1. Cơ chế phản ứng
Phản ứng tổng hợp 5-bromo-2-hydroxybezaldehyde là phản ứng thế electrophile vào vịng thơm (SEAr), trong đó brom đóng vai trị là tác nhân electrophile tấn cơng vào vịng thơm được hoạt hóa bởi nhóm -OH.
Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn:
Giai đoạn chậm: Hình thành phức σ, đây là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng. Brom được phân cực hóa nhờ vào acid acetic.
HO OHC Br Br O OHC H Br H - Br- O OHC H Br H δ+ δ−
Giai đoạn nhanh: Br – tấn công lấy H+ từ phức σ tạo thành sản phẩm.
Br O OHC H Br O OHC H Br H
Sản phẩm thu được có dạng tinh thể hình kim, màu trắng nóng chảy ở nhiệt độ 106oC như tài liệu [8] mơ tả.
2. Phân tích phổ
Phổ hồng ngoại (IR)
Trên phổ IR của 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (1) (xem hình 1, phụ lục 1) ta thấy xuất hiện vân hấp thụ mạnh ở 1672 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm >C=O, kèm theo 1 vân hấp thụ trung bình ở 2876 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H trong nhóm CHO.
Trên phổ IR của (1) ta còn thấy đám vân hấp thụ xuất hiện với cường độ yếu trong khoảng 3000-3100 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Csp2-H. Trong khi đó dao động hóa trị của C=Cthơm được thấy với 2 vân hấp thụ có cường độ trung bình ở 1610 cm-1 và 1468 cm-1. Ngồi ra cịn thấy xuất hiện
vân hấp thụ mạnh ở 626 cm-1 ứng với dao động hóa trị của liên kết C-Br. Đám vân hấp thụ tù và rộng với cường độ yếu ở 3100-3400 cm-1 ứng với dao động của nhóm -OH.
Hình 1. Phổ IR của 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (1)
Thơng qua phổ việc đo và phân tích phổ IR thì ta chưa có thể khẳng định 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde đã được tổng hợp, ta phải xác định tiếp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của nó.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR)
Nhìn vào phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 5-bromo-2-hydroxy benzaldehyde (1) (xem phụ lục 2) ta thấy có 2 tín hiệu xuất hiện trong vùng trường yếu có dạng singlet được quy kết proton trong nhóm -CHO và -OH. Do liên kết hidro nội phân tử nên proton trong nhóm -OH sẽ cộng hưởng ở trường yếu hơn proton trong nhóm -CHO. Vậy tín hiệu có độ chuyển dịch δ=10.968 ppm được quy kết cho proton của nhóm -OH. Tín hiệu xuất hiện ở trường mạnh hơn với δ=10.205 ppmđược quy kết cho proton của nhóm -CHO.
O OHH C CHHOO B Brr
Hình 2. Phổ 1H-NMR đầy đủ của 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (1)
Trong vùng thơm xuất hiện 2 tín hiệu dưới dạng doublet (xem phổ giãn rộng của 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde phụ lục 3) hai tín hiệu này được quy kết cho proton H3 và H6. Proton H3 có sự tương tác spin-spin với proton H4 ngay bên cạnh, do đó hằng số tách J (Hz) sẽ lớn, proton H6 cũng có sự tương tác spin- spin với proton H4
(nằm ở vị trí meta so với nó) nên J (Hz) sẽ nhỏ. Mặc khác, do sự đẩy electron của nhóm -OH kèm theo sự rút electron của nhóm -CHO nên proton H6 sẽ dịch chuyển về phía trường yếu hơn so với proton H3. Từ sự phân tích trên thì tín hiệu có δ=6.978 ppm, J=8.0 Hz được quy kết cho proton H3
. Tín hiệu xuất hiện ở trường yếu hơn δ=7.711 ppm, J=2.5 Hz được quy kết cho proton H6. Tín hiệu cịn lại xuất hiện dưới dạng doublet-doublet cộng hưởng ở δ=7.644
ppm, J1=2.5 Hz, J2=8.0 Hz được quy kết cho proton H4
vì proton này có sự tương tác spin-spin với proton H3 và H6 ở bên cạnh. Các tín hiệu này hồn tồn phù hợp với đặc điểm của vịng benzen có các nhóm thế ở các vị trí 1, 2 và 5.
