Tổng hợp hữu cơ là một lĩnh vực lớn và hấp dẫn, nó không những tạo ra những hợp chất quan trọng cho đời sống và sản xuất, mà còn trang bị cho người học những kiến thức lý thuyết cơ bản về phản ứng hữu cơ. Muốn tổng hợp thành công một hợp chất hữu cơ, cần nắm vững các tính chất hóa học của các hợp chất khác nhau, sự chuyển hóa giữa các nhóm chức trong từng trường hợp cụ thể. Trong tổng hợp hữu cơ có nhiều nội dung: đưa các nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu cơ và chuyển hóa tương hỗ giữa chúng, các phương pháp bảo vệ nhóm chức, xây dựng phân tử hợp chất hữu cơ bằng các phương pháp tạo liên kết C C, phương pháp đóng vòng và phản ứng oxi hóa – khử… Xeton có nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, trong bài tiểu luận này em sẽ trình bày một khía cạnh của các phương pháp tổng hợp xeton với chủ đề: “TỔNG HỢP XETON TỪ CÁC DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBOXYLIC VỚI CÁC HỢP CHẤT ALKYL – KIM LOAI”.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP KHOA SƯ PHẠM HÓA – SINH – KTNN O TIỂU LUẬN MÔN: TỔNG HỢP HỮU CƠ MỞ ĐẦU Tổng hợp hữu lĩnh vực lớn hấp dẫn, khơng tạo hợp chất quan trọng cho đời sống sản xuất, mà trang bị cho người học kiến thức lý thuyết phản ứng hữu Muốn tổng hợp thành công hợp chất hữu cơ, cần nắm vững tính chất hóa học hợp chất khác nhau, chuyển hóa nhóm chức trường hợp cụ thể Trong tổng hợp hữu có nhiều nội dung: đưa nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu chuyển hóa tương hỗ chúng, phương pháp bảo vệ nhóm chức, xây dựng phân tử hợp chất hữu phương pháp tạo liên kết C- C, phương pháp đóng vòng phản ứng oxi hóa – khử… Xeton có nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, tiểu luận em trình bày khía cạnh phương pháp tổng hợp xeton với chủ đề: “TỔNG HỢP XETON TỪ CÁC DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBOXYLIC VỚI CÁC HỢP CHẤT ALKYL – KIM LOAI” MỤC LỤC I Tổng quan xeton Định nghĩa .4 Phân loại Lý tính II Sơ lược chế, tác nhân, xúc tác tổng hợp xeton Đại cương Cơ chế phản ứng Các phản ứng phụ Các tác nhân a) Các hợp chất Grignard b) Các hợp chất alkyl kẽm c) Các hợp chất cadimi Xúc tác III Phương pháp tổng hợp xeton từ dẫn xuất axit cacboxylic với hợp chất alkyl – kim loại a) Điều chế xeton từ halogenua axit b) Điều chế este axit cacboxylic 10 c) Điều chế xeton từ nitryl 11 d) Điều chế xeton từ axit cacboxylic 12 IV Một số phản ứng tổng hợp khác 12 V Các phương pháp khác tổng hợp xeton thơm .13 VI.Kết luận 15 VII Tài liệu tham khảo 15 I.Tổng quan xeton: Định nghĩa: - Xeton hợp chất hữu cơ, nhóm cacbonyl C=O liên kết trực tiếp với gốc hydrocarbon Công thức tổng quát R-CO-R' - Xeton đơn giản axeton CH3-CO-CH3 Phân loại: Tùy vào gốc hydrocarbon mà xeton chia thành nhóm: - Xeton no: Khi gốc hydrocarbon gốc ankyl Ví dụ: CH3CO-CH3 - Xeton khơng no: Khi gốc hydrocarbon gốc không no Ví dụ: CH2=CH-CO-CH3 - Xeton thơm: Khi gốc hydrocarbon có chứa vòng benzen Ví dụ: C6H5-CO-CH3 Tùy vào số chức xeton mà xeton chia thành xeton đơn chức (có nhóm C=O) hay đa chức (có từ hai nhóm C=O trở lên) Lý tính: Các xeton thường chất lỏng, xeton cao có dạng chất rắn có mùi tương đối dễ chịu Axeton có khả hòa tan vơ hạn nước đồng đẳng cao tan khơng tan Axeton có khả hòa tan tốt chất hữu nên thường dùng pha sơn tấy móng tay Xeton thường có nhiệt độ sơi cao andehit phân nhánh gốc hiđrocacbon làm nhiệt độ sôi tỉ khối giảm II Sơ lược chế, tác nhân, xúc tác tổng hợp xeton: Đại cương: Phản ứng C- alkyl hóa dẫn xuất axit cacboxylic alkyl kim loại cho sản phẩm xeton Phương trình tổng quát sau: Trong đó: R1 - COX: dẫn xuất axit cacboxylic haloagenua axit, este, axit R2 - M: alkyl kim loại hợp chất Grignard, alkyl kẽm, alkyl cadimi, alkyl liti Phản ứng Freund mô tả vào năm 1861 cho clorua axit axit cacboxylic (RCOCl) tác dụng với dialkyl – kẽm (R’2Zn) Sau phản ứng thực nhiều alkyl kim loại khác Na, Cu, Mg, Cd, Pb, Sn, Hg, Si, Li tốt alkyl Mg, Zn, Cd Li Mg sử dụng dạng phức kim kiểu hợp chất Grignard (RMgX) Cơ chế phản ứng: Trong hợp chất kim, liên kết cacbon kim loại (C – M) phân cực mạnh: M MgX, ZnX, CdX, ZnR, CdR; X clo brom Hợp chất alkyl kim loại đóng vai trò tác nhân nucleophin cơng vào cacbonyl halogenua axit Trường hợp halogenua axit phản ứng với hợp chất Grignard bước trung gian phức chất vòng tạo dạng kết hợp hai liên kết C – M C = O, sau tự xếp lại liên kết việc loại phân tử Grignard hình thành geminal halogen – alcolat Hợp chất tự ổn định cách loại MgX2 để tạo thành xeton: Trường hợp halogenua axit phản ứng với dialkyl kẽm hoạc dialkyl cadimi chế phản ứng tương tự Kết nhóm alkyl cho halogenua axit halogenua để tạo xeton Các phản ứng phụ: - Sản phẩm trường hợp dùng hợp chất Grignard làm tác nhân alkyl hóa thường xeton tạo thành tiếp tục phản ứng với Grignard để sinh alcol bậc 3, làm giảm hiệu suất việc điều chế xeton: - Trường hợp halogenua axit có chứa nhòm có cản trở khơng gian lớn, bên cạnh tác dụng alkyl hóa tác nhân Grignard tham gia vào việc khử halogenua axit thành andehit olefin: Các tác nhân: a) Các hợp chất Grignard: - Công thức tổng quát hợp chất Grignard R-MgX - Cấu tạo hợp chất gồm hai dạng: vòng thẳng, hai solvat hóa với dung mơi: - Thường người ta điều chế sử dụng hợp chất Grignard dung môi ete Với ete tác nhân Grignard tạo thành phức, nguyên tử Mg có khả liên kết với hai phân tử ete tạo thành phức: - Hợp chất Grignard điều chế cách cho phoi magie phản ứng với alkyl halogenua dung môi ete khan cồn: - Với hợp chất điều chế Grignard cách trực tiếp phải điều chế cách gián tiếp sở sử dụng hợp chất Grignard hoạt hóa Ví dụ trùng hợp etinyl