Nghiên cứu khoa học: Tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn xuất của Benzothiazole

Đề tài khoa học Tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn xuất của Benzothiazole Benzothiazole và một số dẫn xuất cơ bản của nó, thực nghiệm tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn xuất của Benzothiazole. Để biết rõ hơn về nội dung chi tiết, mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh

CỘNG TÁC VIÊN

Hồ Xuân Đậu Giảng viên

Lê Thị Bích Giảng viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh

CỘNG TÁC VIÊN

Hồ Xuân Đậu Giảng viên

Lê Thị Bích Giảng viên

Năm 1995

MỤC LỤC

Table of Contents

LỜI NÓI ĐẦU 1

I TỔNG QUAN 3

I.1 BENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CƠ BẢN CỦA NÓ 4

I.1.1 Benzothiazole 4

I.1.2 2-Mercaptobenzothiazole( 2-bezothiazolinthione) viết tắt là 2-MBT 5

I.1.3.2-Hydroxybenzothiazole (2-Benzothiazolinone) 7

I.1.4 Ứng dụng thức tế của benzothiazole và một số dẫn suất của nó 13

I.2 PHẢN ỨNG WITTIG 18

1.2.1 Cơ chế của phản ứng Wittig 19

I.2.2 Hóa học lập thể của sự hình thành olefin trong phản ứng Wittig 22

II THỰC NGHIỆM 1

II.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP : 25

II.2 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP CÁC CHẤT 25

II.2.1 Tổng hợp 2- mercaptobenzothiazole tinh khiết [12] ( I ) 25

II.2.2 Tổng hợp 2-Hydroxybenzothiazole (2-benzothiazolinone) [12] (lI) 26

II.2.3 Tổng hợp 3-hydroxymethyl -2- benzothiazolinone [19] (III) 27

II.2.4 Tổng hợp 3-chloromethyl-2-benzothialinone [19] (IV) 28

II.2.5.Tổng hợp 2-oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenylphosphonium chloride(V ) 29

II.2.6 Tổng hợp 3-(2-phenylvinyn)-2-benzothiazolinone (VI) 30

II.2.7 Tổng hợp 3 { 2-(4-chloropheny)Vinyl } -2-benzothiazolinone (VII) 31

II.2.8 Tổng hợp 3 { 2- (4- nitrophenyl) vinyl } -2- benzothiazoIinone (VIII) 32

II.2.9 Tổng hợp 3- { 2- (2.4 -dimethoxyphenyl )vinyl } -2-benzo thiazolinone (IX) 33

III KẾT LUẬN 35

III.1 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP – HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG 35

III.2 PHỔ HỒNG NGOẠI 38

III.3 PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN : 45

III.4 CÁC Ý KIẾN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 47

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

1

LỜI NÓI ĐẦU

Benzothiazole và các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất dị vòng Vòng Benzothiazole với hai dị tố khi liên kết vói các nguyên tố khác , nó trở thành các loại thuốc có tác dụng rất khác nhau như Penicillin một loại thuốc kháng sinh đã được sử dụng từ năm 1941 Cũng vòng thiazole đó khi liên kết với các nhóm thế khác nó lại tạo ra một vitamin là thuốc bổ đó là vitamin B 1 ( thiamine ) [1] Khi vòng thiazole ngưng tụ với nhân benzene lại xuất hiện những tính chất hóa học rất khác biệt và có nhiều ứng dụng trong mọi ngành của nền kinh tế quốc dân : 2-Mercaptobenzothiazole từ xưa đến nay vẫn dược dùng làm chất tăng tốc độ của quá trình lưu hóa cao su ( chất xúc tiến ) Dơ đặc điểm cấu tạo cũng như những ứng dụng rộng rãi trong thực tế nên từ lâu nhiều nhà hóa học trên thế giới đã quan tâm đến loại hợp chất

này , đặc biệt ở bộ môn hóa Hữu cơ khoa ,Tự nhiên trường Đại Học Tống hợp

KOMENSKY - Tiệp Khắc Một số nhà hóa học đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất thế ở

các vị trí khác nhau của Benzothiazole Một số khác đã nghiên cứu phản ứng alkyl hóa , acyl hóa vào vị trí 2,3 của phân tử 2-Mercaptobenzothiazole và 2-Hydroxybenzothiazole [2] hay

thực hiện phản ứng Mannich ở 2-Hydroxybenzothiazole [3]

