Anđehit béndưới tác dụng của ]-Dẫn xuất gem-dihalogen là hợp chất hữu cơ có 2 nhóm halogen gắn vào cùng một nguyên tử C khi đun nóng với dung dịch kiểm hoặc axiU sẽ xảy ra phản ứng thủy
Trang 1[p> <1 72 <( 0> S72 <i o> <i> <f b> SỈ PP SỈ SẠC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA HOÁ
snl cz
R
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HOÁ HỌC
Chuyên ngành : HOÁ HỮU CƠ
Trang 2Luận văn này được hoàn thành nhờ sự tận tình giúp dé của các
thầy cô trong khoa, các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm cùng các
thầy cô ở phòng đào tạo và thư viện đã tạo mọi diéu kiện thuận lợi cho
em hoàn thành dé tài này
Đặc biệt em xin chân thành cám ơn thây Lê Văn Đăng đã trực tiếp
hướng dẫn em tận tình, giáp đỡ và động viên em vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện dé tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong ban chủ nhiệm khoa Hóa cùng các thdy cô trong tổ bộ môn Hóa Hữu Cơ đã giúp đỡ tạo điều
kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn.
Luận văn này không tránh khỏi những sai sót, do diéu kiện thời
gian hạn chế và kinh nghiệm chưa nhiều Do đó em kính mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn nhằm giúp em sử chita những sai
_ sót va hoàn thành kiến thức, kĩ năng thực hành.
Trang 3LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
LỜI MỞ ĐẦU
sslexe
Ngày nay hoá học về các chất dị vòng đang trong giai đoạn phát triển
mạnh mẽ Từ đầu thế ki 19, người ta đã nghiên cứu một số hợp chất di vòng
như quinolin, piriđin, pyrol, furan trong đó các chất dị vòng thơm là đáng được chú ý nhất, vì nó có công dụng rất lớn trong đời sống và trong khoa học
hoá học Những năm về sau các nhà nghiên cứu đã tinh chế và tổng hợp được
một số lượng ngày càng lớn các chất dị vòng, việc nghiên cứu chúng, có tam
quan trọng đặc biệt vé mặt lý thuyết cũng như vé mặt thực nghiệm đã hình
thành một ngành hoá học các hợp chất dị vòng
Các hợp chất dị vòng có ý nghĩa rất lớn trong đời sống Trong y học được dùng để chế thuốc chữa bệnh như : kháng sinh, các vitamin, các loại
enzim, các chất kích tố Trong nghiên cứu sinh vật cũng như sử dụng các chất
dị vòng trong hoá học hữu cơ được dùng làm dung môi, làm chất xúc tác.
Trong công nghiệp cũng sử dụng các hợp chất dị vòng : trong các giai đoạn
chế biến dầu mỏ, trong công nghiệp nhuộm, sản xuất đổ dùng hàng ngày.
Nhiều người đã tổng hợp nghiên cứu quang phổ va thử hoạt tính chống
nấm chống khuẩn của một số anđehit, xeton, chứa nhân quinolin Tuy vay,
việc tổng hợp cũng như nghiên cứu các dẫn xuất của hiđroxiquinolin mới chỉ
được dé cập đến rất ít trong các tài liệu tham khảo Trong các hợp chất di vòng
thơm thì dị vòng quinolin có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, được khám phá sớm
nhất (từ năm 1834) và thu được nhiều thành tựu.
§-Hiđroxiquinolin thường tạo phức với những kim loại thông thường và
cả kim loại quí, vì thế được áp dụng trong hoá học phân tích để tách và chiết
các kim loại.
8-Hidroxiquinolin và các dẫn xuất cacbonyl không no của chúng là
mô hình tốt nhất để nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa các nguyên tử trong
phân tử.
8-Hidroxiquinolin và các dẫn xuất cacbonyl của nó có hoạt tính sinh lý
cao, có hoạt tính chống khuẩn, nên được dùng trong y học để làm thuốc chữa
bệnh.
Vì những lý do trên mà em đã chọn để tài nghiên cứu về dẫn xuất của
8-hidroxiquinolin với công việc là:
- Tổng hợp 5-focmyl-8-hidroxiquinolin
- Tổng hợp 3-(8-hidroxi-5-quinolyl)- I-phenylprop-2-en- | -on
- Tổng hợp 3-(8-hiđroxi-5-quinolyl)- 1-(p-tolyl)prop-2-en-1-on
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang Ì
Trang 4LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Phần I
TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương I:
FOMYL HÓA HỢP CHẤT THƠM VÀ DỊ VÒNG THƠM
I.1- ĐI TỪ HỢP CHẤT THOM VA ĐỊ VÒNG THOM CÓ NHÓM THẾ.
L.1.1- Đi từ axit cacboxyli [9]
Khử hoá trực tiếp axit cacboxylic thành anđchit không dé dang, vì các axit
khó bị khử còn anđchit dễ bị khử Nên phải biết giữ không cho phản ứng chạy
quá xa bằng cách chuyển axit thành dẫn xuất dễ bị khử thành andehit hơn, người
ta đã chuyển axit thành dẫn xuất clorua axit rồi khử thành anđehit
I- Phượng pháp Rosemund.
Phương pháp này là chuyển axit thành một dẫn xuất axyl clorua, chất này
bị oxi hoá với xúc tác là Pd thành anđehit với hiệu suất tới 90% Để anđehit ít bịkhử thành ancol người ta đầu độc xúc tác Pd bằng cách cho lưu huỳnh vào
Sơ 46 chuyển hoá như sau:
R-COOH-SOCh ncoci —*H‡ ———>RCHO
Pd - BaSO,(S)
2- Khử clorua axit bằng LIAIH,
Sau khi tạo dẫn xuất clorua axit ta dùng NH, để chuyển hoá thành amit,
rồi dùng POCI, để chuyển thành dẫn xuất nitrin tương ứng, rồi dùng LiAIH, để
Để đạt kết quả tốt người ta thay LiAIH, bằng LiAIH(O-t-Bu),
Là phương pháp điều chế một anđehit thơm bằng cách cho clorua axit
thơm tác dụng với anilin tạo thành một sản phẩm trung gian không bền bị biến
đổi thành imino clorua dưới tác dụng của photpho pentaclorua (PCl;) Imino
clorua tác dụng với HCI (khan) trong dung môi ete khan có xúc tác SnCl, nhanh
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang 2
Trang 5LUẬN VAN TOT NGHIỆP GVHD: LE VAN DANG
chóng tạo thành một lớp chất rắn ở phía dưới Hổn hợp chất rấn này cho tác
dụng với axit clohidric, chưng cất hơi ta sẽ thu được anđchit Lượng chất rắn cònlại sau khi chưng cất là anilin clorua Hiệu suất phản ứng thu được vào khoảng
1.1.2- Tổng hợp từ dẫn xuất Cơ ~ Magie [14,1]
Khi cho dẫn xuất cơ magie tác dụng với este hoặc muối của axit fomic thì
thu được anđehit ,
L: Qxi hoá mono ancol bậc một, [ 14,1]
Vì anđehit dễ bị oxi hoá thành axit cacboxylic, nên đòi hỏi phải lựa chọn
tác nhân oxi hoá thích hợp Ngoài ra còn phải tách anđehit sinh ra khỏi hỗn hợp
phản ứng bằng cách chưng cất hơi nước hoặc cuốn bằng dòng CO).
> Axit Cromic là tác nhân oxi hoá mạnh thường oxi hoá ancol bậc một
thành axit tương ứng Nhưng khi cho cẩn thận axit cromic / axeton vào
ancol bậc một thì đôi lúc sinh ra anđehit hiệu xuất cao (Joonnes
oxidation).
> Tác nhân tốt hơn cho sự tạo thành anđehit là tác nhân collins, đó là
hỗn hợp cromtrioxit CrO; với piriđin và HCI.
> Ngoài ra còn có một số tác nhân khác có thể cho andehit với lượng lớn
mà không bị oxi hoá lên cao hơn.