magie halogenua: Etinyl magie halogenua tác nhân etinyl hóa sử dụng phổ biến cơng nghiệp sản xuất hóa dược b) Các hợp chất ankyl kẽm: - Hai dạng hợp chất thường sử dụng dialkyl kẽm alkyl kẽm halogenua: R2Zn RZnCl - Có thể điều chế hợp chất từ bột kẽm alkyl halogenua tương ứng, phản ứng xảy yếu nên tốt hết sử dụng phương pháp gián tiếp thông qua hợp chất Grignard, đặc biệt hợp chất có mạch cacbon alkyl dài: - Tùy thuộc vào tỷ lệ mol sử dụng nhận dẫn xuất dialkyl kẽm alkyl kẽm clorua Cả hai hợp chất sử dụng Phản ứng thực thể đồng ZnCl khan hòa tan ete c) Các hợp chất cadimi: - Cũng tương tự kẽm, cadimi có hai dạng hợp chất thường sử dụng dùng làm tác nhân alkyl hóa là: R2Cd RCdX - Việc điều chế hợp chất giống trường hợp kẽm, có ý CdCl2 hòa tan ete ZnCl2 nhiều, phản ứng điều chế không tiến hành thể đồng (đồng pha) mà dị thể, đòi hỏi thời gian lâu hơn, khuấy trộn phải tốt Xúc tác: Xúc tác có vai trò giúp cho việc tạo hợp chất trung gian, nên có xúc tác phải axit lewis Nhưng thực tế sử dụng tới xúc tác Nhưng thực tế sử dụng tới xúc tác Một vài cơng bố có dung dịch CuCl2 làm xúc tác giải thích rằng, CuCl xúc tác cho q trình phản ứng sở tạo gốc tự (cơ chế gốc) theo phản ứng sau: III Tổng hợp xeton: a) Điều chế xeton từ halogenua axit: - Trong số halogenua axit axit cacboxylic, dẫn xuất clorua axit thường sử dụng nhất, dẫn xuất clo có giá thành thấp Trong cơng nghiệp người ta sử dụng đến dẫn xuất halogen axit khác với dẫn xuất clo phản ứng không thực - Trong số tác nhân alkyl hóa, tác nhân Grignard cho hiệu suất thấp tác nhân cadimi cho hiệu suất cao Tuy nhiều trường hợp với tác nhân Grignard hiệu suất đạt tới 90% Điều chế xeton mạch thẳng: Với Grignard cho hiệu suất thấp, chủ yếu xeton tạo thành tiếp tục phản ứng với Grignard tạo ancol Phản ứng cho hiệu suất cao ta sử dụng tác nhân alkyl hóa alkyl kẽm cadimi, giá thành hợp chất cadimi cao nên tác nhân sử dụng phân tử halogenua axit có nhóm chức khác tham gia phản ứng Ví dụ este clorua axit: Điều chế ary, alkyl xeton xeton thơm: Trường hợp phải ý đến tác dụng cản trở khơng gian tác nhân phản ứng ary kim loại halogen Tuy nhiên, chọn điều kiện phản ứng tác nhân phù hợp đạt đến hiệu suất khả quan: b) Điều chế este axit cacboxylic: - Với este có hợp chất Grinird phản ứng xeton, tiếp tục phản ứng với xeton tạo ra ancol bậc - Nhưng trường hợp định dùng phương pháp khác phương pháp điều chế xeton đáng ý Ví dụ điều chế thuốc giảm đau có tên ketobemindon, có bước dùng tới phản ứng este grinird đểa tạo xeton: 10 c) Điều chế xeton từ nitryl: Các nitryl phản ứng với hợp chất Grignard cho dẫn xuất xetimin, sau hợp chất thủy phân thành xeton: Phản ứng sử dụng nhiều công nghiệp sản xuất hóa dược Đặc biệt sử dụng loạt dược phẩm có tác dụng giảm đau, có cấu trúc -aminoxeton người ta sử dụng