OH CHO Br 3 4 6 Hình 3. Phổ 1H-NMR giãn rộng 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (1)
Như vậy, thơng qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân thì ta có thể khẳng định 5-bromo-2-hydroxybezaldehyde đã được tổng hợp thành công.
II. TỔNG HỢP 5-BROMO-2-HYDROXYBENZALDEHYDE
THIOSEMICARBAZONE (2) 1. Cơ chế phản ứng
Dựa theo quy trình tổng hợp của các tác giả trong tài liệu [5, 7, 14, 22, 28] chúng tôi đã tổng hợp được (2) bằng cách thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa 5- bromo-2-hydroxybenzaldehyde và thiosemicarbazide trong ethanol.
Phương trình phản ứng như sau: OH CHO Br NH2NHCNH2 S OH Br N N H NH2 S Etanol 1 2 3 H2O
Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng Nucleophile vào nhóm carbonyl. Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: cặp e tự do trên N1 tấn công vào carbon carbonyl mang điện tích dương. Vì cặp electron tự do trên N2 và N3 đã tham gia liên hợp với nhóm >C=S bên cạnh nên khả năng tấn cơng vào nhóm carbon carbonyl là rất kém so với N1. OH Br NH2NHCNH2 S OH Br H2 N N H NH2 S Etanol H O O nhanh OH Br H N N H NH2 S OH
Giai đoạn 2: Tách nước. Nhóm hydroxyl sẽ tách ra cùng với H trong nhóm - N1H. OH Br H N N H NH2 S OH OH Br N N H NH2 S -H2O 2. Phân tích phổ Phổ hồng ngoại (IR)
Trên phổ IR (2), xuất hiện vân hấp thụ với cường độ mạnh ở 3161 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm -NH. Hai vân hấp thụ cũng với cường độ mạnh ở 3254 cm-1 và 3454 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm -NH2, mặc khác vân hấp thụ ở 1672 cm-1đặc trưng cho dao động hóa trị của liên
kết >C=O khơng cịn xuất hiện nữa, chứng tỏ đã có phản ứng xảy ra giữa 5-bromo-2-hydroxylbenzaldehyde (1) với thiosemicarbazide.
Đồng thời cịn thấy các tín hiệu đặc trưng khác xuất hiện trên phổ như: hai vân hấp thụ với cường độ mạnh ở 2997 cm-1
hóa trị của liên kết Csp2-H. Trong khi đó dao động hóa trị của liên kết đơi C=Cthơm cho 2 vân hấp thụ với cường độ mạnh ở 1600 cm-1 và 1475 cm-1. Cịn liên kết đơi C=N cho vân hấp thụ với cường độ mạnh ở 1610 cm-1
. Vân hấp thụ với cường độ mạnh ở 1545 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết >C=S. Ở 635 cm-1 vân hấp thụ với cường độ mạnh được quy kết cho liên kết C-Br.
Hình 4. Phổ IR 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde thiosemicarbazone (2)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1
H-NMR)
Phổ 1H-NMR của (2) được đo trong dung mơi DMSO cho các tín hiệu sau [7]:
Tín hiệu xuất hiện trong vùng trường yếu δ=11.62-11.73 ppm với cường độ bằng 1 được quy kết cho proton trong nhóm -OH. Tín hiệu có δ=10.23-10.29
ppm cũng có cường độ bằng 1 được quy kết cho proton trong nhóm -NH. Trong vùng có độ chuyển dịch từ 7.23-8.44 ppm được quy kết cho 4 proton bao gồm 3 proton trên vịng thơm và 1 proton trong nhóm -CH=N. Cuối cùng là nhóm -NH2 xuất hiện dưới dạng singlet ở trường mạnh với cường độ bằng 2 ở δ=3.34 ppm.