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 3
Trang 6LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
TÁC NHÂN OXIHOA | KHA NANG OXI HÓA THÍ D
Có tính chọn lọc cao,
oxi hoá ancol bậc một thành anđcht mà
không ảnh hưởng đến nối đôi, trừ nối đôi ở vị
trí œ so với nhóm
-OH
C;H,NH".CrO; Tác nhân tốt nhất cho CAH.NHCGOjC
(Tác nhân collins) sự oxi hoá ancol bậc C2 lào ©
(N:O,, NOz, NO;, NO) Oxi hoá ancol thơm
* Ở 0°, HNO; tác dụng với | thành anđehit
SeO; sinh ra hỗn hợp nitơ
Tert-butylcromaU
tert-butanol
2- Dé hidro hod mono ancol bậc một (14,1)
Dun nóng rượu thơm bậc một trong không khí ở 300°C với xúc tác là Cu,
Ag hoặc CuO thì xảy ra phản ứng để hiđro hoá Trong phòng thí nghiệm, phản
ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao nên rất khó khăn, không thuận lợi nhưng được
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
mem: 0; —* C mo + H;O
3- Oxi hoá 12 =điol, [14,13]
| ,2-Glicol có thể bị oxi hoá cắt mạch cacbon tạo thành hợp chất cacbonyl
Trang 7LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂN
độ từ 25°C -50°C.
NaBiO, Dung môi nước hoặc các dung} Oxi hoá có tính chon lọc, oxi
môi hữu cơ ở nhiệt độ phòng hoá các 1,2-glicol thành hợp
chất cacbonyl Anđehit béndưới tác dụng của
]-Dẫn xuất gem-dihalogen (là hợp chất hữu cơ có 2 nhóm halogen gắn vào
cùng một nguyên tử C) khi đun nóng với dung dịch kiểm (hoặc axiU sẽ xảy ra
phản ứng thủy phân, cho ta sản phẩm gem-diol, chất này không bền bị tách một
phân tử nước tạo thành hợp chất cacbonyl, để thu được andehit thì 2 nhóm thế
Trang 8LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
1.1.5- Tổng hợp từ hidrocacbon [14,1]
!- Oxi hoá anken.
Oxi hoá anken bằng tác nhân oxi hoá mạnh như dicromat hay permanganat sẽ dễ tạo thành axit cacboxylic Để tạo thành andéhit thì phải điều
khiển phản ứng một cách cẩn thận
Ví dụ: điểu chế vanillin từ eugernol
OH Ac ,
OMe (1) Sư đồng phân hoá OMe = @,0;, HNO, ome
với KOH hoặc O,
(2) Axety] hoá —===t
CH;-CH=CH; CH=CH-CH, CHO
Eugernol lsocugermeol axctat Vanillin
Nếu oxi hoá bằng phương pháp ozon phân thi phản ứng êm dịu hơn
Phương pháp ozon phân có thể sử dụng như một phương pháp tổng hợp hoặc như
một kĩ thuật phân tích Hiệu suất phản ứng nói chung tốt.
2- Qxi hoá aren
Ta có thé oxi hoá nhóm ankyl gắn với nhân thơm va dị vòng thành nhóm
-CHO trong những điều kiện và tác nhân oxi hoá thích hợp Những tác nhân oxi
hoá thích hợp như SeO;, MNO;, Cr;O;, được dùng để chuyển dẫn xuất anky!
của hiđrocacbon thơm và dj vòng thành dạng anđehit tương ứng.
Những nhóm mety! hay metylen gắn ở vị trí a so với nhóm rút điện tử (như
phenyl, cacboxyl) thì được hoạt hóa, dé dàng cho tác nhân oxi hoá tấn công
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang 6
Trang 9LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Điều kiện tiến hành phản ứng
oxi hoá
BeO; tan trong dung môi hữu cơ, nên phản ứng được tiến hành
trong ancol sôi hoặc dung dịch đioxan Sự oxi hoá kèm theo sự
tách khỏi hỗn hợp phản ứng kết tủa đỏ Se Ta có thể tái tạo SeO; bằng cách chế hoá kết tủa Se đó với HNO; hoặc O;
Phương pháp này cũng được dùng để oxi hoá một vài hợp
chất thơm như oxi hoá quinadin (2-metylquinolin), lepidin
(4-mety! quinolin) thành andchit tương ứng.
Anhidric La những chất oxi hoá thường dùng nhất Anhiđric cromic được
Cromic và hỗn dùng dưới dạng dung dich trong axit axetic
hợp Cromat Hỗn hợp cromat được dùng dưới dạng bicromat trong dung dịch
axit sunfuric loãng ( hỗn hợp cromat BECMANN )
Người ta dùng hỗn hợp cromat để oxi hoá ancol bậc một, bậc
hai thành hợp chất cacbonyl.
Thường dùng dung môi là clorofoc, cacbon disunfua, cacbon
Cromyl clorua | tetraclorua, Nhiệt độ phản ứng từ 25°C - 45°C Hiệu suất vào
1.1.6- Akyl hóa và thủy phân 1,3-Dithian [14]
1,3-Dithian là một axit yếu (pK, = 32) có thể cho proton một bazd mạnh như n-butyl lithium Kết quả là tạo ra một cacbanion được ổn định bởi hai nguyên
tử lưu huỳnh hút điện tử.
a + Cli —— li + CsHio
S Ss Q
Sự alkyl hóa của anion đithian vào alkyl halogenua bậc một hoặc tosylat
tạo thành một thioaxetat (sunfua axetat) có cấu trúc tương tự như các axctan mà
chúng ta đã được học, nhưng thay các nguyên tử oxi bằng các nguyên tử lưu
huỳnh
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 7
Trang 10LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Trang 11LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Andchit 2,5 -đimetyl benzoic
Do phụ thuộc vào điểu kiện phản ứng mà nhóm anđêhit có thể thế H ở vị
trí meta hoặc para so với nhóm ankyl : Nếu tiến hành phản ứng không có dung môi thì về nguyên tắc sẽ xảy ra sự thế vào vị trí para, khi tiến hành phản ứng
trong nitrobenzen thì sẽ thu được m-ankylbenzanđehit.
Đối với toluen và các mono ankylbenzen, tổng hợp
GATTERMANN-KOCK thường định hướng nhóm -—CHO vào vị trí para so với nhóm ankyl Nhược
điểm của Paes pháp này khi áp dung cho các ankyl benzen là:
Sử dụng các oxit cacbon một cách hạn chế
- Hiệu suất phản ứng thấp trừ những hiđrocacbon hoạt động như :
mesitilen có thể chuyển thành mesitanđehit với hiệu suất 83%
- Tạo một lượng lớn các sản phẩm phụ, bởi vì có các quá trình tách
xâm nhập và thay đổi vị trí của nhóm anky! (phần lớn được quan
sát thấy khí fomyl hoá poliankylbenzen) Như khi ngưng tụ
isopropyl benzen với CO va HCI thì sẽ nhận được một lượng nhỏ
p-Ìsopropyl benzanđehit và đồng thời sẽ tạo thành 2,4-diisopropy!benzandchit, benzanđchit và hỗn hợp m,p-điisopropyl benzen
* Khi điểu chế ra andehit benzoic bằng phương pháp này nếu ta dùng
xúc tác là AICI, thay cho AICI, thì hiệu suất sẽ cao hơn.
* So với các phương pháp khác, phương pháp này có thể didu chế ra
p-ankylbenzandehit bằng cách fomyl hoá và ankyl hoá đồng thời
benzen Phản ứng này được thực hiên khi benzen tác dụng với CO và
tác nhân ankyl hoá với sự có mặt của clorua nhôm và clorua đồng (1) ở
áp suất khí quyển Tác nhân ankyl hoá ở đây có thể là dẫn xuất
halogen, rượu, olephin, ete, este của axit fomic và axit axetic,
* Phuong pháp này còn áp dụng được với các dẫn xuất benzen thế khác
(Trong số các dẫn xuất halogen của benzen chỉ có một minh clobenzen có thể chuyển thành p-clobenzandehit bằng phản ứng
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 9
Trang 12LUAN VĂN TỐT NGHIỆP VHD: LÊ VĂN ĐĂNG
GATTERMANN-KOCK).
Thí dụ : fomyl hoá clobenzen cho p-clobenzanđchit.
(70% )
* Phan ứng GATTERMANN-KOCK cũng có thể áp dụng với các chất
đa vòng ngưng tụ (như naphtalen) nhưng phải sử dụng hỗn hợp CO
-HF và xúc tác BF.
5 *- VÔ
Andchit œ-Naphtoic
* Ấp dụng đối với biphenyl, khi đó tạo ra p-phenylbenzanđehit.
" Không những áp dụng được đối với các hợp chất thơm mà còn áp dụng
được đối với các hợp chất béo để điểu chế ra các anđehit béo
CHÚ Ý:
> Không áp dụng với phenol va ete của chúng bởi vì clorua không tan
trong hỗn hợp phản ứng
Nitrobenzen không tham gia phản ứng nên có thể dùng làm dung môi.
Không áp dụng đối với các chất di vòng
Không áp dụng đối với các chất đa vòng ngưng tụ (như naphtalen),
nhưng thực hiện được khi sử dụng BF; và HF cùng với CO.
3- Cơ chế phản ứng.
Dưới ảnh hưởng của xúc tác đồng (1) clorua CO và HCI sẽ tạo thành fomylclorua không bến, chất này khi có mặt nhôm clorua sẽ ngưng tụ với hiđrocacbontheo phản ứng FRIEDEL-CRAFT, nếu tiến hành phản ứng ở áp suất cao thìkhông cần đến Cu;Cl; làm xúc tác
Trang 13LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
« Xúc tác: xúc tác thường dùng nhất là AICI Xúc tác không hoạt động khi
AICI, tổn tại trong không khí ẩm vì nhôm clorua dé bị thủy phân Do đó,
trước khi phản ứng các chất đầu và máy móc phải xấy khô cẩn thận Chất
xúc tác tốt nhất cho hiệu lực cao là AICI, trộn lẫn với titan clorua
Yếu tố quan trọng trong phản ứng GATTERMANN-KOCK là lượng xúc
tác cẩn dùng Lượng chất xúc tác cần để điểu chế anđchit với hiệu suất cao
phụ thuộc vào bản chất hiđrocacbon thơm đem fomyl hoá Thường người ta
dùng | mol AICI, cho I mol hiđrocacbon Nếu dư nhiều nhôm clorua có thể
dẫn đến phản ứng ngưng tụ tiếp theo.
Hoạt tính xúc tác của các halogen kim loại sau đây được Đinkơ và Ely sắp
xếp theo thứ tự giảm dan:
Nếu thực hiện ở áp suất cao thì xúc tác phản ứng là florua bo và một lượng
nhỏ HF.
* Chất hoạt hoá: Trong trường hợp nếu tiến hành phản ứng
GATTERMANN-KOCK ở áp suất thường, nhất thiết phải có sự hoạt hoá Chất hoạt hoá thường
dùng thường là đổng clorua, vai trò của Cu;C]; là làm tăng khả năng phản
ứng giữa CO và HCI.
Ngoài Cu;C];, người ta còn sử dung titan clorua làm chất hoạt hoá
= Dung môi: Khi fomyl hoá các hợp chất thơm theo phương pháp
GATTERMANN-KOCK, đôi khi dùng dung môi là benzen vì chính benzen
được fomyl hoá bằng cacbon oxit và hiđroclorua khi có mặt nhôm clorua rất
không đáng kể Ngoài ra người ta sử dụng niưobenzen Thường phản ứng xảy
ra không có dung môi.
s Ap suất: Phản ứng có thể được thực hiện ở áp suất thường và ở áp suất cao
trong nổi hấp Khi thực hiện phản ứng GATTERMANN-KOCK dưới áp suất
cao thì hiệu suất anđehit tăng lên Đặc biệt áp suất có ảnh hưởng mạnh trong
trường hợp fomyl hoá benzen va isopropyl benzen Trong các điều kiện ấy,
benzandchit nhận được với hiệu suất 90% còn isopropyl benzanđchit nhận
được với hiệu suất 60% Lúc này không đòi hỏi Cu!) clorua làm xúc tác.
* Nhiệt phản ứng: Da số các trường hợp, nhiệt độ thực hiện phản ứng có thể ở
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang \1
Trang 14LUAN VĂN TOT NGHIEP GVHD: LE VAN DANG
nhiệt độ phòng va từ 50°C đến 60°C.
1.2.2- Phương pháp GATTERMANN | 13,7,2]
I- Mở đâu.
Phương pháp điều chế anđchit theo phản ứng GATTERMANN-KOCK
không áp dụng được cho các phenol và ete, vì clorua đồng không tan trong hỗn
hợp phản ứng Để đưa nhóm -CHO vào nhân của phenol va ete, năm 1907,
GATTERMANN cải biên phương pháp GATTERMANN-KOCK bằng cách sử
dụng HCN lỏng khan thay cho cacbon oxit, Trong trường hợp này HCI thường
dùng dưới dang hỗn hợp với ZnCl; hoặc AICI; mà không dùng thêm đồng (1)
clorua,
AICh (HC) thủy giải
CH, + HCN SERCO, Mey gn CH; CHO5 gid, 100 ĐC
( Hiệu suất gần bằng lí thuyết )
Trong khi áp dụng phương pháp này nhiều tác giả đã nhân xét thấy tính ưu
việt của nó so với phương pháp REIMER-TIEMANN:
Phản ứng GATTERMANN xảy ra nhanh và hiệu suất cao Hiệu suất thu
được các hiđroxi anđehit là tốt nhất.
Y Chỉ tạo ra một đổng phân trong các đồng phân có thể có theo lí thuyết.
¥ Xay ra theo qui luật, chỉ có một nhóm anđehit.
* Không xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo thành giữa hidroxi anđchit và
phenol.
Có khả nang thực hiện phản ứng với các phenol Thi dụ như :
a-Naphtol, pirogallol (đối với những chất này không thể sử dụng phản ứng
REIMER-TIEMANN).
* Phản ứng được áp dụng rộng rãi để gắn nhóm andehit vào một số hợp
chất hữu cơ có cấu tạo khác nhau.
2- Phạm vị ứng dụng.
* Đối với andehit của phenol va ete chứa một nhân thơm:
Khi điều chế hiđroxi và alkoxi của andchit thơm, với một sự chọn lọc
đáng kể nhóm anđehit bao giờ cũng vào vị tri para đối với nhóm thế cótác dụng hoạt hoá và chỉ vào vị trí ortho khi nào vị trí para đã bị chiếm
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 12
Trang 15LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Tuy vậy ở vị trí para va ortho của nhân thơm chứa nhóm —OH (hay
-OR), thì ta được 2 đồng phân anđchit: para - hidroxi anđehit (chính) và một
lượng nhỏ đồng phân ortho (phụ).
~ Ấp dụng được với cả đa hiđroxi và ankoxi mà trong nhân thơm còn chứa
* Ngoài phenol va ete chứa một nhân thom, phản ứng GATTERMANN có thể
được sử dụng để điểu chế các hiđroxi anđehit của naphtalen Trong trường
hợp sử dụng naphtol, phản ứng xảy ra tốt hơn so với dẫn xuất hiđroxi của
benzen.
OH OH
hiệu suất = 90
* Tổng hợp GATTERMANN còn có thể áp dụng cho một số a riéng
lẻ cũng như cho các dj vòng như các din xuất của furan, pyrol và indol (các
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 13
Trang 16LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
hợp chất không bị thế thì không phản ứng) và cho thiophen Nếu có các nhóm
thế phản hoạt hoá nhân thi không xảy ra phản ứng
R R
Nếu cả hai vị trí œ trong furan bị chiếm thì phản ứng không xảy ra
Thiophen không cho phản ứng GATTERMANN nếu không có xúc tác nhôm
¥ GATTERMANN đã thử sử dụng phương pháp của mình để từ C,H,
điều chế ra benzanđehit nhưng không thành công
v Phương pháp tổng hợp này không dùng được cho các amin thơm.
v Không sử dụng đối với benzoyloxi phenyl vì dé bị thuỷ phân tách
nhóm benzyl.
