CHƯƠNG 1: PHẢN ỨNG MICHAEL
Phản ứng Michael
Phản ứng cộng hợp giữa các hợp chất chứa nhóm CH mang tính axit với các hợp chất vinylic cacbonyl được gọi là cộng hợp Mchael hay phản ứng Michael, vì phản ứng này do A.Michael phát hiện đầu tiên vào năm 1887
R,R1,R2,R3 và R4 là hydro,alkyl hoặc đôi khi là aryl
X,Y là các nhóm hút điện tử như: -COOH,-CHO,-COOR,-CONH2,-CN,-NO2,đôi khi là SO3R
Như vậy,với phản ứng này có thể tạo ra rất nhiều hợp chất
Trong hai chất tham gia phản ứng chính ở trên chất chứa H hoạt động (R1R2XCH) được gọi là chất cho (donor); còn chất vinylic cacbonyl (R3R4C=CRY) được gọi là chất nhận (acceptor)
Cũng cần lưu ý rằng,độ hoạt động của nhóm X,Y trong chất cho và chất nhận không hoàn toàn giống nhau Sau đây là trình tự tăng dần của chúng trong phản ứng:
X (donor); NO2 > SO3R > CN > COOR >CHO
Y (acceptor); NO2 > COOR > CN >COR > CHO
Xúc tác cho phản ứng Michael là các bazo,tương tự như phản ứng aldol và phản ứng Claisen Lượng dùng của nó cũng giống như phản ứng aldol ,chỉ hoàn toàn ở mức độ xúc tác, không cần tới mức độ đương lượng như trong trường hợp phản ứng ngưng tụ Claisen
Quá trình phản ứng gồm nhiều bước, nhưng bước chậm là bước quyết định vận tốc phản ứng phụ thuộc khả năng phản ứng của chất cho và chất nhận, cũng như độ bazo của xúc tác ( giống như trong phản ứng aldol và ngưng tụ Claisen):
Xúc tác thông dụng nhất là natri và kali của metylat ,etylat và tert-butylat trong dung dịch alcol Ngoài ra đôi khi còn sử dụng cả dung dịch alcol của kali và natri hidroxit , hoặc dung dịch nước natri hidroxit Trong dung môi trơ đôi khi dùng tới natri kim loại hay natri amidua
Trường hợp các hợp chất hoạt động mạnh (rất hoạt hoá) có thể dùng các amin bậc hai , bậc ba như pyperidin , pyridin , trietylamin , muối amoni bậc bốn (ví dụ triton B)
Tác dụng xúc tác của các axit không có ý nghĩa đáng kể với phản ứng Michael nên ở đây chúng ta không đề cập kỹ , dù rằng cũng có một số công bố có dùng tới botriflorua và kẽm clorua (axit Lewis)
Cũng phải chú ý rằng , với các xúc tác là bazơ mạnh , trong một số trường hợp phản ứng dẫn tới hình thành các sản phẩm trùng hợp
Dung môi phổ biến nhất cho phản ứng này là các alcol như methanol , etanol,n- butanol, tert butanol Một số dung môi trơ là ete , dioxan hoặc benzen , đôi khi dùng cả hỗn hợp chưá nước Trong những trường hợp dùng tới xúc tác là kim loại kiềm hoặc natri amidua thì dung môi là loại không chứa proton , dùng dưới dạng huyền phù
Vì phản ứng Michael là phản ứng thuận nghịch , phản ứng chậm nên thời gian phản ứng tương đối dài
Thường ở nhiệt độ cao tạo thuận lợi cho phản ứng theo chiều ngược nên phải tránh điều này Khi sử dụng alcolat làm xúc tác , thông thường người ta tiến hành phản ứng ở nhiệt độ phòng với thời gian khuấy từ 20 đến 100 giờ , còn khi sử dụng amin bậc hai hoặc bậc ba làm xúc tác và dung môi là alcol thì phản ứng tiến hành ở trên nhiệt độ sôi của hỗn hợp nên thời gian chỉ còn từ 12 đến 40 giờ
1.6 Xử lý, tinh chế hỗn hợp phản ứng
Sau khi phản ứng kết thúc , sản phẩm của phản ứng Michael đa số kết tủa ở nhiệt độ phòng , như vậy đem lọc và kết tinh lại Nếu không kết tủa thì làm loãng hỗn hợp với đicloetan hoặc chloroform, sau đó dùng axit axetic để trung hoà , pha hữu cơ tách ra làm khan , cất loại dung môi , cất chân không thu sản phẩm
Các phản ứng phụ thường đi kèm phản ứng Michael bao gồm :
1-Phản ứng ngưng tụ Claisen hoặc ngưng tụ Dieckmann Để tránh điều này không nên sử dụng lượng xúc tác nhiều mà chỉ sử dụng một lượng nhỏ (liều xúc tác )
2-Phản ứng andol đôi lúc cũng sinh ra , đặc biệt là khi chất cho là andehit mạch thẳng Để tránh điều này , hoặc dùng thừa chất nhận hoặc thực hiện trình tự cho các chất vào phản ứng như sau : chất nhận cộng với xúc tác sau đó cho từ từ chất cho vào
3 Phản ứng Michael là phản ứng hai chiều , nhiệt độ tăng làm tăng phản ứng chiều ngược Để tránh điều này nên thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp
4 Khi chất cho chứa hai nhóm hút điện tử thì cả hai hydro của nó có khả năng cộng hợp vào hai phân tử chất nhận , trong trường hợp này để tránh phản ứng phụ xảy ra theo hướng không mong muốn , người ta phải điều chính tỷ lệ mol của chất nhận hoặc có thể điều chỉnh độ mạnh của xúc tác Ví dụ :
+ CH 2 =CH-CN nuoc NaCN C
5.Một hợp chất vừa có thể là chất cho nhưng cũng có thể là chất nhận do dạng xeto hoặc eno của nó Ví như trường hợp axetyl axetat etyl:
CH 3 CO-CH 2 -COOEt CH 3 -C=CH-COOEt
OH chât cho chât nhân
1.8 Phạm vi ứng dụng của phản ứng
1 Phản ứng giữa Hα của dẫn xuất manolat với α, β –xeton không no:
Kết hợp phản ứng để điều chế các dioxo este Michael và Claisen để nối dài mạch cacbon của hợp chất, cũng như để điều chế dioxo este:
2 Phản ứng giữa Hα của xeton với α, β –xeton không no:
Kết hợp phản ứng Michael và ngưng tụ aldol để tổng hợp vòng steran đi từ vinyl metyl xeton với metyl 3 vòng chứa H hoạt động:
Cũng tương tự như trên nhưng khi chất khởi đầu là axetyl axetylen ta thu được vòng steran chứa hai nối đôi C=C:
3 Phản ứng giữa Hα của dẫn xuất nytryl manolat với quinnon: