Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Tổng hợp 1-(4-hiđroxiphenyl)-3-(pyriđin-2-yl)prop-2-en-1-on từ pyriđin-2-cacbanđehit và 1-(4-hi đroxiphenyl)eten-1-on

Trong số các hợp chất dj vòng thì pyridin và một số dẫn xuất họ pyridin có hoạt tính sinh học cao đồng thời là thuốc thử cũng như dung môi hữu cơ quan trọng và rất phổ biến trong hoá học

4,Of-e@®X————————————sz-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

Rae Dang

KHOA LUAN TOT NGHIEP

Chuyén nganh: HOA HUU CO

Tên đề tài:

Tổng hợp

(pyridin-2-yl)prop-2-en-1l-on

1-(4-hidroxiphenyl)-3-từ pyridin-2-cacbandehit va

I-(4-hidroxiphenyleten-1-on

GVHD: Th.S LE VAN ĐĂNG

SVTH: TRAN TH] THANH THAO

| _ PHU VIỆN LỚP: HÓA4C

rưỡng Đại-Học Su-Phum

IP _HO-CHIMIN' KHOÁ: 2005-2009

TP.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009

d@WĐk&—————————————”"»4œ>

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

MỞ DAU

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, hoá học các hợp chất dị vòng đã

vươn lên phát triển một cách mạnh mẽ Số lượng các hợp chất dị vòng được tổng

hợp ngày càng nhiều (vượt xa số các hợp chất không vòng và vòng cacbon,

chiếm hơn nửa tổng số các công trình vé hoá hữu cơ nói chung được công bố ở

các tạp chí chính thức trên thế giới hằng năm) và những tính chất của chúng cũng

được nghiên cứu ngày một đầy đủ và hệ thống

Nhiều đặc tính quỷ của các hợp chất dị vòng được khám phá và sự ứng

dụng của chúng vào trong nhiều ngành khoa học, kĩ thuật và các lĩnh vực: y

dược học, sinh học, nông nghiệp Và đối với ngành công nghiệp dược phẩm, nhóm hợp chat dị vòng chứa nitơ được coi là những hợp chat vô cùng quan trọng

Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc nghiên cứu các hợp chất trên đã thực sựthu hút sự quan tâm của rat nhiều nhà khoa học trên thế giới

Trong số các hợp chất dj vòng thì pyridin và một số dẫn xuất họ pyridin có

hoạt tính sinh học cao đồng thời là thuốc thử cũng như dung môi hữu cơ quan

trọng và rất phổ biến trong hoá học phân tích nhờ khả năng tạo phức của nó cũngnhư các dẫn xuất với nhiều ion kim loại, đó là muối nội phức vòng được ứng

dụng rộng rãi trong thực tế để tách phân tích trọng lượng, phân tích thé tích.

Cùng với sự phát triển của khoa học và đặc biệt là sự vươn lên mạnh mẽ của

tổng hợp các hợp chất hữu cơ, ngày càng có nhiều phương pháp tổng hợp các

hợp chất dị vòng từ nhiều cách thức khác nhau cũng như sử dụng những điều

kiện phản ứng, sử dụng xúc tác khác nhau, để điều chế cùng một sản phẩm vớimong muốn tìm được phương pháp tối ưu trong việc nâng cao hiệu suất cũng nhưhiệu quả kinh tế của các quá trình tổng hợp

Từ đó đến nay đã có rat nhiều công trình nghiên cứu việc tổng hợp với các

hợp chất này sử dụng nhiều loại xúc tác khác nhau trong quá trinh điều chế Và

nhiều tác giả đã quan tâm đến khả năng xúc tác của các loại axit cho quá trình

tổng hợp này

Tôi chọn dé tài “Téng hợp

1-(4-hidroxiphenyl)-3-(pyridin-2-yl)prop-2-en-l-on từ pyridin-2-cacbandehit và 1-(4-hidroxiphenyljetan-1-(4-hidroxiphenyl)-3-(pyridin-2-yl)prop-2-en-l-on” vì những lý

đo sau đây:

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang |

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Y Pyridin và các dẫn xuất của nó có khả năng tạo phức với các ion kimloại, do đó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hoá học phân tích.

*“ Nhiều hợp chất chứa vòng pyriđin có tác dụng chữa bệnh khác nhau và

có thể nói rằng pyriđn là hợp chất dị vòng có ý nghĩa lớn cả về mặt học thuật lẫn

thực tiễn.

Y Các dẫn xuất pyriđin đặc biệt là các dẫn xuất cacbonyl œ,B - không no

của nó là mô hình tốt để nghiên cửu sự ảnh hưởng qua lại giữa các nguyên tử

trong phân tử.

wvx Bước đầu học tập phương pháp nghiên cứu khoa học thực nghiệm

nhằm nâng cao kỹ năng thực hành, làm tiền để cho quá trình học tập sau này.

Nhiệm vụ của dé tài

* Tổng hợp hợp chất cacbonyl œ,B - không no của pyridin nhờ phan ứng

andol — croton hoá giữa pyridin-2-cacbandehit và dẫn xuất thế nhóm hiđroxi ở vị

trí para của axetophenon.

