Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân ĐậuMỞ ĐẦU Benzothiazole và các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất di vòng hai đị tố Nitơ và lưu huỳnh .Nó có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế
Trang 1BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Trang 2b Điều chế benzothiazol và các dẫn xuất.
I.1.2 2-Hdroxibenzothiazol và các dẫn xuất
1.1.3 2- Mecaptobenzothiazol và các dẫn xuất.
a 2- mecaptobenzothiazol ( 2-MBT).
b Các dẫn xuất của 2- mecaptobenzothiazol.
1.2 Nghiên cứu ứng dụng.
I.2.1 Trong lĩnh vực cao su.
I.2.2 Trong lĩnh vực phẩm màu và nhiếp ảnh.
1.2.3 Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ và phức chất
1.2.4 Trong lĩnh vực nông nghiệp.
1.3 Phan ứng este hóa và thủy phân este.
"hẳn II: THỰC NGHIỆM.
IL.1 Tổng hợp các chất.
I.I.1 Tinh chế 2- MBT tinh khiết từ 2- MBT kỹ thuật.
11.1.2 Tổng hợp axit (benzothiazol-2- ylthio)axetic II.1.3 Tổng hợp metyl(benzothiazol-2-ylthio)axetat.
II.1.4 Tổng hợp etyl(benzothiazol-2-ylthio)axetat.
II.2 Nghiên cứu cấu tạo và tính chất
11.2.1 Đo nhiệt độ nóng chảy.
II2.2 Phổ hổng ngọai.
*han Ill: Kết qủa và thảo luận.
ILL.1 Tổng hợp.
IIH.1.1 2- mecaptobenzothiazol- Tác nhân nucleophin.
III.1.2 Tổng hợp một số dẫn xuất của axit
(benzothiazol-2-ylthio)axetc.
IIIL2 Nghiên cứu cấu tạo và tính chất.
111.2.1 Do nhiệt độ nóng chảy.
III.2.2 Hấp thụ hồng ngoai
*han IV: Kết luận
Tài liệu tham khảo.
Trang 3Lời cảm ơn.
Trongqúa trình thực hiện luận văn này em đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ các thẩy cô cùng
các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Xuân Đậu
đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trong suốt qúa
trình thực hiện để tài này
Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa
hóa cùng các thầy cô trong tổ bộ môn hóa hữu co,
các thay cô trong khoa hóa và các bạn sinh viên đã
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hòan
thành tốt luận văn này
TP Hỗ Chi Minh, ngày 10 tháng 6 năm 2002
Sinh viên: Vũ Thị Thái.
Trang 4Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đậu
MỞ ĐẦU
Benzothiazole và các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất di vòng hai
đị tố Nitơ và lưu huỳnh Nó có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế nên
ngày càng được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm
nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực :
« _ Trong nghành công nghiệp:
2-Mecaptobenzothiazole(2-MBT) cho đến nay vẫn là chất chủ yếu
dùng làm xúc tác xúc tiến quá trình lưu hóa cao su Các chất màu
cation loại xyanin chứa vòng benzothiazole được sử dụng làm chất
tăng độ nhạy quang và ứng dụng trong phim ảnh đen trắng, ảnh màu,
dùng chụp ảnh trong bóng tối (chụp ảnh hồng ngoại).
e Trong nghành y được:
Vòng benzothiazole với hai dị tố liên kết với các nguyên tố khác,
nó trở thành các loại thuốẻ khác nhau như penicillin-thuốc kháng sinh
sử dụng từ năm 1941 ,vitamin BI ,
Một vai dẫn xuất của Benzothiazole thể hiện hoạt tính chống tắc
nghẽn mạch máu hay một số dẫn xuất ở vị trí số 2 có tác dụng chữa
bệnh tiểu đường ,các hợp chất thuộc dãy 1-( Benzothiazolyl-2)triazol
có khả năng chống ung thư
Các dẫn xuất thế ở vị trí số 2 như : alkoxybenzothiazole,
2-
alkylthio-6-halogenbenzothiazole,2-phenoxybenzothiazole,2-phenylthio - benzothiazole có tác dụng chữa bệnh ngoài da
s® Trong nông nghiệp:
Nhiều dẫn xuất thế của Benzothiazole có tác dụng điều hòa sinh
trưởng của thực vật như:
4-clo-benzyl-oxycacbonylmetyl-2-benzothiazolon có khả năng diệt có
dai,3-axetonitril-2-benzothiazolion làm tăng hàm lượng đường trong cây mía,củ cải
đường.