Những thông báo đầu tiên về cơ chế phan ứng diéu chế hiđroxi và ankoxi
anđchit thơm từ phenol va ete của chúng tác dụng với HC! và HCN được
GATTERMANN giả thiết như sau:
Clorua hiđro kết hợp với axit xyanhiđric và tạo ra fomylimit clorua, do cómặt nhôm clorua tạo ra phức chất hoạt động tạo diéu kiện tấn công vào nhân
thơm khi đó tạo thành aldimin Cuối cùng khi đun nóng với axit clohiđric loãng
thì aldimin bị thủy phân tạo thành anđehit tương ứng.
HCN + HCI + ACh =~ tuum
RO H + H-C=NH AK], - ar HENH;CI——> Ms HO
Sơ đồ này thu được từ thực nghiệm khi phản ứng tiến hành với alkoxi.
Đã phân lập được sản phẩm trung gian là muối axit aldimin và đã tiến
Trang 17LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Với một số phenol hoạt động, phản ứng không cẩn đến muối kim loại.
Để tránh làm việc với HCN trực tiếp, người ta dùng Zn(CN); tác dụng với
HC! (cải tiến của ADAMS) với tỉ lệ mol:1,5 mol Zn(CN); + | mol phenol.
* Xúc tac:
Dùng nhôm clorua với phenol va ete của nó.
Dùng ZnCl, đối với (diol và triol).
- Có thể dùng hỗn hợp ZnCl, và AIC); đối với đietoxi glixin florua
* Dung môi.
Có thể dùng benzen hoặc ete tuyệt đối, trong một số trường hợp riêng
người ta sử dụng clobenzen, tetracloctan và hỗn hợp etyl axctat với ete.
Nếu ta dùng dung môi khác nhau thì sẽ được các sản phẩm khác nhau Thí
dụ: khi fomyl hoá biphenyl trong clobenzen và diclobenzen thì sẽ tạo ra
p-phenyl benzanđehit, nhưng khí phản ứng trong dung môi tetracloetan thì thu
được sản phẩm là 4,4 -biphenylđianđehit.
Còn vé phẩn sử dụng các tác nhân ngưng tụ và dung môi đối với các phenol khác nhau va ete của chúng, GATTERMANN đã đúc kết thành kinh
nghiệm sau:
. Điểu chế các anđehit của các ete phenol - dùng AICI, và benzen
- _ Điều chế các anđehit của poliphenol - dùng ZnCl, và ete
Điều chế các anđehit của poliphenol mà có nhóm hiđroxi & vị trí meta,dùng ete không cần xúc tác
_ Điểu chế naphtol anđehit - dùng ZnCl, và ete
* Nhiệt độ phản ứng : Đa số các trường hợp khi fomyl hoá các phenol và
ete của chúng, người ta duy trì ở nhiệt 30°C — 45°C Trong đó một số
trường hợp khác ta phải làm lạnh hỗn hợp phản ứng, ngược lại một số
trường hợp khác phải đun nóng như fomyl hoá o-dimetoxi, 0,0 -dimetoxi
dipheny! nhiệt độ phản ứng phải duy trì ở 70°C.
Điều chế pyrolanđehit cần làm lạnh và đôi khi ở nhiệt độ phòng.
1.2.3- Phương pháp GATTERMANN-ADAMS [2,7,35]
Năm 1923 ADAMS va LEVINE đã cải tiến phương pháp
GATTERMANN bằng cách sử dụng Zn(CN); thay cho HCN tự do rất độc Hai
ông đã dùng khí hiđroclorua tác dụng lên kẽm xianua Trong hỗn hợp phản ứng
HCN sẽ được giải phóng ngay, đồng thời sinh ra kẽm clorua đủ làm xúc tac cho
phan ứng Trong các trường hợp khác ta phải cho thêm AICI, vào.
2HCI + Zn(CN); = 2HCN + ZnCl,
AICh (HCI hy giải
by + ZJCNỤ - BỨC) „ Thủy gi, mc-C)-mo
Benzen, th (09C)
& 4h (459C)
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang 15
Trang 18LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
CH, CHy
CH, + ZnCN); ` Thủy giải cH,
3,5 giờ, 709C CH; CH;
Đây là một trong những phương pháp mới để điều chế anđchit thơm Tác
nhân của phản ứng này là một amit của axit focmic như N-mety! focmanilit hay
dimety! focmamit, có mặt xúc tác là photpho oxi clorua.
Cols POChk
ArH + N-CHO ——* ArCHO + C¿H;NHCHạ
CHY
Điều khác biệt là các phương pháp tổng hợp tổng hợp đã được giới thiệu ở
trên không áp dụng được cho các amin thơm Vì thế, để đưa nhóm anđehit vào
nhân thơm của các amin thơm, năm 1927, VILSMEIER đã sử dụng tác nhân
fomyl hoá là các focmanilit thế có mặt chất chuyển là photpho oxi clorua và kết
quả thu được tương đối cao.
/ \ ¬.x `" / \
CHý CHO
H
N I
Ap dụng cho các hợp chất thơm hoạt động, nhất là cho các chất đa vòng,
các phenol, các phenolete và các dị vòng chứa oxi, lưu huỳnh và nito có khả
năng phản ứng cao.
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang l6
Trang 19LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
CHy,
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi, thu được sản phẩm có hiệu suất
cao và nhanh hơn so với các phương pháp khác.
* Phương pháp VILSMEIER có thể áp dung cho các hợp chất thơm hoạt động,
nhất là các chất đa vòng, các phenol, các phenol ete và các dị vòng chứa oxi,
lưu huỳnh và nitơ có khả năng phản ứng electrophin cao, các hidrocacbon
thơm đa nhân ngưng tụ như antraxen, piren, axcnaphten, Trái với phương
pháp tổng hợp GATTERMANN, KOCK,
GATTERMANN-ADAMS, ở đây các amin bậc hai, bậc ba cũng phản ứng dé dàng Cụ thể là:
Phương pháp này không áp đụng được cho nhân benzen (kể cả toluen)
và naphtalen không thế nhưng có thể sử dụngđể fomyl hoá vào vị trị
ortho và para của các phenol, phenolete, naphtol, naphtyÌ ete và các
hợp chất đa nhân khác như antraxen, thí dụ : tổng hợp 9-anthralđehit
và 2-ethoxyl-1-naphtanđehit với hiệu suất 74% - 84%.
-_ Đối với các amin thơm : không áp dụng được cho anilin nhưng áp dụng
được cho dialkyl anilin, cho các amin thơm bậc hai và cả bậc ba nữa.
Thí dụ :
su-(C>n + (CHạ);;NCHO TS nn-())-cho + (CH;):NH
Đối với các hợp chất dị vòng thơm: không 4p dụng được cho pyridin,
quinolin, nhưng áp dụng được cho vòng furan, pyrol, thiophen Chứng
tỏ các dị vòng thơm furan, pyrol, thiophen có khả năng phản ứng cao
Trang 20LUÂN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
(h= 71% - 74%)
Gần đây, phạm vi ứng dụng của phương pháp VILSMEIER được mở rộng
một cách đáng kể, đưa được cả các chất déng đẳng vinyl của các amit của axit
vào phan ứng với kết quả tốt để cho các anđchit không no.
Thí dụ :
POCh
RạN H + RạN-CH=CH- CHO NHN HeCH-CHO
3- Cơ chế phần ứng.
Tác nhân fomyl hoá trong tổng hợp VILSMEIER là một amit của axit
[ocmic Đặc biệt hay dùng là Đimetylfocmamit và N-metylfocmanilit có khả
năng phản ứng cao hơn chút ít so với chất dimetyl focmamit rẻ tiền hơn, nhưng đòi hỏi diéu kiện phản ứng khắt khe hơn, song cho hiệu suất cao hơn.
Chất xúc tác FRIDEL-CRAFTS thường được sử dụng là photpho oxi clorua
POCI;, chất này tao một phức chất với amit Trong trường hợp của N-metyl
focmanilit, ta có thể cô lập được phức chất se
* Xúc tác: Phản ứng thường dùng POCI, làm xúc tác FRIDEL-CRAFTS,
nhưng nếu dùng xúc tác là AICI, thì phản ứng xảy ra mãnh liệt hơn Ở đâychỉ dùng POC]; làm chất chuyển, chất ngưng kết, rất it dùng PCI;, POBr;,
SOC|; có thể thay POCI, bằng COC|;, trong ki nghệ người ta hay dùng
COC];.