Đồng thời với việc tổng hợp chất, nghiên cứu để xác định cấu trúc của các chất đã tổng hợp bằng các phương pháp hóa , lý hiện đại Các nhà hóa học cũng đã nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc với hoạt tính sinh lý của các chất và đã rút ra được các nhận xét sau :

Các dẫn xuất thế ở vị trí 2 của benzothiazole như 2-alkơxybenzothiazole 6-halogenbenzothiazole , 2-phenoxybenzothiazole , 2-phenylthio-benzothiazole, có tác dụng chữa bệnh ngoài da

,alkyl-thio-Các dẫn xuất thế ở vị trí 3 của hydroxybenzothiazole như 3- acetonitril - Benzothiazolinone , 3-metyl -4-chlor-2-benzothiazolinone Các dẫn xuất mà nhóm thế ở vị trí thứ 3 của 2- benzothiazolinone có chứa lưu huỳnh như 3-alkyl-thioalkyleste -2- benzothiazolinone , 3-thioester-2-benzothiazolinone Các dẫn xuất mà nhóm thế ở vị trí thứ 3

2-có chứa nitrogen như các amide , các hydrazide , các imidoester , imidoamide , imidoanhydride và các muối amonium bậc bốn của 2-Benzothiazolinone có tác dụng điêu khiển sự phát triển của thực vật đặc biệt là 3-

Acetonitril-2-Benzothiazolinone có tác dụng làm tăng hàm lượng đường của cả cải đường 3-metyl-4-chlor- 2-Benzothiazolinone có tác dụng làm tăng năng suất lúa và kìm hãm sự phát triển của thực vật

Trong những vấn đề đã trình bày ở trên và các thông tin khác mà chúng tôi đã thu thập dược, chúng tôi nhận thấy rằng : Các dẫn xuất có nhóm thế ở vị trí thứ 3 của 2- Benzothiazolinone có hoạt tính sinh lý mạnh đối với cây trồng Nhiều dẫn xuất thuộc loại này

đã được nghiên cứu và có chất đã áp dụng trong thực tế\ Tuy nhiên chứng tôi cũng nhận thấy dẫn xuất có nhóm vinyl ở vị trí thứ 3 của 2-Benzothiazolinone chưa được nghiên cứu nhiều

Vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu loại dẫn xuất này Để tổng hợp dẫn xuất có nhóm vinyl ở vị trí thứ 3 của 2-Benzothiazolinone , chúng tôi đã áp dụng phản ứng Wittig trong những điều kiện thích hợp cho mỗi quá trình tổng hợp Phản ứng Wittig thường được sử dụng để điều chế các olefin có nhóm thế , nó có ưu điểm hơn các phương pháp khác là trong quá trình phản ứng không tạo ra các olefin đồng phần cấu tạo

Áp dụng phản ứng Wittig , chúng tôi đã tổng hợp được các chất có dạng chung là (2-R-vinyl ) 2-Benzothiazolinone Nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất này dựa vào hằng

3-số vật lý , phân tích nguyên tố, quang phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR ) Chúng tôi cũng có ý định thử hoạt tính sinh lý của các chất đã tổng hợp , hy vọng tìm ra những ứng dụng thực tế, song vì điều kiện kinh phí không cho phép nên chúng tôi chưa thề tiến hành được Đây cũng là vấn đê mà chúng tôi mong muốn được phát triển tiếp theo sau khi đã nghiệm thu đề tài,

Để thực hiện đề tài này , chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban Giám Hiệu , Phòng Quản lý Khoa Học-Thiết Bị , Trung Tâm Dịch vụ phòng thí nghiệm , Ban Chủ Nhiệm Khoa Hóa và đặc biệt là anh chị em trong Tổ Bộ môn Hoá Hữu cơ Nhân dịp được nghiệm thu đề tài, chúng tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu , các phồng Ban , các đơn vị và cá nhân đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên chúng tôi cả về vật chất và tinh thần để chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ

3

I TỔNG QUAN

I.1 BENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CƠ BẢN CỦA NÓ

I.1.1 Benzothiazole

Phân tử benzothiazole là trường hợp đặc biệt của hệ thống dị vòng Những tính chất

hóa học và hóa lý chứng tỏ rằng vòng thiazole về bản chất nó không có đặc tính thơm Thực

nghiệm cho biết phản ứng thế electronpin(chlor hóa,brom hóa, nitro hóa) đều xảy ra ở nhân