SVTH: Vũ Thị Thái Trang I
Trang 5Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đật
Các dẫn xuất thế ở vị trí số 3 của 2-benzothiazolion có chứa lưu
hùynh như : 3ankylthioankyleste2 benzothiazolion,3thioeste2
-benzothiazolion ác dẫn xuất thế ở vị trí số 3 có chứa Nitơ như: amit,
các hydrazit, các imidoeste, imidoamid và các muối amoni bậc 4 của
2- benzothiazolion cũng có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực
vật.
Từ những ứng dụng đã nêu trên chúng tôi nhận thấy việc tổng hợp
và nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng một số dẫn xuất của
benzothiazole là rất cẩn thiết nên chúng tôi chọn để tài “tổng hợp và
nghiên cứu tính chất một số dẫn xuất của 2-mecaptobenzothiazole”
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 2
Trang 6Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Dat
puint TONG QUAN
SVTH: Vũ Thi Thái Trang 3
Trang 7Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thay Hồ Xuân Dau
TINH HINH NGHIEN CUU DỊ VÒNG I.3- BENZOTHIAZOLE
TRONG NHỮNG NAM GẦN ĐÂY.
1,2 - Benzothiazole 2,1 - Benzothiazole 1,3 - Benzothiazole
Hai đồng phan (A) và (B) có thể gọi là benzisothiazole nên để đơn giản ta có thể gọi đồng phân (C) là benzothiazole.
Trong để tài nghiên cứu này chúng tôi cũng chỉ xét về benzothiazole
Ta thấy, trong vòng benzothiazol có 10 ex trong đó có một cặp của
Š là cặp electron chưa liên kết, 10 ex này thỏa mãn quy tắc HUCKEN
4n +2 =l10
n=2
nên nó có đặc tính thơm.
Thực nghiệm cho biết phản ứng thế electrophin (Sg) đều xảy ra ở
vị trí số 6, một phần xảy ra ở vị trí số 4 Trường hợp của
2-SVTH: Vũ Thị Thái Trang 4
Trang 8Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Di
phenylbenzothiazol phản ứng cũng xảy ra ở ví trí này mà không xảy ra ở
vị trí số 2 của vòng phenyl mới thế vào.
Šc
Dưới tác dụng của bazơ mạnh, vòng thiazol bị phá vỡ, sự phá
vòng càng được tăng cường khi vòng thơm benzen có nhóm nite.
oy + ow CX, - CL Os; = OMe NGỘO~—> — =
b Điều chế benzothiazol và các dẫn xuất
Benzothiazol được điểu chế bằng phản ứng ngưng tụ andehit
fomic với 2-aminothiophenol [35]
Trang 9Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Bi
RCOX = RCOCI, (RCO);O
N - phenylthioamit tác dụng với NaOH xúc tác K;[Fe(CN),] sẽ khép
p.o - OH ;P - NHÀ thề; a Pose (piperonandehit)
6-metoxi — 2- aminobenzothiazol được điều chế từ amin thơm (
p-Ñ anizidin) [32].
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 6
Trang 10Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đật
Việc tổng hợp 6- metyl ~2- aminobenzothiazol được diéu chế tương tự
qua hai giai đoạn và dùng SOCI, (độc ).