* Dung môi: Thường là benzen, clobenzen hoặc o-diclobenzen hoặc một
lượng dư của đimctyÌ focmamit.
* Nhiệt độ : Từ 0°C - 70°C Nếu dùng N-metyl focmanilit thì nhiệt độ phản
SVTH: TRỊNH THỊ HƯỚNG trang 18
Trang 21LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
ứng không vượt quá 70°C vì chất này sẽ bị chuyển vị thành anđehit
para-metyl amino benzoic Một vài trường hợp đặc biệt thì nhiệt độ phản ứng
đun nóng tới 100°C nhưng cũng chỉ một thời gian ngắn.
L.2.S- Phương pháp REIMER-TIEMANN [3,13,34,35]
1: Mở dâu.
Phản ứng của phenol với clorofoc và NaOH (hoặc KOH) dư sẽ tạo thành
ortho và para-hiđroxi thơm, mang tên gọi là phản ứng REIMER-TIEMANN
(1876), Phản ứng xảy ra theo sơ đổ sau:
Ấp dụng để gắn nhóm anđehit vào các hợp chất thơm được hoạt hoá như:
các phenol, các alkoxi-phenol và các dị vòng thơm (như các pyrol) Phản ứng
xảy ra lâu, điểu kiện phản ứng khắc nghiệt, mà hiệu suất lại khá thấp
Tuy vậy, việc điểu chế các andehit thom vẫn được nhiều tác giả áp dụng
vì phản ứng có tính chọn lọc cao, tạo được đồng phân mong muốn do sự thay
đổi điều kiện phản ứng
Trang 22LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
* Từ ortho và para-Cresol, diéu chế ra được anđehit mà nhóm —
CHOở vị trí para và ortho so với nhóm -OH.
_+CHCH.
dd NAOHC
= Ap dụng được đối với các ete của phenol
= Ap dụng đối với các hợp chất dị vòng hoạt động như pyrol, các quinolin có
nhóm hidroxi ở vòng benzen đều tham gia phản ứng REIMER-TIEMANN
Từ 6-hiđroxi quinolin tạo 5-fomyl-6-hiđroxi quinolin.
HO HO
wx Từ 7-hiđroxi quinolin tạo 8-fomyl-7-hiđroxi quinolin.
CHO
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 20
Trang 23LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Từ 8-hiđroxi quinolin tạo 5-fomyl-8-hiđroxi quinolin.
* Phenolete va amin bậc ba, bình thương là những dẫn xuất thơm khá hoạt động
cũng không tham gia phản ứng REIMER-TIEMANN.
3- Cơ chế phản ứng.
* Trung gian của phản ứng là dẫn xuất gem-điclo mà trong một vài trường hợp
đã được cô lập.
* Đã có nhiều cơ chế để nghị cho phương pháp REIMER-TIEMANN Theo
quan điểm hiện nay, cơ chế phản ứng được mô tả như sau:
Clorofoc tác dụng với kiểm tạo ra cacben, tác nhân electrophin
CHCI; + NaOH -> NaCl + :CCl, +H,0
Diclocacben sẽ tấn công vào các vị trí được hoạt hoá nhân thơm tạo thành
gem-điclo Thủy phân gem-diclo trong môi trường kiểm tạo thành andehit
Thí dụ : Fomyl hoá phenol bằng phương pháp REIMER-TIEMANN, được hỗn hợp gồm hai sản phẩm: 2-fomyl-1-hiđroxi benzen và 4-fomyl-1-hiđroxi benzen.
s#Ó-Khi áp dụng phương pháp REIMER-TIEMANN để gắn nhóm -CHO vào
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 21
Trang 24LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
hợp chất 2,4,5-trimetylphenol cho ra hai sản phẩm:2-hiđroxi-3,5,6 trìimetyl
benzanđchit (5%) và 2,4,5-trimctyl-4-điclometyl xiclohexa-2,5-dien-1l-on (42%).
Nếu ở vị trí ortho, para nhóm -OH có mang những nhóm thế, sự hỗ biến
không thể xảy ra, nên phản ứng thủy giải cũng không xảy ra
4: Điều kiện phản ứng.
* Tác nhân: Tác nhân fomyl hoá trong phản ứng REIMER-TIEMANN thường
dùng là CHCl Ở đây không thé dùng CHBr; và CHI; vì chúng dé bị thủy
phân trong môi trường kiểm làm cho chúng mất hiệu lực Trong hỗn hợp phản
ứng cắn có mặt NaOH, là một chất chuyển tạo ra tác nhân phản ứng
= Dung môi: Thường dùng là hỗn hợp ancol ctylic-nước và có phản ứng thực
hiện trong nước là một dung môi phân cực.
= Nhiệt độ phan ứng : Tùy mỗi phản ứng mà điều kiện nhiệt độ phải khống
chế, song nói chung nhiệt độ phản ứng phải duy trì ở dưới 100°C vì nếu nhiệt
độ phản ứng cao quá thì clorofoc sẽ bay hơi nhanh chóng và dung môi phản
ứng cũng sẽ bị bốc hơi.
* Phan ứng xảy ra chậm nên thường phải kéo dài thời gian phan ứng.
CHÚ Ý:
Phản ứng REIMER-TIEMANN hiệu suất phan lon không cao và không cố
định do mấy nguyên nhân sau :
Các hiđroxi anđehit được tạo thành trong môi trường kiểm phẩn nào bị
nhựa hoá.
Các hidroxi anđehit tham gia vào phản ứng với phenol, đồng thời sẽ tạothành các chất mau kiểu axit rozolic (OHC(CH,OH);)
Một phần phenol không tham gia vào phản ứng đã cho, bởi vì nó tác dụng
với clorofoc tạo este của axit octofomic, sau khi axit hoá đôi khi tách trở
Trang 25LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
para so với nhóm hiđroxi do kết quả của sự công hợp clorofoc sẽ cho
những chất kiểu quinolin có chứa clo,
Thí dụ : Khi fomyl hoá p-cresol dưới tác dụng của clorofoc / NaOH cho gan 12%
sản phẩm là xeton vòng có chứa clo
Ta có thể dùng phương pháp FRIEDEL-CRAFTS để gắn nhóm -CHO trực
tiếp vào nhân thơm Tác nhân được sử dụng là fomy! florua.
ArH +FCHO Sh» ArCHO + HF
Thực sự đây không phải là phương pháp do FRIEDEL-CRAFTS để nghị nhưng sử dụng các xúc tác FRIEDEL-CRAFTS và có cơ chế tương tự phản ứng
axyl hoá FRIEDEL-CRAFTS.
2: Pham vi ứng dụng
Axyl hoá FRIEDEL-CRAFTS các hiđrocacbon thơm là một phương pháp
tổng hợp quan trọng để điểu chế các xeton béo thơm Tác nhân axyl hoá được
dùng là các halogen của các axit, các anhidric axit và có khi là axit cacboxylic.
Ứng dụng của phương pháp axyl hoá là có thể điểu chế anđehit thơm bằng
halogenua của axit focmic Thực tế diéu này đã được thực hiện thành công với
[omyl clorua, xúc tác là BF; hay BBr;.
+ [ec lar, Ky" mrs + HF + BF)H
Trong phản ứng fomyl hoá FRIEDEL-CRAFTS thường phải ding
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 23
Trang 26LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
trihalogen bo với lượng thừa vì một phan chất này ngoài vai trò xúc tác còn cho
phản ứng thực sự với axyÌ benzen sinh ra.
Phương pháp này thành công trong việc điểu chế một số anđehit quan trọng gồm cả benzanđchit, toluanđchit, trì và tetrametyl benzandehit và
naphtalen, với hiệu suất từ 56% - 57%
Từ khi phương pháp này bất đầu được nghiên cứu đã có nhiều chất khác nhau được thử và người ta đã đi đến kết luận là các tetrafruoroborat của bạc
khan, của Cu(I) của Hg(Il) là các tác nhân tao cation rất tốt cho phản ứng
lomyl hoá.
Năm 1960, RIECHE, GROS VÀ HOFT đã để nghị một phương pháp khác
[omyl hoá trực tiếp vào nhân thơm :
+ _AKh „„
ArH + ChCHOMe hoặc TICL ArCHO + CHỊOH + HCI
Điclometyl metyl ete có thé fomyl hoá vòng thơm với các chất xúc tácFRIEDEL-CRAFTS Sản phẩm trung gian có lẽ là ArCHCIOME Các octofocmat
cũng được dùng trong một phản ứng tương tự Khi các halogenua phenoxi magie
bị fomyl hóa với octofocmat, ta chỉ nhận được các sản phẩm ortho với hiệu suất
Trang 27LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Chương I:
PHAN UNG NGUNG TU ANDOL HÓA & CROTON
HOA
Mở đầu : [1,2,7,8,40]
Phản ứng ngưng tụ andol theo nghĩa rộng là sự ngưng tụ giữa các anđehit và
xeton hay với các chất có chứa liên kết giữa nguyên tử cacbon với nguyên tử hiđro
tương đối linh hoạt (các chất giả axit) Thí dụ như hợp chat nitro:
HCHO + CHụ - CO - CHy 2& CH; - CO - CH; - CH;OH HCHO + CHạ-NO; 24 Hock, - CHNO;
Trong đó một phân tử hợp chất cacbonyl sẽ tham gia phản ứng theo nhóm
cacbonyl CO, còn phân tử thứ hai có chứa nhóm cacbonyl hoạt động (hay nhóm âm điện) thì sẽ tham gia phản ứng theo nhóm a - metylen.
Ngưng tụ bao gồm các loại phan ứng cộng hoặc thế trong đó hợp chất chứa
nhóm cacbonyl (thành phần cacbonyl) tương ứng với các chất có chứa nhóm CH
-CH;, -CH,, (thành phan metylen) đã được hoạt hoá, tạo ra liên kết C-C mới.
Phản ứng ngưng tụ có thể xảy ra theo ba sơ đồ khác nhau sau đây:
Thật ra phản ứng trên cũng phải qua hai giai đoạn cộng andol tiếp sau là giai
đoạn tách phân tử nước tạo thành nối đôi:
\ / Công \ Z Tach \ fo2 + H-CH — mm „5 — +H
Pg Pe \ lợn =' x2" Ry Ð
Ngưng tụ ba phân tử :
Trong sơ đổ này một phân tử của hợp chất cacbony! tương tác với hai phân tử
chứa nhóm metylen đã được hoạt hoá :
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 25
Trang 28LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
ra fe
He ý
asec \
pe Sas 1_HỊCH lệ \ R
Phản ứng này gọi là phản ứng Maicaơn Người ta thấy rằng phản ứng
Maicaơn xảy ra qua các giai đoạn andol hóa, croton hóa và sau cùng là cộng một
phân tử hợp phan metylen vào sản phẩm của sự ngưng tụ croton:
⁄ \ andothoa Z2 IN Camnha/ \ CN 2 xế
Trong ba sơ đổ ngưng tụ, phổ biến là ngưng tu andol hóa và croton hóa:;
loại ngưng tụ ba phân tử tương đối ít gặp hơn Phản ứng ngưng tụ của andehit và
xeton tiến hành nhờ xúc tác axit hoặc xúc tác bazơ Phản ứng ngưng tụ rất đa
dạng, điểu kiện tiến hành phản ứng rất khác nhau Tuỳ theo các chất tham gia
phản ứng, người ta có thể dùng xúc tác là bazơ mạnh như NaOH, KOH, hoặc các
bazơ yếu như natri cacbonat, natri bicacbonat, amin, đôi khi có thể dùng natri
metylat trong rượu Trong một số trường hợp người ta dùng các halogenua kim
loại (như ZnCl;, AICl;, CaCl; ) có đặc tính axit, hoặc tạo ra phức axit, thí dụ
như:
ZnCl; + H;O — [ZnCl;OHJH;O*
11.1- PHAN UNG ANDOL HÓA [1,2,7,8]
Khi có mặt một lượng nhỏ chất kiểm làm xúc tác, hai phân tử andehit axetic
tác dụng với nhau tạo thành anđehit ð-hiđroxibutylic, tức andol:
Giải đoạn chính của cơ chế andol hóa xúc tấc bazơ là phản ứng cộng
electrophin Phan ứng có thể chia làm ba giai đoạn sau:
SVTH: TRỊNH THỊ HUONG trang 26
Trang 29LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Giai đoạn một: Xúc tác bazơ loại trừ proton từ cacbon a của thành phan metylen tạo thành một cacbanion; cacbanion này có hiệu ứng liên hợp, nên được ổn định, có năng lượng thấp hơn OH
Sự tạo thành cacbanion trung gian nói trên trong phản ứng ngưng tụ đã được chứng
minh bằng cách dùng đồng vị đơưi Khi tiến hành ngưng tụ có mặt của nước nặng
D;O và ngừng phản ứng lại trước khi kết thúc, từ hỗn hợp phản ứng có thể tách
được hợp chất cacbonyl có chứa dowi ở vị trí a, tạo thành theo sơ đổ sau:
a = eld —+> “F — aad sơ {$0
Giai đoạn thứ hai: Trong giai đoạn này xảy ra sự tấn công nucleophin củacacbanion vào nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl trong thành phần cacbony!:
bd H R
ê® + R—C—- —O == Kz -O
ss ese
Giai đoạn cuối cùng:
Là sự thủy phân anion tạo thành, giải phóng xúc tác bazơ:
Ngưng tụ andol hoá cũng xảy ra giữa một andehit với một xeton, hoặc giữa
hai xeton với nhau:
Thí dụ: phản ứng anđchit với xeton:
CH;—CH=0 + H-CH;—-C—CHị ==>} Cty —-F —CHy-F Cy
andehit xeton O OH fa)
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 27
Trang 30LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Thí dụ: phản ứng giữa các xcton với nhau:
CH, CH
CH BOK cH’ by, =
Trong phản ứng andol hoá giữa andchit và xeton, nếu xeton có hai vị trí có
khả nang phản ứng thì ta có thể thu được các sản phẩm andol hóa | lần hoặc hai lần Nếu ta muốn điều chế ra sản phẩm cộng hợp | lần thì ta phải dùng thành phần
metylen với một lượng dư gấp 2 tới 3 lần Tuy nhiên ở các andol hình thành từ các
andehit thơm thì dé dàng xảy ra sự anđehit hóa tiếp theo vì có thể hình thành một
hệ liên hợp giải tỏa rộng.
Vai trò của chất xúc tác axit là hoạt hóa nhóm cacbonyl của anđehit và enol
đến sự tạo thành hỗn hợp sản phẩm và nói chung hướng xảy ra phản ứng sẽ được
xác định bởi độ linh động của hyđro trong nhóm metylen cũng như khả năng kết
hợp của nhóm cacbonyl
Trong hệ andchit - xeton, anđehit thường thể hiện vai trò là cấu tử cacbonyl bởi vì nhóm cacbonyl của anđehit có khả năng tương tác với anion của cấu tử
metylen cao hơn nhóm cacbonyl ở xeton:
RCH;CH(OH)CHRCHO <ŸCH;CHO * Rey cụo TRCMOOR, tCH,CH(OHRCHRCOR
RG ràng để han chế phản ứng ngưng tụ phụ giữa hai phân tử andehit thì cẩn cho dv xeton Các xeton không đối xứng như metylen xeton - có khả năng phản
ứng theo nguyên tử Cụ bất kì trong hai nhóm ankyl gắn với nhóm cacbonyl:
Trang 31LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LE VĂN ĐĂNG
Nhưng nguyên tử của nhóm ankyl dai sẽ có khả năng phản ứng mạnh hơn.
Đối với phản ứng ngưng tụ giữa hai andchit, thì anđehit có mạch cacbon dai
và phân chia nhánh nhiều hơn thường thể hiện vai trò là cấu tử metylen:
RyCH-CHO > RCH;-CHO > CH;-CHO
Như vậy dựa vào nguyên tắc chung của phản ứng có thể dự đoán các sảnphẩm tạo thành là hidroxiandehit hay hiđroxixeton khi ngưng tụ andol giữa các hợp
chất cacbonyl Ngoài ra theo kết quả phản ứng, cũng có thể nhận được sản phẩm
phụ là các chất có phân tử lượng cao hơn, ví dy như andehit và xeton ban đầu có thể
phản ứng tạo ra các axetal hay axetal vòng bến (như dẫn xuất 1 ,3- dioxan).