Dưới tác dụng của base mạnh, vòng thiazole bị phá vỡ Sự phá vỡ vòng được

tăng cường khi ở vòng benzen có nhóm hút electron [7]

Bezothiazole có thể điều chế bằng một trong các phương pháp sau:

* Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với các dẫn xuất của acid

Từ các dẫn xuất của acid để tổng hợp benzothiazole thường được dùng nhất là

chloride và anhydride acid [8,9,10]

5

* Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde

R=alkyl, hydrogen, aril

* Benzothiazole cũng có thể được điều chế bằng phương pháp Jakbson [11]

I.1.2 2-Mercaptobenzothiazole( 2-bezothiazolinthione) viết tắt là 2-MBT

Tên thương mại là Kaptax, Vulkaxit, thiotax Là chất bột mịn màu vàng sáng, có vị cay,mùi đặc trưng Nhiệt độ nóng chảy của 2-MBT kỹ thuật là 165-170°C, của 2-MBT tinh khiết là 173-174°C Khối lượng phân tử 167,25

2-Mercaptobenzothiazole là chất được sử dụng sớm nhất để làm tăng tốc độ quá trình lưu hóa cao su nó tan trong acetone, ethanol, benzene, chloroform, acetic acid băng, và thực

tế không lan trong nước

2-MBT lần đầu tiên được điều chế vào năm 1887 do A.W.Hofmann [8]

* Bằng tác dụng của CS2 vào o-aminothiophenol

* Bằng tác dụng của NaHS vào 2-chlorobenzothazole

* Bằng tác dụng của CS2 với O.O’-diaminodiphenylsulfide

* Phương pháp điều chế 2-MBT thuận lợi nhất là xuất phát từ aniline cho tác dụng với CS2 và

S dưới áp suất và nhiệt độ cao :

Để thu được hiệu suất cao nhất, tỷ số mole của các chất phản ứng:

7

Kết quả này nhận đƣợc dựa trên sự đo momen lƣợng cực [14]

Phản ứng alkyl hóa trực tiếp 2-benzothiazolinthione bằng dẫn xuất halogen sẽ tạo

thành 2- alkylthiobenzothiazole Nếu alkyl hóa bằng dimethyl sulfate ngoài sản phẩm trên

còn xuất hiện một lƣợng nhỏ 3-methyl-2-benzothiazolinthione [15]

Ở nhiệt độ trên 200°C bằng tác dụng của iodine dẫn xuất S-alkyl chuyển vị thành dẫn

xuất N-alkyl [16]

I.1.3.2-Hydroxybenzothiazole (2-Benzothiazolinone)

2-Hydroxybenzothiazole có thể tồn tại ở hai dạng tautomer:

Momen lƣỡng cực tính đƣợc đối với Hydroxybenzothiazole là 2,4D, và đối với

2-benzothiazolinone là 3,8D Bằng thực nghiệm đã nhận đƣợc là 3,66D, điều

đó khẳng định rằng trong các phản ứng nổ tham gia ờ dạng ketone[17]

Kết quả nhận được phù hợp với các quá trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hóa, acyl hóa hoặc hydroxymethyl

hóa Trong tất cả các phản ứng này người ta đều thu được dẫn xuất thế ở vị trí 3 của

2-benzothiazolinone [27]

Bằng thực nghiệm người ta nhận thấy rằng, khi methyl hóa bằng diazo methane trong

ether đã xuất hiện 3-methyl-2-benzoth azolinone cùng với 2-raethoxy benzothiazole

H.Zinner và W.Nimmich [19] đã giải thích quá trình phản ứng này như sau:

Trong phản ứng này sản phẩm chủ yếu là 3-methyl-2-benzothiazo-linone

2-benzothiazolinone phản ứng với formaldehyde tạo thành

3-Hydroxymethyl-2-benzothiazolinone

9

Đây là chất đầu thuận tiện cho việc điều chế các dẫn xuất tiếp theo.Thí dụ: bằng tác

dụng của thionylchloride thu được 3-chloromethyl-2-benzothiazolinone, với acetic anhydride

thu được 3-acetomethyl-2-benzothyazolinone, với benzoyl chloride thu được 3-benzoyl

oxymethyl-2-benzothiazolinone Cấu trúc của 3-chloromethyl-2-benzo thiazolinone đã được

chứng minh bằng phản ứng khử với litiumborhydride xuất hiện

3-methyl-2-benzothiazolinone[20].Chlor trong 3-chloromethyl-2-benzothiazolinone có hoạt tính hóa học

gần tương tự trong các alkylchloride Trong môi trường kiềm nó phản ứng với thioalcohol

hoặc với 2-benzothiazolinone tạo thành bis- 3-(2-benzothiazo linone)methane

2-mercaptobenzothiazole sẽ thu được hợp chất sau [19]

