reimer - Tiemann được tiến hành trong các dung môi : rượu, etenol, hỗn hợp

dung môi etanol — nước.

11.4.4- Hạn chế :

- Phuong pháp này cho hiệu suất không cao vả không cố định do các nguyên nhân sau

- Các hidroxi anđehit được tạo thành trong môi trường kiềm phan nao bị nhựa hóa

Một phần phenol không tham gia phản ứng vì nó tác đụng với Coroform tạo este của

axit octofomic HC(OC,Hs);; sau khi được axit hóa thì tách ra đưới dang phenol đến

20%.

el

SVTH; Nguyên Thị Thương 34

Dé tải tốt nghiệ GVHD: Th Lẻ Van

Các chất có chứa nhóm ankyl trong nhân thom ở các vị tri ortho va para so với nhóm hidroxi có kết qua cộng hợp cloroform sẽ cho những chất kiểu quinon có chứa clo

11.5- formyl hóa bằng tác nhân formy! florua:

11.5.1- Phan ứng formyl hóa: °°?"

- Olah va Kuhn đã tiễn hành điều chế andehit thom bằng cách dùng tác nhân formyl hóa

là formyl florua với xúc tac BF.

IL.5,2- Cơ chế phan ứng :

Ở nhiệt độ thấp, formyl florua kết hợp với BF, tạo phức HCOF.BF; Phức này tác dụngvới hợp chất thơm tạo thành anđehit tương ứng

HCOF.BF; Hay | al ae

© lelet ex tho-BF,HCI

In °

HCOF + BF;

11.5.3- Điều kiện tiến hành :

© Néu hợp chất thơm hoạt động và có nhiệt độ đông đặc thấp thì hòa tan HCOF vào chất

phan ứng ở điều kiện lạnh rồi bão hòa bằng BF;

© Néu hợp chất thơm kém hoạt động thì tiễn hành phản ứng ở nhiệt độ thấp ( không cần

dung môi )

¢ Trong nhiều trường hợp, ta cho HCOF và BE; đồng thời đi qua hợp chất thơm ở nhiệt độ

phòng hay cao hơn

-._mờỪờỪỒờDDDDDDmDmmmmmmammmmmmmmờừmm

SVTH: Nguyên Thị Thương 35

11.5.4- Dung môi :

Dung môi thường dùng là cacbondisunfua va các nitro ankan

- Ngoài BF; còn có thé dùng BC]; vả BBr;, chúng được hỏa tan trong chat phản ứng

- AICI, và AIBr; không có tác dụng xúc tác ma trái lại làm giảm hiệu suất của phản ứng

đo tham gia vào sự phân hủy formyl clorua

3Ar-H+3PCHO+AICI, + ArCHO+AIF, +3HC/

H.6- Các phương pháp formyl hóa khác :

11.6.1- Formyl hóa bằng clorometylen dibenzoat và diclorometyl ankyl ete:

a) Wenzẽl tien hành cho hỗn hợp clorom t và AICI, tác với mesitylen

R thường là : - CH;, n-CyHy-, -CH;CI

se Xúc tác thường dùng là TiClL, SnCl,, SnBr, và AICI; ; dung môi CH;Cl; hay CS; ; thời

gian phản ứng từ 0 đến 15 phút ,

11.6.2: Formyl hóa bang etyloxalyl clorua : ®°*

- Phương pháp nay do Bouveault đưa ra năm 1896, ctyloxalylclorua tương tác với benzen

(hay các dẫn xuất của nó ) tạo ra este phenylglioxalat, este này bị thủy phân và đecacboxyl hóa

cho anđehit tương ứng

-_-.—mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmaamm

SƯTH: Nguyen Thị Thương 36

Phương pháp này thuận lợi dé điều chế các anđehit từ ankylbenzen ( toluen, các xylen,

mesitylen) và các phenol ete ( anisol, resoxinol đimetyl ete, picryl phenyl ete, hidroquinon

đimetyl ete ) nhưng các phenol thì không thực hiện được

11.6.3- Formyl hóa bằng formyl clorua oxim : °°9

- Theo Nef, Scholl và Boeseken có thé đưa nhóm ~ CHO vào nhân thơm bằng cách

dùng hỗn hợp thủy ngân cianat và HCI khi dùng hỗn hợp xúc tác AICl; + AICh.6H;O +

- _ Vì vậy phương pháp này không được ứng dụng rộng rãi dé tổng hợp các andehit thom

11.6.4- Formyl hóa bằng ankyl octoformiat : "9

- Goss và các cộng sự đã tiến hành formyl hóa bằng tác nhân anlyl octoformiat trong điều

kiện của phản ứng Friedel - Crafts

- Phuong pháp này cho hiệu suất khá cao khi tiến hành formyl hóa các phenol dùng AICI;

làm xúc tác

CH(OC;zHạ); CHOAICI, +H,0/H"

SVTH: Nguyễn Thị Thương 37

Dé tải tot nghiệp GVHD: ThS Lẻ Van Đăng

11.6.5- Từ hợp chất cơ kim : "1

a) Từ din xuất cơ magie :

- Muốn điều chế andehit, người ta cho hợp chat cơ magie tác dụng với ankylformiat hoặc

ankyl octoformiat sau đó thủy phân san phẩm tạo thành.

ÒC;H, L

Etyl octoformiat

- _ Ngoài ra có thé điều chế các anđehit dị vòng bằng các phản ứng của este của axit formic

với N - magieiođuapirol và ở nhiệt độ cao cho œ -fomylpirol.

Dé tài tốt nghié, GVHD: Th.S Lé Văn Da

CHUONG III: PHAN UNG NGUNG TY ANĐOL - CROTON TAO

HOP CHAT CACBONYL - KHONG NO.

HI.1- Cấu tạo của nhóm cacbonyl C=O **!

Trong phan tu andchit và xeton, nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl ở trạng thái lai

hóa sp” với các góc hóa trị 120° Hai nguyên tử oxi và cacbon với nhau bằng một liên kết ova

một liên kết x

Nguyên tử O còn 2 cặp electron không liên kết nằm trên 2 obitan không lai hóa của chúng

Do oxi có độ âm điện lớn hơn cacbon nên liên kết C= O luôn phân cực về phía oxi Sự

phân cực đó thé hiện ở giá trị momen lưỡng cực khả lớn của nhóm C=O ( khoảng 2,7D) ta có

dạng cộng hưởng sau:

p= —»i

Nhóm cacbonyl có tính chất không no và phân cực đã trở thành trung tâm tắn công của

những tác nhân ái nhân Nhóm cacbonyl hoạt hóa các nguyên tử H ở vị trí của gốc

hidrocacbon vi vậy xảy ra phản ứng enol hóa trong các hợp chất cacbonyÌ có nguyên tử hidro

linh động Ngược lại nhóm cacbonyl sẽ làm giảm khả năng phản ứng của nguyên tử hidro trong

nhân thơm.

I11.2- Hiện tượng enol hóa Cân bằng xeto-enol.

Anđehit và xeton trong dung dịch là hỗn hợp cân bằng của hai dạng đồng phân: dangxeto và dang enol (en+ol).””