Đối với phản ứng ngưng tụ giữa các anđehit, giai đoạn thứ hai (tương tác giữa
anion với nhóm cacbonyl) xảy ra nhanh vì tốc độ tổng cộng chỉ phụ thuộc vào tốc
độ tạo thành cacbanion,
Ngược lại trong phản ứng ngưng tụ andol giữa xeton, nhóm cacbonyl của
chúng có khả năng kết hợp chậm nên tốc độ tổng cộng xác định bằng tốc độ của
giai đoạn thứ hai.
Ngoài ra còn có những phản ứng đặc biệt gần như dính liền với phản ứng ngưng tụ andol là phản ứng oxi hoá khử của anđchit Thông thường các chất kiểm
mạnh luôn thể vai trò xúc tác khi tiến hành ngưng tụ andol, nhưng nếu vai trò xúc
tác này không thực hiện được do cấu tạo đặc biệt của andehit thì sẽ xảy ra phản
ứng Canhissaro, lúc đó một phân tử anđchit bị oxy hoá thành axit cacboxylic, còn
phân tử khác thì bị khử thành rượu Các phan ứng oxi hoá khử này cũng xảy ra nếu
dùng xúc tác là bazơ yếu (như ancolat của nhôm, canxi, magie), khi đó trong môi
trường rượu thiếu nước sẽ tạo thành este (phản ứng Tisenco), còn trong nước - rượu
tạo ra muối axit:
AYOR);
2CHyCHO ——> CH¡-COO-C;H‹
oH”
(HOCH;);C-CHO + HCHO——» (HOCH;);C-CH;OH + HCOO'
Các phan ứng này xảy ra qua trạng thái chuyển tiếp vòng; cation của ancolat
(đặc biệt là nhôm) sẽ hút điện tử trên nhóm cacbonylÌ, còn ion ancolat hoạt động
mạnh thì tấn công vào nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl và tiếp theo là sự
chuyển hidro qua nguyên tử andehit khác để tao liên kết.
Trang 32LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
11.2- PHAN UNG CROTON HOA [1,2,7,8]
Các sản phẩm ngưng tụ andol hoá thường chỉ bền vững ở nhiệt thấp Chúng
dễ dang bị loại trừ một phần tử nước từ nhóm -OH ở vị trí B và nguyên tử H ở vị trí
đốt với nhóm cacbonyl, tạo thành một nối đôi C=C, cho sản phẩm là hợp chất
cacbonyl -œ,B chưa no Phản ứng này gọi là sự proton hoá, được tiến hành khi đun
nóng các chất andol hóa, hoặc khi có mặt xúc tác là axit vô cơ hoặc bazơ lộ) phản
ứng xúc tác bởi axit luôn xây ra sự đehirat hóa, tiếp theo sự hình thành sản phẩm
Do có hoạt độ cacbonyl thấp hơn, trong phản ứng ngưng tụ andol-croton hóa
giữa một anđehit và một xeton, các xeton luôn luôn đóng vai trò là thành phẩn
metylen.
Các xeton không có H œ hoạt động cũng không phản ứng với nhóm metylen
hoạt động, trong các trường hợp này phản ứng tự xảy ra giữa các thành phẩn
anđehit chiếm ưu thế
Cơ chế:
a- Môi trường axit.
Trong môi trường axit #hidroxi xeton bj enol hod, chính enol sinh ra mới bị
b- Môi trường kiểm.
Người ta chứng minh rắng, sự đchirat hóa sản phẩm andol hóa (croton hóa)
không phải là quá trình tách loại tiến hành theo co chế E; một giai đoạn mà tiến
hành theo cơ chế E;cb tạo ra xeton -œ, chưa no hai giai đoạn như sau:
SVTH: TRỊNH THỊ HƯỚNG trang 30
Trang 33LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
Do nguyên tử hidro a trong sản phẩm andol nim ở vị trí giữa hai nhóm hút
electron là C=O và OH nên linh động hơn, có tính axit hơn so với trong thành phần metylen ban đầu, do đó giai đoạn thứ nhất của sự tách loại nước xảy ra với tốc độ nhanh - giai đoạn quyết định tốc độ quá trình phản ứng.
H.3- PHAN UNG CLAISEN-SMIT :
Quá trình andol hóa rồi croton hóa khi ta cho ngưng tụ giữa một andehit
thơm, hoặc một anđchit nào đó không có hiđro anpha với một anđchit hoặc xeton
benzandehit axeton A beziliden axeton
Benziliđen axeton có thé tác dụng với phân tử benzanđehit thứ hai tạo thành
đibenziliđen axeton:
C¿H;CH=O + CH;COCH=CHC,H¿ ore Coble CHAE -CHC HCAs
benzandehit bezilien axeton Oo
dibenziliden axeton
SVTH: TRINH THỊ HƯỚNG trang 3Ì
Trang 34LUAN WAN TỐT NGHIEP GVHD: LE VAN DANG
Chương III
GIGI THIEU KHÁI QUAT VE PHO HONG NGOẠI
III.1- Mid đầu (4,5)
Theo lý thuyết lượng tử, dưới tác dụng của bức xạ,phân tử hoặc hấp thụ một
lượng tử toàn phần hoặc không biến đổi gì cả, nghĩa là không hấp thụ bức xạ Vậy
trong trường hợp có hấp thụ, thì sự biến thiên năng lượng tổng quát của phân tử sẽ
là:
AE =hv
Trong khi đó, trạng thái năng lượng của phân tử phụ thuộc vào năng lượng
electron, năng lượng dao động, năng lượng quay Cả ba dạng năng lượng kể trên
đều đượic lượng tử hoá Trong sự gan đúng bậc nhất, người ta thường coi năng lượng
của phâ¡n tử là tổng của ba dạng năng lượng trên, nghĩa là xem ba dạng năng lượngtrên như những số hạng độc lập :
E=E.¡#E „+ Ey (E > E w>> vu)
Ciông thức này chỉ là gần đúng vì ba dạng chuyển động ứng với ba
dang nding lượng trên không độc lập với nhau Tuy nhiên để đơn giản hơn,
người ta vẫn sử dụng công thức nói trên Khi đó có thể biểu diễn sự biến thiên năng
lượng cửia phân tử như sau :
AE =AE „¡ +AE yy +AE ay
Nihu vậy, sự hấp thụ bức xa sẽ làm thay đổi trạng thái năng lượng trong phân
tử.
K:hi phân tử hấp thụ bức xạ trong vùng khả kiến hoặc tử ngoại sẽ làm chuyển
mức ele:ctron, Tuy nhiên, đồng thời với sự thay đổi trạng thái electron luôn kèm
theo sự lbiến thiên năng lượng dao động và năng lượng quay :
Vv„ ÊEa_
h
K:hi phân tử hấp thụ bức xạ trong vùng hồng ngoại gần, trạng thái dao động
bị kích thích (trạng thái electron vẫn không thay đổi) và kèm theo đó luôn luôn có
biến thiên năng lượng quay, những lượng tử năng lượng tương ứng sẽ có tần số :
Cin phải hiểu rằng cường độ của bức xạ không liên quan đến tan số của nó.
Khi bức xạ đơn sắc đi qua chất hấp thụ thì một số nào đó hạt photon bị giữ lại, mật
độ dòng: photon bị giảm đi, tia di qua sẽ có cường độ nhỏ di, Thực nghiệm chi ra
rằng sự lhấp thụ bức xạ đơn sắc được biểu diễn bằng phương trình bậc nhất :
In(1 =k.n
SVTH: TRỊNH THỊ HƯƠNG trang 32
Trang 35LUẬN VĂN TOT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
k : hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất hấp thụ và tan số của bức xa.
n : số mol chất nghiên cứu đặt trên đường đi của bức xạ.