Điều này chứng tỏ rằng khác với 2-benzothiazolinone, 2-mercaptobe zothiazole nó bị

alkyl hóa ở vị trí thứ 2[16]

Khi xử lý 2-benzothiazolinonethione với ethylen oxide dư có mặt acetic acid xảy ra

phản ứng N-hydroxyethyl hóa và có sự biến đổi thiono-oxo tạo thành

3-(2-hydroxyethyl)-2-benzothiazolinone Sản phẩm này cũng thu được khi thực hiện phản ứng tương tự với dẫn

xuất S-alkylthiobenzothiazole Một cách tương tự, khi chế hóa các hợp chất có nhóm thế ở

nguyên tử nitrogen như 3-methyl-2-

benzothiazolinthione và 2-(2-hydroxyethylthio)benzothiazole cũng xảy ra sự biến đổi

thiono-oxo

2-benzothiazolinthione(I) thông thường nó bị alkyl hóa ở nguyên tử lưu huỳnh, trừ

phản ứng Mannich[21] Ethylene oxide được dùng để thực hiện phản ứng S-hydroxyethyl hóa

của (I) trong dioxane [22]

Phản ứng N-Hydroxyethyl hóa của 2-benzothiazolinthione(I) bằng ethylene oxide

trong acetic acid kèm theo sự thay thế nguyên tử lưu huỳnh bằng nguyên tử oxygen để tạo

thành 3-(2-hydroxyethyl)-2-benzothiazolinone (III) Phản ứng này được thực hiện bằng cách

sử dụng lượng dư 10 lần theo số mole của ethylene oxide trong dung dịch acetic acid ở nhiệt

độ phòng trong 24 giờ

Khi rút ngắn thời gian là một giờ và giữ tỷ lệ số mole (1:1) đã xảy ra phản ứng

S-hydroxyethyl hóa tạo thành 2-(2-S-hydroxyethylthio)-benzothiazole (II) [23,24] , đã sử dụng

methanol như một dung môi Để chứng minh cấu trúc của (III), 2-benzothiazolinone (VII)

được reflux với 2-bromoethanol có mặt dung dịch natrium hydroxyde, thu được sản phẩm

(21%) đồng nhất với hợp chất (III)

Một mình acetic acid đã không có tác dụng lên I, IV hoặc VIII; Điều này đã chứng minh khả năng của ethylene oxide để thực hiện chức năng như một tác nhân để thay thế nguyên tử lưu huỳnh bằng nguyên từ oxygen trong dãy benzothiazolinethione Trong các tài liệu không đưa ra cơ chế của phân ứng , chúng tôi cho rằng acetic acid cũng tham gia vào phản ứng ở giai đoạn đầu để tạo ra 2-benzothiazolinone

Cơ chế này cũng được áp dụng cho cả phản ứng của ethylene oxide vào methylthiobenzothiazole trong acetic acid để tạo thành 2-Hydroxy-benzothiazole Chất này lại tiếp tục phản ứng với tác nhân là ethylene oxide để tạo thành sản phẩm III

2-2-Benzothiazolinone được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau V.F Kucherov đã đưa ra các phương pháp điều chế nổ trong phòng thí nghiệm bằng cách oxyhóa các sulfid trong acetic acid

Trong sản phẩm của phản ứng người ta đã tách được cả các dẫn xuất N-acetyl, chưa

có tài liệu nào mô tả chính xác o-acetyl Nhiều tài liệu mô tả phản ứng acyl hóa xảy ra với sự xuất hiện N-acetyl [25] với một lượng dưới 1% o-acetyl

Từ quan điểm kỹ thuật , có ý nghĩa nhất là oxyhóa 2- mercap tobezo-thiazole bằng hydrogen peroxide trong môi trường kiềm[12]

hoặc bằng kali pemanganat [25] sẽ xuất hiện muối kali của sulfoacid tương ứng và sau đó thủy phân trong môi trường acid

Để điều chế dẫn xuất 4-chlor-2-hydroxybenzothiazole , người ta đã thủy phân dẫn xuất chlor tương ứng là 2,4 -dichlorobenzothiazole theo phương trình sau [20]