¥ Xác định các hằng số vật lý của chất đã tổng hợp như: nhiệt độ nóngchảy, dung môi sắc ký, dung môi hoa tan, chỉ số Ry, dung môi kết tinh

wx Đo phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân 'H -cấu hình

NMR Trên cơ sở phân tích phổ hồng ngoại IR và phố cộng hưởng từ hạt nhân 'H

~ NMR từ đó xác định công thức cấu tạo đúng của chất đã tổng hợp

Phương pháp nghiên cứu

w Nghiên cứu tài liệu

“ Tiến hành thực nghiệm tại phòng thí nghiệm

Y Phân tích phổ và rút ra kết luận

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 2

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

LỜI CẢM ƠN

Nhờ sự giúp đỡ, hướng dẫn, quan tâm của quý thầy cô cũng như bạn bè, em

đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp “Téng hợp

1-(4-hidroxiphenyl)-3-(pyridin-2-yJ)prop-2-en-I-on từ pyriđin-2-cacbanđdehit và 1-(4-hidroxiphenyl) etan-l-on”.

Em đặc biệt chân thành cảm ơn thay Lê Văn Đăng đã trực tiếp hướng dẫn,

quan tâm giúp đỡ và động viên em vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình

hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin gới đến thầy những lời chúc tốt đẹp nhất

và lời trì ân sâu sắc

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong ban chủ nhiệm khoa Hoá,toàn thể các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá Hữu Cơ và các thầy cô ở phòng thí

nghiệm Hoá Hữu Cơ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em có thể hoàn thành

luận văn.

Ngoài ra, xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp, giúp đỡ em hoàn tất

khoá luận.

Do thời gian, điều kiện cũng như kinh nghiệm bản thân con thiếu sót, vì vậy

em rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô để luận văn được

hoàn chỉnh hơn.

Chúc thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và thành công

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05/2009

SVTH

Tran Thị Thanh Thảo

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 3

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

PHAN I

TONG QUAN VE CO SO LY THUYET

Chương I

VAI NET VE CAU TAO VA TINH CHAT CUA PYRIDIN

I.1.1 Vài nét về cấu tạo và khả năng phản ứng của pyriđía| 1|, [10]

Theo thuyết obital phân tử thì pyridin có cấu tạo vòng phẳng, trong vòngchứa 5 nguyên tử C và một dị tố N Giá trị năng lượng ổn định của vòng khá cao:

134,4 kJ/mol tương đương với benzen Ở pyriđin, khoảng cách C - C bằng 1,394

A”; C— N là 1,340 A° do đó phân tử pyridin không phải là vòng lục giác đều nhưbenzen Như vậy cũng có nghĩa là ở vòng pyriđin có sự phân bố điện tích khôngđều và do đó, xuất hiện momen lưỡng cực ( 1 = 2,26 D ) gần bằng pyrol

Trong pyriđin, các nguyên tử liên kết với nhau 9 siete §

bằng các liên kết ơ của các obital lai hóa sp’ Ngoài :

ra, mỗi nguyên tử đóng góp 1 electron không lai @» ⁄0 On’

hóa vào hệ thống 6 electron x giải téa trén torn ONO > 0/0

phân tử, Nhung trong khi, N ở pyrol thé hiện tinh oO

chất cho (e) và đóng góp cả cặp (e) tự do vào hệ thống electron x của vòng, thi ở

pyridin, N lại có tính chất hút (e) và hút về phía minh tat cả mật độ (e) của vòng

Mặc dù, N ở cả hai trường hợp đều ở trạng thái lai hóa sp”, nhưng các obital khác

nhau của chúng tham gia vào sự xây dựng vòng Trong trường hợp của pyriđin,

sự tạo thành 2 liên kết o và 1 liên kết x giữa các nguyên tử C, với dị tố N dẫn tớimột điều là cặp (e) còn lại không

liên kết của N ở ngoài vòng / g /

Hình bên mô tả một phân đoạn é /

C —N~C của pyriđin 9 g2 /

: Ika sp

Cần nhắn mạnh rằng, khi đưa CNG

nguyên tử N vào vòng không chỉ lê Ô |

Sinh viên: Tran Thị Thanh Thảo Trang 4

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

làm thay đổi tính chất bộ khung cacbon của vòng, ma sự liên hợp của các (e) x

trong vòng cũng ảnh hướng đến bán chất của dị tố N Sự tương tác bổ sung của

cặp (e) tự do bên ngoài với hệ (e) của vòng dẫn tới làm giảm một chút tính

bazo của pyridin (pK, = 5,2) Tuy nhiên, nhờ có cặp (e) tự do này mà pyriđin

chẳng những có tính bazơ mà còn dễ dàng tạo phức với các axit Liuyt và nhiều

ion kim loại.

Sự phân bố mật độ (e) trong vòng pyridin tương ứng mm

với kết luận về đặc tính electrophin của vòng và tính 0004

nucleophin của N Mặt khác, theo thuyết sơ đồ hóa trị, phân +0077

tử pyriđin có thể được giới thiệu một cách hình thức ở dang _osos

một dãy các cấu trúc cộng hưởng giới hạn với sự phân chia điện tích trong

(II, IV, V) cũng rất đáng kể Cũng từ đây ta thấy sự thế electrophin trên các

nguyên tử C, đặc biệt là ở vị trí 2, 4, 6 rat tin tưởng vì ở đó có điện tích đương

Trong các cấu trúc (1) và (II), sự thế electrophin chỉ có thể xảy ra ở 3, 5 Dị tế N

của pyridin trong các trường hợp này thể hiện vai trò như một nhóm thế loại 2 dotính chất hút (e) của nó Hay nói cách khác, về khả năng thế electrophin thì

pyriđin tương đương với nitrobenzen.