Thông thường người ta đo cường độ hấp thụ của dung dịch trong dung môi
trong suốt và phương trình trên có thể biến đổi dưới dạng khác :
Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thy vào bước sóng (tan
số hoặc số sóng) của bức xạ bị hấp thụ dược gọi là đường cong hấp thụ hoặc phổhấp thụ Phổ hồng ngoại thường được ghi dưới dạng đường cong sự phụ thuộc của
% truyền qua vào số sóng Không một chất nào lại hấp thụ trong toàn bộ các vùng
phổ điện từ Sự hấp thụ thường tập trung vào một vùng phổ hẹp, cho nên để cho
thuận lợi người ta thường biểu diễn và xem xét từng vùng phổ riêng biệt như vùng
hồng ngoại, vùng tử ngoại, vung khả kiến
IIL2- Sự biến đổi bức xạ hấp thụ.{4,5)
Khi hấp thụ bức xạ, phân tử chuyển từ mức năng lượng này lên mức năng
lượng khác cao hơn Tuy nhiên, thời gian phân tử giữ năng lượng hấp thụ rất ngắn
khoảng từ 10” đến 10s Có nhiều cách để phân tử làm biến đổi phần năng lượng
hấp thụ đó
Như trên đã biết, phân tử không thể hấp thụ bức xạ một cách hổn loạn, mà
chỉ hấp thụ những bức xạ tương ứng chính xác với biến thiên giữa các mức năng
lượng của chúng Ngoài ra, khi hấp thụ bức xạ, cùng với sự chuyển mức năng
lượng phải kèm theo sự thay đổi các trung tâm tích điện trong phân tử, tức là phải
có sự thay đổi sự phân bố điện tích trong phân tử Qui tắc chọn lọc nêu trên là
qui tắc chung trong quang phổ hấp thụ, ngoài ra ở mỗi vùng phổ còn có những
qui tắc chọn lọc riêng
Đối với các nguyên tử nhiều phân tử, việc xét đoán một chuyển mức nào
đó là được phép hay không còn phải xem xét tính đối xứng của phân tử đó.
Vì qui tắc chọn lọc được thiết lập trên những mô hình đơn giản nên có
những chuyển mức bị cấm cũng có thể xảy ra theo những cơ chế chưa lường
SVTH: TRINH THỊ HUONG trang 33
Trang 36LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
trước được Do đó, người ta thương nói đến xác suất chuyển Những mức chuyểnđược phép thì có xác suất lớn và được đặc trưng bởi cường độ hấp thụ lớn Những
bước chuyển bị cấm có xác suất nhỏ và đặc trưng bởi cường độ hấp thụ nhỏ.
IIL.3- Phổ hồng ngoại [4,5]
Phổ hấp thụ hồng ngoại chính là phổ dao động quay của phân tử vì khi hấpthụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều bi
kích thích.
Trong phân tử hai nguyên tử, có thể coi liên kết gắn hai nguyên tử là
nguyên nhân chống lại sự dan hay nén Nó giống như là hai vật thể gắn với nhau
bằng một lò xo, nếu kéo căng lò xo rồi thả ra thì xảy ra dao động điều hoà đơn
giản của các vật thể quanh vị trí cân bằng, trong đó tẩn số dao động được xác
F : hằng số lực hay lực quy hồi trên một đơn vị dịch chuyển
Cũng như bất kì một dạng nào của chuyển động phân tử, dao động phải
tuân theo thuyết lượng tử Theo thuyết này, năng lượng của chuyển động dao
động phải có giá trị thoả mãn phương trình sau :
E„= (v++) hv 9
v : tần số dao động được xác định bằng phương trình (*).
v : là một số nguyên bất kì, gồm cả số 0.
Khi phân tử chuyển từ mức 0 lên mức 1 sẽ xây ra sự hấp thụ bức xạ với
tần số “Fa ma theo (**) thì E, = ;hv và E, = = by Như vậy, tân số của bức
xạ được hấp thụ chính bằng t4 số dao động đặc trưng v :
Tương tự như vậy, bước chuyển từ mức 0 lên mức thứ 2 sẽ xảy ra với tin
số phổ 2v
Năng lượng bức xạ mà phân tử hấp thụ không giữ được lâu mãi mãi Sự
va chạm giữa các phân tử sẽ phân bố lại nó Như vậy, năng lượng được hấp thụ
ban (đầu dưới dạng dao động sẽ nhanh chống phân bố đều giữa các chuyển động
dao dng, quay và tịnh tiến Khi đó, theo định luật Boltzmann, con số tương đối
các phân tử năng lượng Ey, ti lệ với e-*⁄*Y, Các nang lượng dao động có trị giá
SVTF1: TRINH THỊ HUONG trang 34
Trang 37LUAN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ VĂN ĐĂNG
tương đối lớn thường ~1000 cm”.
Nếu con số tương đối của các phân tử ở mức v = 0 bằng | thì số tương đối
của chúng ở mức thứ nhất (v = 1) là e '*XT z nhiệt độ 300°K Do đó, ở nhiệt
độ bìmh thường hầu hết các phân tử ở mức thấp nhất Như vậy, bước chuyển dao
động được chú ý nhất khi xét đến sự hấp thụ chỉ xảy ra từ mức thấp nhất (v=0)
của năng lượng dao động nghĩa là các tần số gap trong hấp thụ phản ánh sự
chuyển từ mức 0 lên mức 1,2,3 Ngoài ra qui tắc lọc lựa chỉ cho phép các bước
chuyển với Av = +l Do đó,chỉ có bước chuyển căn bản là được phép mà thôi và
như thế phổ dao động chỉ chứa một vân chính có tẩn số dao động của nó bằng tan
số đặc trưng v của các dao động
Trong thực tiễn các dao động phân tử tổn tại nhưng không thực điều hoà.
Nếu tính không điều hoà của phân tử đủ lớn thì qui tắc lọc lựa có thể không được
tuân theo và trong phổ xuất hiện một hấp thụ yếu ứng với tấn số 2v,3v nén ta
không thu được một vạch duy nhất như trong dao động diéu hoà mà phổ dao
động của phân tử hai nguyên tử gồm nhiều dãy vạch
Thực tế ta không thu được quang phổ dao động thuần tuý như thế, bởi vì khi năng lượng của bức xạ đủ lớn để kích thích các trạng thái dao động thì nó làm
thay đổi cả trạng thái quay Kết quả là một vạch vụ; của phổ dao động biến đổi
thành một tập hợp nhiều vạch nhỏ có tin số v = vạy + vạy, còn vạch vụ lại không
xuất hiện
Như vậy, do kết quả chồng chất của những lượng tử quay và những lượng
tử dao động ta thu được phổ dao động quay của phân tử Phổ đao động quay
thường được gọi là phổ dao động Thông thường người ta thu được nó khi kích
thích phân tử bằng bức xạ hổng ngoại do đó còn được gọilà phổ hấp thụ hổng
ngoại hoặc đơn giản là phổ hồng ngoại (phổ IR)
Cường độ hấp thụ : Trong phổ của một số phân tử hai nguyên tử thiếu hẳn
vân cơ bản Khi đó, một phổ như vậy không chứa một vết hấp thụ nào trong vùng
chuyển động dao động Nhưng ngay cả khi vân cơ bản có hoạt tính vé phổ thì
cường độ của nó thay đổi từ phân tử này đến phân tử khác mà không cần mối
liên hệ nào với cấu trúc hoá học Tuy nhiên cường độ vân là một đặc trưng đo
được rất quan trọng, vì thế cần xem xét những yếu tố ảnh hưởng đến nó
Khi hấp thụ trược tiếp bức xạ hổng ngoại, phân tử phải dao động sao cho
có sự chuyển dịch tâm của điện tích điện tử, nghĩa là trong đó có sự thay đổi
momen lưỡng cực của phân tử Momen luỡng cực (u) là tích của điện tích với
khoảng cách giữa các hạt nhân và vì thế nó phải thay đổi với sự thay đổi của độ
dài liên kết Lý thuyết chỉ ra rằng cường độ hấp thụ hồng ngoại t lệ với
du v2
Đối với tất cả các phân tử đồng nhân có hai ngyên tử như N¿, O;, Hp
những phân tử này do tính đối xứng nên Ji = 0 Trong dao động của các phân tử
như vậy mỗi một sự chuyển của điện tích ở một đầu của phân tử sẽ cân bằng
SVTH: TRINH THỊ HƯƠNG trang 35