13

Trong quá trình thực hiện đề tài này , chúng tôi đã dùng phương pháp oxyhóa 2-MBT bằng hydrogen peroxide trong môi trường kiềm Để thu được 2-hydroxybenzothiazole tinh khiết , chúng tôi đã dùng dung môi là hỗn hợp của ethanol-nước (1:1) Đây là dung môi thích hợp nhất

I.1.4 Ứng dụng thức tế của benzothiazole và một số dẫn suất của nó

Hóa học của benzothiazole đang phát triển rộng rãi đặc biệt là việc sử dụng các dẫn xuất của nó trong ngành công nghiệp cao su , công nghiệp nhuộm và trong những năm gần đây cả trong ngành nông nghiệp và dược học

Một dẫn xuất đơn nhất của benzothiazole là 2-mercapto- bentozothiazole được dùng trong ngành cao su vừa có tác dụng làm tăng tốc độ lưu hóa , vừa là chất chống nấm bảo vệ cao su trong quá trình sản xuất [26] 2-MBT cũng được dùng làm chất chống nấm cho các loại hàng dệt Bông , vải, sợi sau khi được xử lý với 2-MBT sẽ chống được sự phân hủy trong môi trường ẩm ướt , có khả năng kháng cự cao đối với ánh sáng , nhiệt độ và sự phân hủy của vi khuẩn [27]

Các dẫn xuất tiếp theo như 2-hydrazobenzothiazole ,2- alkyl benzothiazole có tác dụng diệt nấm và chống các loại nấm phá hoại hạt giống. [28]

Bằng cách theo dõi tác dụng của các nhóm riêng rẽ của benzothiazole , người ta nhận thấy rằng : Khi đưa thêm các nhóm thế hoặc khi kết hợp chúng , có thể làm tăng hoạt tính sinh vật học , hoặc có thể định hướng chúng theo một mục đích mong muốn Từ một số lớn thông tin có thể sắp xếp chúng vào một số nhóm:

- Nhóm có tác dụng chữa bệnh ngoài da : 2-alkoxy -,2-alkylthio

-6-halogenbenzonthiazole [29],2-phenoxy- ,2-phenylthio- và 2 -phenylamino - benzothiazole cũng như các dẫn xuất 2- alkylsulfonyl 2-alkysulfinyl -6 -nitro benzothiazole và các dẫn xuất halogen của benzothiazole [30]

- Những dẫn xuất của benzothiazole có tác dụng điều khiển sự phát triển

của thực vật, tiêu biểu nhất là các dẫn xuất thế ở vị trí 3 của benzothiazolinone [31-33]

Thí dụ như:

3-acetonitril - 2 - benzothiazolinone (X=H , n = O) có tác dụng lên cây đậu đỏ như

sau : làm dày phiến lá , làm hẹp phiến lá , kìm hãm sự phát triển bề mặt Tuy nhiên nó lại có

tác dụng tốt đối với cây củ cải đường Người ta đã làm thí nghiệm thấy rằng khi bón với hàm

lượng 0,1 - 0,2kg.ha-1

sẽ làm tăng hàm lượng đường là 11%[34] 3-methyl -4- chlor-2- benzothiazolinone có tác dụng làm tăng năng suất lứa tới 21% , trong khi đó lại làm giảm sự

phát triển của thực vật vật tới 10% [35]

Các dẫn xuất thế ở vị trí 3 có chứa lưu huỳnh của 2 - benzothiazolinone cũng có tác

dụng điều khiển sự phát triển thực vật như : Alkylthioalkylester [36] ,thioester [37], và

dithiocarbonat [38]

D'Amico J.J đã tổng hợp được các dẫn xuất tiếp theo và đã thử nghiệm một cách

thành công với cây mía đường và cây củ cải đường , là những chất có tác dụng làm tăng hàm

lượng đường

17

Công trình này cũng nêu lên rằng : tác dụng của các chất phụ thuộc vào thời kỳ phát

triển của thực vật Lượng thực tế đã áp dụng 0,112 - 5.60kg.ha-1 từ 2-10 tuần trước khi thu

hoạch

Sutoris V cùng đồng nghiệp đã tổng hợp được một số dẫn xuất tiếp theo và nhận thấy

rằng các hợp chất 3-benzyloxycarbonylmethyl-2-benzothiazolinone và

4-chlor-3-benzyloxycarbonylrnethyl -2 -benzothiazolinone cũng có hoạt tính cao đối với sự biến đổi

của thực vật và có hoạt tính diệt cỏ [45,46]