Các công thức cộng hưởng (1) và (II) đóng góp nhiều nhất vào sự lai tạocộng hưởng của pyridin Ta thấy ở các vị trí 2 và 6, điện tích đương lớn hơn mộtchút so với ở vị trí 4, điều này chắc chắn gắn với hiệu ứng cảm ứng âm của N Từ

đó cho thấy sự thế Sy chỉ có khả năng xảy ra ở các vị trí 3, 5 trong các điều kiện

rit nặng nề Ở các vị trí 2, 6 cũng có thể diễn ra sự thé Sy Vị trí 4 thế Sy khó hơn

vị trí 2, 6 N trong pyriđin thể hiện tính bazơ, có thể tạo muối với proton cũng

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 5

Khoá luận tốt nghiệ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Van

như tiếp nhận sự tắn công của các tác nhân electrophin như phản ứng ankyl hóa

chẳng hạn.

1.1.2 Tính chất hóa học

1.1.2.1 Tính bazơ và các phan ứng trên dj tố nitơ [1]

Pyridin có thé tạo muối kết tinh bền vững với đa sé các axit protonic.

Do đó, pyridin thường dùng làm dung môi có tinh bazơ có tinh trung hòa

các axit tạo ra trong phản ứng hoặc để én định các anion kém bén như BF¿,

BCl,

Pyridin có thé tác dụng dé dàng với nhiều tác nhân electrophin cho muối

pyriđin do có cặp electron trên nguyên tử N.

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

1.1.2.2 Phản ứng thế electrophin (S;)

Phản ứng thế electrophin trên các nguyên tử C của vòng pyridin khó khănhơn nhiều so với benzen và tương tự như với nitrobenzen Đó là do hai nguyên

nhân sau:

Do sự thiếu hụt ex trong nhân pyriđin (chủ yếu ở các nguyên tử C) như đã

phân tích ở phần cấu tạo

Do pyriđin khi phản ứng không ở dạng tự do mà đã bị tác dụng của các tác

nhân electrophin (H", NO,, SOs ) thành dang piridini mà hoạt tính của nó với

các tác nhân thế electrophin đã giảm đi 10'? — 10'Ẻ lần so với benzen

Chính vì vậy, các phản ứng nitro hóa, sunfo hóa, halogen hóa pyriđin chỉ

thực hiện được với hiệu sudt thấp trong các điều kiện khắc nghiệt vào vị trí số 3;

các phản ứng Friđen-Crap không xảy ra Ví dụ:

tính bền của trạng thái chuyến tiếp quyết định:

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 7

Khoá luận tốt nghỉ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dan

Trong các cấu trúc giới han trên, cấu tric (III) của sự tắn công vào C va

cấu trúc (II'') của sự tấn công vào C, đặc biệt không bén vi cấu tạo bát tử của

nguyên tử N âm điện bị vi phạm và sự định vị điện tích đương trên nguyên tử N

âm điện làm tăng nội năng của trạng thái chuyển tiếp so với trạng thái chuyển

tiếp của sự tắn công electrophin vào vị trí 3.

Khi trong vòng có nhóm thế loại một ở vị trí 2, 4, 6 thì phản ứng thế

electrophin dé dàng hơn vào vị tri số 3 (hoặc 5) Nếu nhóm thế loại một mạnh ở

vị trí số 3 (hoặc 5) thì sẽ định hướng tác nhân electrophin vào vị trí số 2 Ví dụ:

Phản ứng thế điển hình cho sự thế nucleophin vào vị trí số 2 của pyridin là

các phản ứng amin hóa theo Chichibabin, aryl hóa theo Ziclo và alkyl hóa:

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang §

Khoá luận tốt nghỉ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dan

NaNHz/C,H.(CH;);, 100°C @ HO (Z |

NHNa NH),

2-(natri amino)pyridin 2-aminopyridin

Dé giải thích khả năng thé cũng như hướng thế nucleophin vào vị trí số 2

(đôi khi vào vị trí số 4), người ta căn cứ vào cấu trúc cộng hưởng của pyriđin vàtinh ổn định của trang thái chuyển tiếp:

Tắt cả các cấu trúc trên đều khá ổn định vì tính âm điện cao của nguyên tử

N, trong đó cấu trúc (I) đặc biệt ổn định vi sự tích điện âm trên nguyên tử N đã

giải thích hướng thế vào vị trí 2 của pyriđin Sự thế vào vị trí số 4 chỉ xảy ra khi

tác nhân nucleophin có tính ổn định cao Ví dụ:

Khoá luận tết nghỉ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dan

I.1.2.3.2 Phản ứng thé halogen hay nhóm nitro trong vong pyridin

Halogen và nhóm nitro ở vị trí 2 hoặc 4 trong vòng pyridin dễ được thay thé

bởi các tác nhân nucleophin Các 4-halogen họat động hơn 2-halogen nên còn có

thé ty dime hóa Các 3-halogen rat bền vững, khó thay thế, khi cần phải thay thé

người ta phải cho thêm xúc tác:

Tat cả các phan ứng trên đều là các phản ứng S„2 hay còn gọi là phản ứng

cộng - tách, cộng tác nhân nucleophin, tách một anion.