Trong qúa trình tổng hợp tác giả thấy việc tổng hợp các azometin đi
từ 2- focmylbenzothiazol dé dang hơn từ 2- aminobenzothiazol [32]
Benzothiazolylbenzamidines (1) được điều chế bằng phản ứng của
PhCN với dẫn xuất thế của 2- benzothiazolamines
Trang 11Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Dé
chất tương tự của Se đã được điều chế với hiệu suất cao [9]
2-benzothiazolyloxiranes được tổng hợp từ phan ứng của
bezolylcloruametyl Li và benzothiazolylcloetyl Li với cacbonyl [12]
Một số tác giả đã diéu chế sunfoamit theo sơ đồ [35]
Năm 1995 Nawwar Galal đã diéu chế 2(benzothiazol =2 — yl )— N axetylaxetohidrazit có khả năng diệt nấm từ 2- aminothiophenol và N -
-axetylcyanoaxetohidrazit với hiệu suất 80 %
we chyợc £obam, (TT )“ƒh ees
Nhiều công trình đã tiến hành tổng hợp vòng benzothiazol với các di
vòng khác nhau như : (6) (7)(8) [35]
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 8
Trang 12Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Dé
Bằng phản ứng ngưng tụ 2-cyanometylbenzothiazol với andehit thơm
tác giả đã tổng hợp ra 3- aryl —2- ( 2- benzothiazol) acrynonitril
Trang 13Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thay Hồ Xuân Đặt
Phan ứng của vòng thơm diamin (13) trong đó (R=H, ankyl) với
Na;S:O; với sự có mặt của tác nhân oxy hóa như dicromat ( K;Cr:O; )
trong môi trường axit cho axit aminophenylthiosunfuric Hiệu suất là
20-50 % và sự chuyển vị của thiosunfuric cho aminothiophenol không theo ý
muốn Tuy nhiên , hiệu suất tạo 2- arylbenzothiazol cao ( 35 - 85 %)
bằng phản ứng của andehit thơm với axit thiosunfuric
Sự tổng hợp Hangershoff bị hạn chế sự tạo ra dẫn xuất 2- amino của
benzothiazol và naphtholbenzothiazol khi sử dụng phản ứng của brom
liên quan đến arylthioure (16,RN = amino hoặc dẫn xuất của amino )
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 10
Trang 14Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Dé
trong dung môi td như ; cloroform, etilendiclo, clobenzen hoặc axit
RNCS ANH, i 8 S
S E VỆ J NR,
R,NC CHƠI, N
axcbc.
Sự tạo thành của 2- clobenzothiazol bang phản ứng của PCI; trên
arylthiocyanat đạt hiệu suất 60 - 85 % Sự điều chế benzothiazol theo
phương pháp này có giá trị thực tiễn Phenylisothiocyanat nó chỉ cho hiệu
suất 15% là 2-clobenzothiazol nhưng phản onion sit,
PCI S
J Be Cy160- 180 °C N
1.1.2 Dẫn xuất của 2- hidroxibenzothiazol ( 2- benzothiazolion)
Khi oxy hóa có lựa chọn 2- mecaptobezothiazol ( 2- MBT) với oxi
phân tử ở 50 - 150 °C , P = 0,3 - 0,7 MPa có mặt kim loại chuyển tiếp
làm xúc tác tạo ra 2- hidroxibenzothiazol Dùng FeCl, làm xúc tác sẽ thu
được hiệu suất85%
Cũng phản ứng nay dùng xúc tác là dung dịch H;O; 35% trong môi
SCN
trường KOH ở 45 °C ( giữ pH = 11-13) khuấy trong 4 giờ thu được
benzothiazolion hiệu suất 98%
SVTH: Vũ Thị Thái Trang II
Trang 15Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đi
Momen lưỡng cực tính được với 2- hidroxibenzothiazol là 2,4 D và
đối với 2- benzothiazolion là 3.8 D Bằng thực nghiệm đã nhận được là
3,66D, diéu đó khẳng định rằng trong các phản ứng nó tham gia ở dạng
Xuất phát từ MBT người ta đã điều chế đuợc các hợp chất dãy
2-benzothiazolion với nhóm thế Ar-CH = CH - [38]
S
N N
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 12
Trang 16Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Bi
Ar=C,H, ;p-Cl C;H,; p-NO,C,H, ; o,p - (CHO),C,H,
Metyl hóa 2-benzothiazolion bằng diazomctan trong ete đã xuất hiện
3-metyl =2 = benzothiazolion cùng với metoxibenzothiazol [36]
Bằng tác dụng của thionylclorua thu được 3- clometyl =2
benzothiazolion, với benzoylclorua thu được 3-
benzoyloxymetyl-2-bezothiazolion.
Cấu trúc của 3-clometyl-2-benzothiazolion đã được chứng minh bằng
phản ứng khử với Litibohidrua xuất hiện 3- metyl-2-benzothiazolion Clo
trong 3-clometyl-2-benzothiazolion có hoạt tính hóa hoc gan tương tự
trong các ankylclorua Trong môi trường kiểm nó phản ứng với thioancol
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 13
Trang 17Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thay Hồ Xuân Đậ
hoặc với 2-benzothiazolion tạo thành bis-3-(2-benzothiazolion ) metan
Để điều chế dẫn xuất 4- clo =2- hidroxibenzothiazol người ta đã thủy
phân dẫn xuất clo tương ứng là 2,4-diclobenzothiazol theo phản ứng sau
.[36]
SVTH: Vũ Thị Thái Trang l4
Trang 18Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Di
Tan tốt trong dung môi hữu cơ như : axeton, etanol, benzen,
cloroform, axit axetic băng không tan trong nước.