Sự biến đổi của các mô và các tế bào thực vật bắt đầu chịu tác dụng ở nồng độ 10-4

-10-3 mol/dm3

Một vài dẫn xuất còn đựơc ứng dụng trong y học Từ những dẫn xuất của

2benzothizolinone có tác dụng chống bỏng đặc biệt là : 5 chlor 3[4(2acetoxyethyl) 1

-piperazinyl carbonylmethyl ] - 2 - benzothiazolinone

I.2 PHẢN ỨNG WITTIG

Để tổng hợp các dẫn suất thế ở vị trí số 3 của 2-benzothiazolinone , chúng tôi đã sử

dụng phản ứng Wittig

Wittig và Geissler [47] vào năm 1953 đã nhận thấy rằng : tác dụng của benzophenone

vào methylene triphenyl phosphoran xuất hiện 1,1 diphenyl ethylene và triphenyl phosphine

oxide Phương pháp này đến ngày nay được sử dụng rộng rãi để điều chế ethylene gắn với

các nhóm thế khác nhau hoặc các olefin nói chung.Ưu điểm của phương pháp này là sự thế

nguyên tử oxygen của nhóm carbonyl bằng liên kế đôi C=C xảy ra không xuất hiện những

olefin đồng phân cấu tạo Sơ đồ chung của phản ứng như sau :

Điều chế các olefin bằng phương pháp tách nước từ alcohol hoặc tách hydrogen

halide (HX ) Từ các alkyl halide , nếu xuất phát từ các alcohol hoặc alkyl halide không đối

xứng thường tạo thành một hỗn hợp các olefin đồng phân Phản ứngWittig còn- là phương

pháp rất thích hợp để điều chế các carotenoid , methylene steroid và các hợp chất thiên nhiên

khác

Năm 1919 Staudinger và Mayer [48] đã nhận thấy rằng từ triphenyl phosphine và

diphenylmethylenetriphenylphosphoran , chất này tác dụng với phenylizocianat tạo thành

N-phenylimindiphenylketene

Phương pháp này không được áp dụng rộng rãi vì các phosphoran loại này rất bền và

không phản ứng với các hợp chất carbonyl thông thường Lý do thứ hai là các phosphoran

loại này điều chế rất phức tạp , không đơn giản

19

Sau này Luscher bằng cách đun nóng phosphoran trên với diphenylketene ở 140°C

trong benzene dưới áp suất đã thu được tetraphenylallene với hiệu suất xác định

1.2.1 Cơ chế của phản ứng Wittig

Phản ứng Wittig thường xảy ra giữa alkylidentriphenylphosphoran và hợp chất

carbonyl theo cơ chế sau :

Giai đoạn đầu của phản ứng xuất hiện cấu trúc phân cực betain , trong đó phospho

mang điện dương , oxygen mang điện tích âm , tạo điều kiện để hình thành hợp chất vòng 4

cạnh Hợp chất này lại phân hủy để tạo thành sản phẩm Betain bền vững ở nhiệt độ thường

nhưng dễ bị tác dụng của hydrohalogenid , tạo thành muối tương ứng :

Bằng tác dụng của một base thí dụ phenyl litium , nó lại trở lại cấu trúc phân cực như

đã nêu

Ngoài aldehyde và ketone , phản ứng Wittig còn áp dụng cho cả các ketene và các dẫn xuất cỷa ketene Thí dụ isopropyliden triphenylphosphoran tác dụng với diphenylketene tạo thành 1,1-dimethyl -3,3-diphenylallene

Một điều thú vị là bản thân triphenylphosphine cũng tác dụng với các oxide khác để tạo thành olefin

Thí dụ:

Hoặc :

Tác nhân của phản ứng Wittig có dạng chung là : (C6H5)3 P = CRR' thu được bằng phản ứng của base và phosphonium halogenid tương ứng Chúng là những chất kết tinh màu vàng hoặc không màu

Có thể chia thành hai nhóm của các phosphoran : Nhóm thứ nhất gồm các phosphoran

mà trong phần alkyliden chứa các nhóm đẩy electron ( R=R'=H hoặc alkyl ) có khả năng hoạt động đặc biệt, nhanh chóng phản ứng với oxygen , ngoài