1.1.2.4 Phản ứng oxi hóa và khử

I.1.2.4.1 Phan ứng oxi hóa

Pyriđin bền với chất oxi hóa Ví dụ: dung dịch KMnO, trong ống hàn kín ở

100°C có thé oxi hóa pyriđin chỉ với tốc độ chậm thành các sản phẩm phá vỡ

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 10

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

vòng phức tạp Nếu chất oxi hóa là peroxit, pyriđin bị chuyển thành N-oxit như

nitro hóa pyriđin ở điều kiện nhiệt độ rất cao được 3-nitropyriđin còn nitro hóa

pyridin N-oxit ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn được 4-nitropyridin N-oxit rồi loại

oxi dễ dang bằng PCI):

(pre Reon Noo aero)` _

i aan N-oxit (90%) 4-Nitropyridin

=

Sinh vién: Tran Thj Thanh Thao Trang | Ị

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Chương 2

TÍNH CHAT CUA HỢP CHAT CACBONYL a, j- CHƯA NO

1.2.1 Cấu trúc của hợp chất cacbonyl a, B- chưa no [13]

Hợp chất cacbonyl a, B- chưa no có một hệ liên hợp do có sự xen phủ của các

obitan x nên thuộc loại đien bền

Xa- C 2

Hình ]:Cấu trúc obitan của acrolein

Cũng giếng như loại đien, hợp chất cacbonyl a, B- chưa no bền hơn các hợp

chất cacbonyl chưa no có liên kết đôi cách, vì thế các hợp chất cacbonyl này có

khuynh hướng chuyển thành hợp chất cacbonyl a, B- chưa no liên hợp bền hơn.

CH;=CH - CH;CHO —+ CH;-CH=CH-CHO = AH" = -6kcal/mol

Sự chuyển đời liên kết đôi về phía nhóm C=O xảy ra dễ dàng bởi vì hợp chất

có H, linh động, dé chuyển thành dạng enol, nhất là khi có xúc tác axit hoặc

bazơ.

Đồng phân B,y-chua no Dang enol Đồng phân a,B-chua no

(Kém bền) (bền hơn)

Chang hạn như vinylacetandehit trong dung dịch nước kiểm có nhỏm metylen

ở vị trí a đối với nhóm CHO có tính axit cao, dé chuyến thành dạng enol dudi nhiều dạng cộng hưởng.

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 12

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Dạng có hệ liên hợp là anđehit crotonic bền hơn nên chiếm đến 99%.

Sự chuyển hóa khi có xúc tác axit cũng xảy ra qua dang enol và hình thành

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Sự đời chuyển qua lại này có thé chứng minh bằng phản ứng trao đổi đơteri

Khi tác dụng với DO, cả hai dang enol của cả vinylacetanđehit và crotonandehit

đều phản ứng với D;O

C=C-C=O =~ C-C-C#O + + C-C=C-O

Sự cộng hưởng ở trạng thái co ban có vai trò nhỏ song cũng đủ để giải thích

các tính chất hóa học và momen lưỡng cực.

CH;CH;CHO CH;=CH-CHO

ụ =2,7D ụ =3,0D

Sự liên hợp cũng làm ảnh hưởng đến tần số dao động của nhóm cacbonyl

trong phổ IR và NMR Chẳng hạn, trong phổ NMR, tín hiệu proton của C, tronghợp chất cacbonyl a, B- chưa no nằm ở vùng 0,7 — 1,7 ppm, yếu hơn các tín hiệu

của proton trong olephin thông thường.

1.2.2 Tính chất hóa học [13]

Andehit và xeton a, B- chưa no có thể tham gia vào phản ứng của liên kết đôi

C =C và nhóm C = O như là nhóm chức riêng rẽ Nhưng do phân tử là hệ liên

hợp nên có hướng cộng 1,2- và 1,4- cạnh tranh nhau và làm phức tạp cho phan ứng.

I.2.2.1 Phản ứng oxi hóa

CH;CH=CH-CHO + Ag,O ——> CH;CH=CHCOOH + 2Ag

———ễễ—ễ

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 14

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

L.2.2.2 Cộng Brom

C¿H;CH=CHCOCH; + Br; —91⁄%-+ C,H;CHBr-CHBrCOCH;

(55%)

Phản ứng trên là phản ứng cộng 1,2 vì đối với hệ liên hợp thì có thể có hai

khả năng cộng 1,2 và 1,4 mà có thể biểu thị như sau:

Phản ứng tương tự như andehit cho sản phẩm oxim, phenylhidrazon

CH;CH=CHCOCH: + H;NOH ——>› CH,CH = CH-C = N—OH

Sản phẩm thu được là sản phẩm cộng vào nói đôi, là sản phẩm cộng 1,2

nhưng thực tế xáy ra theo cơ chế cộng 1,4 rồi sau đó đồng phân hóa

Ọ ‘OH

(1) CgHsCH = CH-C-CgH, + Ht = Cự#l,CH=CH-Ê-C¿H,

Sinh vién: Tran Thj Thanh Thao Trang |5

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

„ CN OH

(2) CgHCH = CH-Ê-C¿H, + CN? => CgHCH-CH=C-CgH,

CN OH CN ‘OH(3) CgH.CH-CH=C-,H, + Ht <= Ca1LCH-CH;-Ê-C¿H,

CN ‘OH CN

(4) CgHsCH-CH,-C-C,H, ==" C,H,CH-CH,- l§ -CH; + Ht

Phan ứng cộng 1,4 cho hiệu suất cao khi dùng trietyl nhôm làm xúc tac, nhất

là cho những hợp chất cacbonyl loại enol thế ở C,

H H

SO + em" SD

(85%)

1.2.2.5 Cộng HX

CH,;= CH - CHO + HCl ——› CICH; - CH; - CHO

Sản phẩm thu được là sản phẩm cộng halogen vào vị trí và cũng là sảnphẩm cộng trái quy tắc Maccopnhicop

I.2.2.6 Cộng với hợp chất cơ kim

Hợp chat Grignard cộng vào hợp vào andehit và xeton a, B- chưa no theo cơchế 1,2 hay 1,4 chủ yếu phụ thuộc vào hiệu ứng lập thé Tất cả các anđehit a, B-

chưa no và đa số các xeton a, B- chưa no đều cộng 1,2 vào nhóm cacbonyl.