2- MBT có trong thành phan nước thải, được sử dung rộng rãi trong
qúa trình lưu hóa cao su và lần đầu được Hoffman điều chế năm 1987.
e« Cấu trúc và tính chất
2-MBT tổn tại ở 2dạng thion và thiol Việc phân tích phổ IR và
NMR đều cho thấy 2- MBT tổn tại chủ yếu ở dạng thion [3] do ở dạng
thion nó hình thành liên kết hidro yếu trong dung dịch cũng như trạng
thái ran
C= Cp
SVTH: Vũ Thi Thái Trang 15
Trang 19Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Di
Trang 20Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thay Hồ Xuân Di
Năm 1992 nhà hóa học người Nga Grabarnik M.K đã đưa ra
phương pháp diéu chế thioeste và amit dị vòng bằng phản ứng của
2-MBT với axit hữu cơ và COCI, trong dung môi hữu cơ có xúc tác kiểm ở
5-10 °C Vai trò của photgen là biến axit cacboxylic thành dẫn xuất
clorua axit chất này là tác nhân acy! hóa di vòng
(TL > reo CL s§*
os > =s+ Rcoci—`2©P CX?*t
-HCI
Từ 2- săn đã điều chế các o-aminothiophenol bằng cách đun với
vôi tôi xút ở 200°C trong 4 giờ.
SVTH: Vũ Thị Thai Trang 17
Trang 21Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Dé
Bằng cách ngưng tu oxy hóa 2 MBT với các amin có mặt tert
-butylhipoclorit hoặc hidropeoxit, tic giả đã điểu chế được các
-(CH,)„-2-MBT còn có khả năng tham gia phản ứng mannic dietylamin,
dietanolamin, ure, thioure, guanidin ở các điều kiện khác nhau Với
guanidin phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng, với dietylamin ở nhiệt độ
phòng thêm HCI đặc, với đietanolamin cần đun hối lưu ở 80°C xúc tác
clorua đồng
S
(1? SH+ Et.NH + HCHO (> SCH,NEt,
N
Phản ứng manic của 2- MBT với benzensufonamit và
p-toluensunfonamit đã được trong đioxan đun hồi lưu 3 giờ không cẩn xúc
tác đã tạo thành các bazơ manic với hiệu suất đạt từ 63 —89 % Hỗn hợp
(17) (18) (X=CH;, O, S , CO ) đã được tác giả điều chế bằng phan ứng
của Na - 2- MBT ( Na -2- mecaptobenzothiazolat) với hợp chất hữu cơ
của điclorua [4].
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 18
Trang 22Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thấy Hé Xuân Dé
CL SCHÁ )-s B® (17)
Œ@%X> sc )-x C pousl TO) (18)
Phan ứng của triclo- 1,3,5 - triazin,amino-diclo-1,3,5 - triazin với
muối kim loại kiểm của 2- benzothiazol cho ta hỗn hợp (20) (21)
BÉ”
Ss N= S N=
CY? sy Ce SN
Cl NHEt(20) (21)
2-MBT phản ứng với fomandehit và fomandehit trong piperridin
Trang 23Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đậu
(Y?)~2 >a ÓY) xin,
Sự clo hóa 2-MBT trong môi trường nước =axit axetic bằng chưng
cất hơi nước đã được báo cáo cho hiệu suất 47 % 2- clobenzothiazol
Trong hệ benzothiazol sự metyl hóa với metylsunfat (CH;);SO;
cho lượng đồng phân N-metyl nhỏ hơn
Nhiều chất, đặc biệt là dẫn xuất N- xiclohexyl đã được sử dụng
rộng rãi trong lưu hóa cao su và nó được tạo thành theo phản ứng.