cách hữu hiệu phản ứng Trong tổng hợp thuốc giảm đau có biệt dược Hexagon, bước cuối người ta sử dụng đến phản ứng này: d) Điều chế xeton từ axit cacboxylic: Thời gian gần hợp chất liti sử dụng hiệu tổng hợp hữu Trong số hợp chất có nhiều ứng dụng liti phải kể đến alkyl liti trở thành số tác nhân alkyl có giá trị Với ưu điểm dễ điều chế tham gia vào nhiều phản ứng dẫn xuất axit cacboxylic tự do, trừ nhược điểm dễ bốc lửa 11 IV Một số phương pháp tổng hợp khác: Xeton tạo thành cách alkyl hóa 1,3-dithian theo sơ đồ: Tuy nhiên phương pháp khơng có nhiều ý nghĩa thực tiễn thân 1,3-dithian đượctạo thành cho hợp chất cacbonyl tác dụng với 1,3-dithiol.Các dẫn xuất nitro không thơm bậc bậc bị thủy phân để tạo thành hợp chất cacbonyl,trong dẫn xuất bậc tạo thành andehit, dẫn xuất bâc tạo thành xeton xử lý với dung dịch kiềm axit sunfuric Phản ứng gọi phản ứng Nef, chế phản ứng Nef sau: 12 Các -xetoaxit không bền, dễ bị nhiệt phân tách CO2 tạo xeton qua trạng thái chuyển vòng V Tổng hợp xeton thơm: Để đưa nhóm chức xeton vào vòng thơm có số biện pháp thơng dụng sau: - Axyl hóa Friedel – Crafts: Đây phương pháp quan trọng phổ biến để tổng hợp aryl xeton Tác nhân sử dụng không halogenua axit mà axit cacboxylic, anhydric axit xeten Oxalyl clorua dùng để tạo 1,2-dicacbonyl Gốc R phản ứng có gốc aryl lẫn alkyl tiến hành nội phân tử 13 - Khi tiến hành phản ứng với nitrin HCl có mặt axit Lewis (AlCl3, ZnCl2…)thì xảy phản ứng Hoesh sau: - Chuyển vị este phenol đường tổng hợp dùng ( chuyển vị Fries) Phản ứng xảy ưu tiên cho sản phẩm para, nhiệt độ thấp Việc khảo sát chế phản ứng cho thấy diện cation axyli RCO+ chứng tỏ phản ứng theo hướng cắt đứt liên kết axyl – oxy este VI Kết luận: Tổng hợp xeton từ dẫn xuất axit cacboxylic với hợp chất alkyl – kim loại tùy vào tác nhân có hiệu suất tổng 14 hợp xeton cao hay thấp trải qua giai đoạn khác Vì cần phải lưu ý trường hợp cụ thể Ngồi ra, có số phản ứng khác tổng hợp xeton xeton thơm VII.Tài liệu tham khảo: https://vi.wikipedia.org/wiki/Keton#T.C3.ADnh_ch.E1.BA.A5t_v E1.BA.ADt_l.C3.BD https://vi.scribd.com/doc/280845155/CHUYEN%C4%90%E1%BB%80-T%E1%BB%94NG-H%E1%BB%A2PH%E1%BB%AEU-C%C6%A0 15 ... I.Tổng quan xeton: Định nghĩa: - Xeton hợp chất hữu cơ, nhóm cacbonyl C=O liên kết trực tiếp với gốc hydrocarbon Công thức tổng quát R -CO- R' - Xeton đơn giản axeton CH3 -CO- CH3 Phân loại: Tùy vào gốc... hydrocarbon mà xeton chia thành nhóm: - Xeton no: Khi gốc hydrocarbon gốc ankyl Ví dụ: CH 3CO- CH3 - Xeton không no: Khi gốc hydrocarbon gốc khơng no Ví dụ: CH2=CH -CO- CH3 - Xeton thơm: Khi gốc hydrocarbon... Phản ứng C- alkyl hóa dẫn xuất axit cacboxylic alkyl kim loại cho sản phẩm xeton Phương trình tổng quát sau: Trong đó: R1 - COX: dẫn xuất axit cacboxylic haloagenua axit, este, axit R2 - M: alkyl