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

HạC H , HC H

"G=cZ Caper TÔ, x-<

HY ÀCCHạ H `C(CH);

Ỗ ÒH

2 ~ metyl — trans — pen-3-en-2-ol (80%)

Các xeton a, B- chưa no có nhiều nhóm thé lớn thì sản phẩm cộng 1,4 ưu tiên

hơn và có khi chiếm tuyệt đối, chẳng hạn:

Còn muốn thu được sản phẩm cộng 1,4 thì dùng hợp chất litidiankylcuprat

2CH;Li + CuX ——» (CH;);CuLi

Khoá luận tốt nghỉ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dan

Trong thực tế người ta hay dùng tác nhân là RMgX có thêm vết Cul cũng thu

không có kim loại để để oxi hóa tới trạng thái hóa trị cao như trong hợp chất

cuprat, do đó hợp chất RMgX và RLi không có khả năng cộng 1,4

Sản phẩm cộng 1,4 từ hợp chất RMgX tăng thêm khi có vết kim loại chuyển

tiếp như Cu" hay Fe?" Nếu hợp chat Grignard hoàn toàn tinh khiết thì không tìmthấy sản phẩm cộng 1,4

Khoá luận tết nghỉ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dan

Phản ứng này đặc trưng cho phản ứng khử của hệ liên hợp, trong đó nối đôi bị

khử, trong khi đó nếu là nếi đôi riêng rẽ thì không bị khử bởi Li trong NHs, cònnhóm cacbonyl riêng rễ lại bị khử bởi Li trong NH¡.

Khi khử bằng các hiđrua kim loại, như LiAIH,, NaBH, là những tác nhân

thường dùng đẻ khử nhóm cacbonyl.

CH;CH=CH-CHO + LiAIH, —“-+—› CH;CH=CHCH;OH

(82%)

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Nếu dùng tác nhân NaBF, sẽ thu được một lượng sản phẩm cộng 1,4.

fe) C H_ OH H OH

59% 41%

Sinh viên: Tran Thị Thanh Thảo Trang 20

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Chương 3

PHAN UNG NGƯNG TY ANĐOL - CROTON HÓA TẠO HỢP

CHAT CACBONYL a, B - KHÔNG NO

1.3.1 Giới thiệu chung [2]

1.3.1.1 Đặc điểm của nhóm cacbonyl

Trong phân tử andehit và xeton, nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyÌ ở trạng

thái lai hóa sp” với các góc hóa trị 120° Hai nguyên tử cacbon và oxi nối với

nhau bằng một liên kết o và một liên kết x Nguyên tử oxi hầu như ở trạng tháilai hóa sp’, vì vậy, hai cặp electron chưa liên kết của nguyên tử oxi chiếm hai

obital sp”

Liên kết C=O luôn phân cực vẻ phía oxi vì oxi có độ âm điện lớn hơn cacbon

Sự phân cực đó thể hiện ở giá trị momen lưỡng cực khá lớn của nhóm C=O

(~2,7D) Nếu đem so với ụ của nhóm C ~ O trong các ete (~ 1,2D), ta thấy sự phân cực của nhóm C=O phan lớn do liên kết x gây nên Do đó, ta có thể mô tả

nhóm cacbonyl như sau:

“eh

H

Sự có mat cúa nhóm cacbonyl trong phân tử andehit và xeton quyết định tính

chất hóa học của các hợp chất đó vì các yếu tế sau:

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 2]

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Dang

Một là: nhóm cacbonyl có tính chất không no và phân cực đã trở thành trungtâm tắn công đối với các tác nhân nucleophin

Hai là: sự phân cực của nhóm cacbonyl có ảnh hưởng lớn đến gốc

hiđrocacbon Nếu có gốc thơm, nhóm cacbonyl sẽ phản hoạt hóa vòng thơm liên

kết trực tiếp với nó và định hướng meta trong phản ứng thé electrophin Nếu có

gốc no, nhóm cacbonyl sẽ hoạt hóa những nguyên tử hidro ở vị tri a dẫn đến cân

bằng xeto - enol tạo điều kiện cho phản ứng enol hóa

CHy—C—CHy = CH;=C—CH;

LÒ OH

xeto enol

Những phan ứng của hợp chất cacbonyl rất phong phú, ching bao gồm ba

loại chính: phản ứng cộng ở nhóm cacbonyl; phản ứng thế ở gốc hidrocacbon va

phản ứng oxi hóa khử.