Trang 24Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hé Xuân Dé
1.2 UNG DUNG.
1.2.1 Trong lĩnh vực cao su , nhựa.
Cao su thiên nhiên kém bền nên việc nghiên cứu các xúc tác cho
qúa trình lưu hóa cao su được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu
2-MBT được nhiều tác giả nghiên cứu làm xúc tác cho qúa trình lưu hóa
cao su [1],
Bên cạnh đó một số dẫn xuất của 2- MBT cũng có tác dụng lưu
hoá cao
su như: 2 - ( 2, 4, - dinirophenylthio) benzothiazol,
N-xiclohexyl-2-benzothiazylsunfenamit hay N- tert-butyl-2-benzothiazolsunfenamit xúc
tiến qúa trình lưu hóa cao su cispoliisopren Việc dùng xúc tác Ntert
-butyl — 2- benzothiazolsunfenamit cũng được một số tác giả nghiên cứu
bằng phương pháp sắc ký lỏng
2- MBT có thể dùng kết hợp với một số chất vô cơ khác như:
kẽm, kẽm oxit để làm xúc tiến cho qúa trình lưu hóa cao su, Để lưu
hóa cao su isopren tác giả đã đùng ( 2-MBT );Zn hoặc 2-MBT và ZnO.
Kết qiia cho thấy sự có mặt của Zn làm chậm sự tạo ra liên kiết chéo và
chỉ sau khi hợp chất ( 2-MBT);Zn phân hủy thì tác dụng xúc tác của nó
mới phát huy, do đó người ta lưu hóa cao su isopren có hể dùng 2-MBT
với tetrametylthioran có mặt kẽm oxit làm xúc tac
Để chống sự oxy hóa trong qúa trình lưu hóa tác giả đã dùng các
hợp chất
Co" OY )=s ¬
(22) CH,NRR,
SVTH: Vũ Thị Thái Trang 2l
Trang 25Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đậu
Để xúc tiến việc tạo màng cao su tự nhiên người ta đã phối hợp
Zn-2-MBT với N, N' -diphenylguanidin
Dẫn xuất của benzothiazol còn là chất thêm cho bột nhựa polieste
[22] và là thành phần nhựa và sản phẩm đã chế hóa sơn phủ cho kim
loại chống bức xạ Hỗn hợp bao phủ trên bể mặt kim loại đó chứa axit
chưa bão hòa [23] Nó còn có trong thành phần mực in [24]
S
Cr ) - S(CH,),COOH
N
(24) Dẫn xuất của 2- MBT là thành phan của hỗn hợp chống ăn mòn
cho các kim loại như : Ag, Cu, Al, thép [6]
Ngoài ra một số dẫn xuất của benzothiazol còn được dùng làm
xúc tác cho các qúa trình khác như: 2- MBT xúc tác cho phản ứng
tạo polisufua, hợp chất (25) với hàm lượng 10 - 1000 ppm được dùng
làm xúc tác điện phân phủ kín các lỗ xốp khi mạ vàng lên bể mặt Ni.
R1 s
X2 -SR, (25)
Vào năm 1995 trong một patent của Nhật tác giả đã dùng phức
chất của bạc với các phối tử hữu cơ như: dẫn xuất của benzothiazol ( 26)
để tạo dung dịch có tác dụng sơn phủ trên đá
L2.2 Trong lĩnh vực nhiếp ảnh và phẩm màu
Do sự nhạy cảm với ánh sáng của các muối halogenua chứa dẫn
xuất của 2- MBT nên trong keo phim ảnh thường chứa muối bạc
halogenua dưới dạng nhũ tương là một lớp màng mỏng trên lớp nền của
Trang 26Luận văn tốt nghiệp GVHD: Thầy Hồ Xuân Đậu
Ngoài ra còn có một số hợp chất khác chứa vòng benzothiazol
ứng dung trong lĩnh vực phẩm màu nhiếp ảnh và được dùng làm mực intrên giấy
1.2.3 Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ và phức chất
Một số dẫn xuất của benzothiazol có khả năng tạo phức màu với
kim loại có vai trò trong việc xác định, định lượng các kim loại do:
4-(6-brom-2-benzothiazolylazo)pyrogalol được Zhou Hua Gang
tổng hợp và nghiên cứu phan ứng tạo mau với Mo ( VI), W(VD), Ti (IV) khả năng tạo phản ứng màu của (32) với ion Cu(II) và Cu(l) cũng đã
được nghiên cứu.
SVTH: Vũ Thị Thái Trang22