21

phản ứng với aldehyde , ketone , nó còn phản ứng cả với nước, alcohol và các hợp chất

carbonyl khác như ester

Nhóm thứ hai, gồm các phosphoran mà trong phần alkyliden có chứa nhóm hút

electron ( R=H ; R'= aryl ) có khả năng phản ứng yếu hơn Thí dụ benzilidentriphenyl

phosphoran không phản ứng với ketone [49] , diarylmethylene triphenylphosphoran (

R=R'=aryl ) bền với oxygen và các hợp chất carbonyl thông thường , nhưng bị mất màu khi

phản ứng với nước , alcohol và acide [50] Điều đó có thể giải thích bằng sự giải toả điện tích

âm trên nguyên tử carbon của nhóm methylene :

Phản ứng Wittig luôn luôn diễn ra qua hợp chất vòng 4 cạnh như là một sản phẩm

trung gian bền vững ; dạng này xác định tốc độ của phản ứng Tốc độ của phản ứng không

những phụ thuộc vào tác nhân mà còn phụ thuộc vào chất phản ứng và điều kiện phản ứng

Trong nhiều trường hợp đã nhận thấy rõ sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào đặc tính của

hợp chất carbonyl ban đầu Thí dụ theo dõi phản ứng của fluorenyliden triphenyl phosphoran

với những hợp chất carbonyl có nhóm thế đã đưa ra các số liệu sau :[50]

Khi nguyên tử carbon của nhóm carbonyl liên kết với các nhóm hút electron làm tăng

khả năng phản ứng và hiệu suất phản ứng cũng cao hơn khi nổ liên kết với các nhóm thế đẩy

electron

I.2.2 Hóa học lập thể của sự hình thành olefin trong phản ứng Wittig

Khi ylid và hợp chất carbonyl có các nhóm thế không đối xứng , thường xuất hiện

một hỗn hợp các đồng phân cis và trans của olefin Thí dụ phản ứng của alkyliden

triphenylphosphoran với benzaldehyde xuất hiện cis và trans 1-phenylbutadiene (1;1 ) Tỷ lệ

các đồng phân cis-trans có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện phản ứng như: chất phản ứng

, tác nhân, xúc tác và base được sử dụng Thí dụ acrolein và phosphoran (I) tác dụng với nhau

xuất hiện chỉ trans -hydrocarbon II , nhưng trong phản ứng của alkyliden

triphenylphosphoran với aldehyde III lại hình thành hỗn hợp cis và trans hydrocarbon II

Tác dụng của benzylmethyltriphenylphosphonium với butanide litium và sau đó với

benraldehyde tạo thành hỗn hợp 30% cis và 70% trans stylben [49] Kết quả này được giải

thích như sau :

Nói chung , phản ứng Wittig cho hỗn hợp các đồng phận cis và trans của alkene Tỷ

lệ các dồng phân cis và trans phụ thuộc vào điều kiện phản ứng sản phẩm của phản ứng được xác định bằng sự hình thành liên kết đôi giữa nhóm methylene của ylid và nguyên tử carbon của nhóm carbonyl trong hợp chất carbonyl tỷ lệ các đồng phân cis và trans phụ thuộc cả vào tương tác lập thể của phản ứng Đồng phân trans được tạo thành dễ hơn do tương tác lập thể thấp hơn so với đồng phần cis [51]

Bằng thực nghiệm theo dõi muối phosphonium hoạt động quang học trong phản ứng

đã khẳng định đƣợc rằng : Phản ứng Wittig xảy ra với sự bảo toàn cấu hình của nguyên tử

phospho [52]

II THỰC NGHIỆM

II.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP :

Để tổng hợp các dẫn xuất của 2 - benzathiazolinone , chúng tôi đã xuất phát từ 2- mercaptobenzothiazole dựa theo sơ đồ tổng quát sau :

II.2 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP CÁC CHẤT

II.2.1 Tổng hợp 2- mercaptobenzothiazole tinh khiết [12] ( I )

100g 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật được hoà tan trong 2l nước Khuấy và đun ở nhiệt độ 85-90°C Vừa đun vừa cho từ từ 75- 80ml dung dịch amomiac 26% Trong khi đun

với những chất bẩn nổi trên bề mặt dung dịch Sau khi cho hết dung dịch amoniac,cho từ từ

4- 4,5ml H2O2 30% được hoà tan trong 50ml nước nóng Tiếp tục loại các chất bẩn trên bề

mặt hỗn hợp phản ứng Sau khi đun dung dịch màu vàng của muối amonium của 2-MBT tách khỏi chất bẩn ở đáy bình phản ứng Lọc lấy dung dịch trong màu vàng sáng Thêm vào dung dịch 5g than hoạt tính , đun sôi và sau đó để nhiệt độ hạ xuống đến 45-50°C, lọc và sau