I.3.1.2 Phản ứng với các hợp chất có nhóm metylen linh động [1], [2]

Andehit va một số xeton có thể tác dụng với các hợp chất có nhóm metylen

đã được hoạt hóa bởi nhóm thé hút electron ở vị trí a như >C=O, — COOH,

-COOC;H;¿, -C = N, —NO;¿, v.v Những hợp chất đó gọi là hợp phần metylen

Phản ứng giữa hợp chất cacbonyl với hợp phần metylen có thể xảy ra theo bakiểu, tạo ra ba loại sản phẩm khác nhau

Một là: hợp chất cacbonyÌ tác dụng với hợp phan metylen tạo ra sản phẩm cộng:

pos BỆ — Ky

Những phản ứng như vậy được gọi là phản ứng cộng anđol hay phản ứng

anđol hóa, vì sản phẩm cộng hai phân tử axetanđehit (trường hợp đơn giản nhất)

có tên là andol, có nghĩa là vừa có nhóm anđehit vừa có nhóm OH ancol

CH,-CH=0 + HCH;CHO > CH, -CHOH —-CH, -CHO

Anđol

Hai là: hợp chất cacbonyl tác dụng với hợp phần metylen tạo ra sản phẩm

thể nguyên tử oxi bằng cách tách một phân tử HO

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 22

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Thật ra, phản ứng trên cũng phải qua giai đoạn cộng anđol, tiếp sau đó là giai

đoạn tách nước tạo thành nối đôi:

Anđol Andehit crotonic

Ba là: hợp chất cacbonyl tác dụng với hai phân từ hợp phần metylen tạo ra

sản phẩm thế nguyên tử oxi theo sơ đỏ:

HC

>CO + —: Sa > 20

H;C TM

TM

Phan ứng này được gọi là phản ứng Michael Thực chất phan ứng này xảy ra

qua các giai đoạn anđol hóa, croton hóa và sau cùng là cộng một phân tử hợp

phan metylen vào sản phẩm của sự ngưng tụ croton

Các anđehit có chứa các nguyên tử hidro a đối với nhóm cacbonyl được

nhóm cacbonyl hoạt hóa, đều cỏ khuynh hướng tham gia phản ứng ngưng tu

anđol hóa Anđehit propionic ngưng tụ anđol hóa tương tự axetanđehit.

—=CễŸỲŸỲễỲŸỲễŸễỶễŸỶễỶễÏễÏŸỶễỶễŸễïễïïïễ

Sinh viên: Tran Thị Thanh Thảo Trang 23

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th,S Lê Văn Đăng

H

CH,;—CH,—C=0 + CH,—CH=0 SĐH_ ch, cH„ CH_ỄH„_CH-O

Phản ứng anđol hóa là phản ứng cộng nucleophin được xúc tác bằng bazơ

hoặc axit

1.3.2.1 Phan ứng anđol hóa xúc tác bazơ

Vai trò của bazơ trong phản ứng cộng anđol là hoạt hóa hợp phần metylen để

cho hợp phần này dé dang cộng vào nhóm cacbonyl

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

1.3.2.2 Phản ứng anđol hóa xúc tác axit

Trong phan ứng andol hóa, vai trò của xúc tác axit là hoạt hóa nhóm cacbonyl

của anđehit và enol hóa hợp phần metylen Ví dụ: phản ứng giữa benzandehit va

axetophenon

CH_—CHO + CHạ—C-CạH, HS c¿H—CH=CH-C_—CựI;

ỗ 6

Phan ứng trai qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: axit hoạt hóa nhóm cacbonyl va enol hóa hợp phần metylen

Phản ứng anđol hóa thường không dừng lại ở giai đoạn tạo sản phẩm anđol

ma còn có quá trình đehiđrat hóa (croton hóa).

1.3.3 Dehidrat hóa sản phẩm cộng andol (croton hóa)

Giai đoạn đehiđrat hóa có thể xảy ra tiếp ngay sau giai đoạn anđol nhờ xúc

tác axit hay bazơ ở nhiệt độ thường hay khi đun nóng.

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 25

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

1.3.3.1 Dehidrat hóa với xúc tác bazơ

Trong trường hợp đchiđrat hóa bằng bazơ, phản ứng thường xảy ra theo cơ

chế Ey qua một cacbanion trung gian

CH;-CH-CH;-CH=o OHỆ cH, cH-CH-CH=O + H;O

ÒH

Cơ chế phản ứng qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn |: bazơ tách nguyên tử H, linh động của nhóm cacbony! trong

ÿ-hidroxiandehit hay trong B-hidroxixeton tạo cacbanion

Giai đoạn đehiđrat hóa thường xảy ra ngay sau giai đoạn cộng andol Do đó,

phản ứng ngưng tụ anđol — croton hóa thường không dừng lại ở sản phẩm cộng

anđol ma cho ra sản phẩm croton hóa — tức là các hợp chất cacbony! a,-không no.

C/H,CH=O + CH;CH=O _OHỞ_ C/H,-CH=CH-CH=O + H;O

1.3.3.2 Dehidrat hóa xúc tác axit

Khi đehiđrat hóa xúc tác axit, phản ứng có thể xảy ra theo cơ chế enol hay cơ

chế cacbocation tùy theo bản chất nhóm thé trong sản phẩm andol

1.3.3.2.1 Dehidrat hóa theo cơ chế enol

Nếu ở phía gần nhóm OH có nhóm thé hút electron thì proton sẽ ưu tiên tấncông vào nhóm >C=O (ở xa hơn) để tạo ra enol, chính enol sinh ra mới bị tách

nước thành sản phẩm cuối cùng là hợp chất cacbonyl œ,J-không no.

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 26

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

1.3.3.2.2 Dehidrat hóa theo cơ chế cacbocation

Nếu ở phia gần nhóm -OH có nhóm thế đẩy electron, để làm tăng độ ổn định

của cacbocation thì H” sẽ ưu tiên tấn công vào vào nhóm -OH và sau quá trình

tách nước sẽ sinh ra hợp chất cacbonyl œ,Ð-không no

1.3.4 Anh hưởng của nhóm thế gắn vào nhóm cacbonyl đến khả năng phản

ứng ngưng tụ andol — croton hóa [2|

Dựa vào cơ chế phản ứng có thể thấy có ít nhất hai loại hiệu ứng do các nhóm

thế gắn vào nhóm cacbonyl tác động đến khả năng tham gia phản ứng cộng andol

(Ay) Đó là hiệu ứng electron và hiệu ứng không gian.

1.3.4.1 Hiệu ứng electron

Trong phản ứng cộng andol (Ay), giai đoạn quan trọng là sự tin công của tác

nhân nucleophin, do đó, muốn phản ứng xảy ra dé dang thì phần điện tích dương

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 27

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

ä' của nguyên tử cacbon — cacbonyl cảng lớn càng tốt Muốn thế thì các nhóm

thé gắn vào nguyên tử cacbon — cacbonyl phải là nhóm thé hút (e).

Ví dụ:

Như vậy, trong day andehit béo, HCHO có kha năng phản ứng cao nhất Nó

dễ phan ứng đến mức có thé tác dụng với tat cả các nguyên tử hiđro linh động ở

hợp phần metylen tạo ra diol hoặc triol

O;N-CHz-CH=O > CI-CH;-CH=O > CH;-CH=O > CH;-CH;-CH=O

1.3.4.2 Hiệu ứng không gian

Các nhóm thế gắn vào nguyên tử cacbon — cacbonyl càng cồng kénh thi khả năng tắn công của tác nhân nucleophin càng khó khăn do đó hiệu suất phản ứng

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Nguyên nhân là do các nhóm anky! trong xeton mạch hở có thé chuyển động

tự do, kết quả là trạng thái chuyển tiếp bị án ngữ không gian lớn hơn ở xeton

vòng Khả năng phản ứng của các xeton vòng khác nhau phụ thuộc vào độ lớn

của vòng, mà thực chất là phụ thuộc vào sức căng Baye (sức căng góc), sức căngPitze (sức căng day), và lực đẩy Van de Van giữa các nguyên tử ở gan nhau

1.3.5 Một số phan ứng điển hình [2], [9]

1.3.5.1 Phản ứng Claizen

Phan ứng Claizen là phản ứng ngưng tụ anđol — croton hóa giữa một andehit

thơm hoặc một xeton thơm với một anđehit hoặc xeton béo có có nhóm metylen

linh động với xúc tác là dung dịch ancolat tạo hợp chất cacbonyl không no

Vị dụ:

C¿H;-CH=O + CH;-CH=O —®°**“_;› C,H;-CH=CH-CH=O + H;O

Andehit cinamic

13.5.2 Phan ứng Peckin

Khi đun một andehit thơm (nhất là khi có nhóm hút electron trong vòng) với

anhiđrit axetic và natriaxetat thu được một axit a,B- không no.

Vị dụ:

C¿Hz-CH=O + (CH;CO);O —S°*, C,H;-CH=CH-COOH + H,0

Axit cinamic

13.5.3 Phản ứng Knoevenagen

Anđehit thơm cũng như anđehit béo, khi có mặt xúc tác bazơ đều có thể

ngưng tụ với axit malonic và các hợp chất khác có nhóm metylen linh động nhưCH;CN, CH; — NO; theo kiểu ngưng tụ croton

Ví dụ:

COOH amin COOH

CjH-CH=O + CHI Copy “HØt Cells-CHC< Coy =C07

——> C,H,—CH=CH- COOH

Sinh vién: Tran Thj Thanh Thao Trang 29

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng andol — croton hóa [5]

L.3.6.1 Xúc tác

+ Xúc tác bazơ

Xúc tác bazơ được sử dụng nhiều nhất là dung dịch metanol hay etanol trong

NaOH hay KOH Trong một số trường hợp dùng dung dịch nước — ancol củaNaOH hay KOH.

Trong trường hợp anđehit hoạt động mạnh, xúc tác thường hay được sử dụng

là amin bậc nhất, bậc hai như piroliđin, piriđin, piperidine Đôi khi sử dụng các ancolat trong trường hợp các chất ít nhạy cảm với phản ứng.

Cũng có trường hợp người ta sử dụng xúc tác là những bazơ mạnh như

NaOH, KOH, natri hiđrua Đáng chú ý là các chất trao đổi ion loại bazơ, với

xúc tác loại này trong nhiều trường hợp cho hiệu suất rat cao.

+ Xúc tác axit

Xúc tác axit cũng được sử dụng nhưng khi sử dụng xúc tác loại này trong

nhiều trường hợp sản phẩm phụ nhận được là chất nhảy do kết quả của quá trình

polime hóa, vì thế xúc tác axit ít được sử dụng

Các xúc tác axit thường được sử dụng là HC! đặc, H;SO, đặc, CH;COOH,

muối amoni hoặc BF3,

1.3.6.2 Dung môi

Dung môi được sử dụng nhiều nhất là metanol, etanol Nhiều trường hợp

dùng tetrahidrofuran, 1 ,2-đietoxietan, dimetylfocmamit, dimetylsunfoxit.