đó thêm nước nóng để được 3,6 l Đun sôi , cho thêm 4g Na2SO3 và sau đó 75ml acetic acid trong 200ml nước Để kết tủa lắng xuống và lọc , rửa bằng nước nóng

Hiệu suất 57,8g ( 57,80% ) (tài liệu 65% )

Phản ứng được thực hiện trong bình cầu hai cổ có lắp máy khuấy , phễu nhổ giọt Hỗn

hợp phản ứng gồm 16,7g (0.lmole ) 2-MBT; 8,4g (0,15mole )KOH và 100ml nước Sau khi

khuấy cho hỗn hợp phản ứng tạo thành dung dịch trong suốt

Từ phễu nhỏ giọt cho từ từ 66ml H2O2 30% Nhiệt độ phản ứng đuợc giữ trong

khoảng 48- 52°C Trong suốt thời gian cho H2O2 phải khuấy liên tục và nhiệt độ không được vượt quá 55°C

Sau khi cho hết H2O2 tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng 3h nữa ở nhiệt độ 50°C.Muối Kali của sulfonic acid từ từ tách ra, sau đó nhiệt độ được tăng từ từ đến 60OC Hỗn hợp được khuấy tiếp tục 2h nữa ở nhiệt độ này Muối tan tạo thành dung dịch đặc Sản phẩm phản ứng được để yên 24h , muối tách ra , lọc tách lấy sản phẩm

45-Sau khi làm khô ở nhiệt độ phòng , muối kali của sulfonic acid được hoà tan vào nước, acid hóa bằng HCl đến môi trường acid Dung dịch được đun đến

khi nào không còn mùi của SO2 bay ra Chất kết tinh của 2-hydroxy-benzothiazole dần dần tách ra từ dung dịch Lọc và kết tinh lại bằng hỗn hợp ethanol-nước (1:1)

8g (0,052 mole ) 2- hydroxybenzothiazole được hoà tan trong 20ml ethanol trong bình

cầu 2 cổ có lắp máy khuấy và ống sinh hàn Sau khi dung dịch trong suốt, cho ngay một lần

11ml dung dịch formaldehyde 40% Hỗn hợp phản ứng được đun đến sôi Làm lạnh nhanh

và để dung dịch kết tủa Để kết tủa tốt hơn, có thể cho thêm vài giọt nước lạnh và để đứng yên

Hiệu suất 7g (74%)

Đnc : 99-102°C (t.l l01 -104,5°C )

Công thức phân tử : C8H7N02S ; M= 181,06

; 1450 cm-1δ(=C-H) : 754 cm-1

Phản ứng được thực hiện trong bình cầu ba cổ có lắp máy khuấy , phễu nhỏ giọt và ống sinh hàn 6g ( 0,033mole ) 3- hydroxymethyl-2-benzothiazolinone cho vào bình cầu , từ phễu nhỏ giọt cho từ từ 14ml thionylchloride Trong quá trình cho thionyl chloride phải khuấy liên tục và nhiệt độ giữ ở 20-25°C Sau vài phút, phản ứng xảy ra Sau khi cho hết thionyl chloride, nhiệt độ tăng đến 25-30°C Để phản ứng thực hiện ở nhiệt độ này 2h nữa , sau đó để đứng yên ở nhiệt độ phòng 24h Sau khi phản ứng kết thúc, thionyl chloride dư được cất dưới áp suất thấp Chất rắn kết tinh xuất hiện ,đựơc tách và kết tinh lại bằng benzen

Hiệu suất: 4,2g (63,82%)

Đnc : 101-103°C (t.l 100-102,5°C)

Công thức phân tử : C8H6ClNOS ; M= 199,58

II.2.5.Tổng hợp 2-oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenylphosphonium chloride(V )

Bình cầu đáy tròn có lắp ống sinh hàn chứa hỗn hợp phản ứng gồm : 3g (0,015mole)

3-chlormethyl -2- benzenthiazolinone, 4g (0,015g ) triphenyl-phosphine và 13ml benzene

Bình cầu được đun trên bếp cách thủy lh Sau khi phản ứng kết thúc , benzene dư được cất dưới áp suất thấp thêm acetone khan đun 15 phút và cất acetone dưới áp suất thấp làm như thế 2 lần , sẽ thu được chất kết tinh trắng mịn