Trường hợp dùng xúc tác axit, người ta ding dung môi ete, benzen thay cho

ancol dé tránh việc tạo ra axetal

Sinh viên: Trân Thị Thanh Thảo Trang 30

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Chương 4

QUANG PHO HONG NGOẠI

1.4.1.Quang phế điện từ [2], [5], [10]

Khi phân tử hap thụ tia sáng, thì năng lượng của phân tử sẽ tăng thêm một

lượng AE bằng năng lượng của tia sáng bị hap thụ:

¢: vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.10'° cm/s

Để đặc trưng cho sóng ánh sáng, người ta còn dùng đại lượng v (cm”) gọi là

Khi hấp thy tia sáng có thể xảy ra sự biến đối năng lượng quay của phân tử,

hoặc năng lượng quay cùng với năng lượng dao động, hoặc cả hai lọai năng

lượng trên cùng năng lượng electron của phân tử Tuy nhiên, sự hap thụ chỉ xảy

ra khi năng lượng của lượng tử ánh sáng đúng bằng hiệu số năng lượng chuyển

mức AE giữa tập hợp ba mức năng lượng nói trên của trạng thái cơ bản và tập

hợp tương tự của trạng thái kích thích Khi đó:

AE = AEy+ AE, + AEy

AE, , AE+ , AE lần lượt là biến thiên năng lượng electron, năng lượng

đao động, năng lượng quay của phân tử

Khi phân tử hấp thụ một lượng nhỏ năng lượng phát từ nguồn ở vùng hồng ngoại xa hay vùng vi sóng thì chỉ có năng lượng quay thay đổi, còn năng lượng

Sinh viên: Trần Thị Thanh Thảo Trang 32

Khoá luận tết nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

electron và năng lượng dao động vẫn giữ nguyên Khi đó ta chỉ thu được phdquay thuần túy gồm các vạch cách đều nhau, mỗi vạch có tần số:

AE

"oe

Nếu nguồn sáng cho bức xạ có năng lượng cao hơn chang hạn từ vùng hồngngoại gần thì cả năng lượng quay lẫn năng lượng dao động đều thay đổi Nhữnglượng tử năng lượng tương ứng có tin số:

Vaa= —4

h

Do kết quả chồng chất những lượng tử quay và những lượng tử dao động ta

thu được phổ dao động quay của phân tử gọi là phd hồng ngoại Kết qua là mỗi

vạch Vgg của phổ dao động biến đổi thành một tập hợp nhiều vạch nhỏ có tan số v

= vạa + Vey „ còn chính vạch có tần số vạ¿ thì lại không xuất hiện.

Các tia có năng lượng rất cao ứng với các vùng tử ngoại và khả kiến sẽ làm thay đối cả ba dang năng lượng Đó là những lượng tử có tần số:

h

Khi đó trên phổ ta thu được các đám vạch có tần số: v = vạ + Vay + Va Phổ thu được trong trường hợp này gọi là phổ electron hay phổ hồng ngoại - khả kiến.

1.4.2 Định luật hấp thụ ánh sáng

Theo thuyết photon, cường độ tia bức xạ được xác định bằng số lượng

photon Nếu cho tia bức xạ qua chất hdp thụ thì một số photon bị giữ lai làm tăngnăng lượng của phân tử chất hấp thụ, còn tia bức xạ bị giảm cường độ Cin nhớ

rằng cường độ bức xạ của tia đơn sắc không liên quan với nang lượng của nó.

Năng lượng của tia đơn sắc phụ thuộc vào tần số theo biểu thức e = hv, còn

cường độ phụ thuộc vào biên độ sóng Do đó khi sóng điện từ bị hấp thụ thì biên

độ sóng giảm đi nhưng tần sé thì không đổi.

Thực nghiệm đã chứng minh rằng, sự hấp thụ bức xạ đơn sắc tuân theo

phương trình bậc nhất:

Inst =k.n

Sinh vién: Tran Thj Thanh Thao Trang 33

Khoá luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng

Ip và I: lần lượt là tia đi vào và tia đi ra khỏi chat hap thụ

n :sốmol chất hấp thụ

k : hệ số tỉ lệ: nói lên mức đo tương đối của cường độ hắp thụ k = 0 thì

không xảy ra sự hấp thụ

Trong thực tế người ta thường đo cường độ hap thụ của chat ở trang thái dung

dịch trong suốt Đại lượng n tỷ lệ với nồng độ mol/1 của chất tan ( dung môi xem

như không hap thụ ) và độ dày | của lớp dung dịch Vì thế biểu thức trên có thé

được viết thành:

lạ =eCi

Đại lượng lg(Iy1) được gọi là mật độ quang, kí hiệu là D hay độ hap thy, ki

hiệu là A

c: hệ số hap thụ mol ( hay hệ số tắt mol )

I: chiều day của lớp hip thụ (cm)

C: nồng độ chất hap thụ (mol/1)

Do đó, ta có thé viết:

D=eC.l

Đó là biểu thức của định luật hap thy ánh sáng mà người ta thường gọi là định

luật Lambert - Beer Ngoài ra, để đặc trưng cho cường độ hấp thụ người ta còn

dùng các đại lượng sau:

bước sóng, số sóng) của tia bức xạ

Sinh viên: Tran Thị Thanh Thảo Trang 34