Tổng hợp 4 2 phenylhydrazono methyl pyridine 1 4 aminophenyl 3 8 hydroxyquinolin 2 yl prop 1 en 1 one từ 8 hydroxyquinoline pyridin 4 carbaldehyde phenylhydrazine

Ngày nay có thể nói không một ngành khoa học nào mà không có sự tham gia của các hợp chất dị vòng như trong y học, dược học thuốc kháng sinh, các vitamm, các loại enzyl, các chất kích th

Trang 1

B ộ GIÁ O DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van do an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf

Trang 2

Khoa lu ận tốt nghiệp GVHD: Th.s Lê Văn Đăng

L Ờ I C Á M Ơ N

Khóa luận của em được hoàn thành dưới sự giúp đỡ tận tình của quý thấy cô trong và các bạn ửong khoa hóa trường Đại học sư phạm Thành Phố HÒ Chí Minh

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Vàn Đăng đã giúp đỡ em ưong

quá trình nghiên cứu cũng như đã những lời khuyên quý báu, khích lệ em vượt qua nhưng khó khăn để hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong ban chủ nhiệm khoa Hóa, toàn thể thầy cô Ương tổ bộ môn Hóa Hưu Cơ đặc biệt là các thầy cô ờ phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn

Cám ơn các bạn ương tập thể hóa 4C, đặc biệt là các bạn trong nhóm đã đồng hành cùng mình trong suốt quá trình nghiên cứu

Do kiến thức và kinh nghiệm vẫn còn hạn chế vì vậy luận văn không tránh khỏi nhưng thiếu sót Vì vậy em xin ghi nhận và biết ơn những ý kiến đỏng góp từ quý thầy

cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Thành Phố Hồ Chí Minh ngày lo tháng 05 năm 2010

Nguyễn Quang Tuyến

Trang 3

Khoa luận tốt nghiệp GVHD : Th.s Lê Vân Đăng

ì Vài nét về tình hình tổng hợp và nghiên cứu các ketone a, p -không no -dẫn xuất

của 8-Hydroxyquinoline và dẫn xuất của Pyridine: 10

ĩ ì Tình hình tổng hợp các chất chứa vòng quinoline:1'1 10 1.2 Giới thiệu về 8-hydroxyquinoline và các dẫn xuất quinoline khác: 12

1.2.1 Giới thiệu chung: 12 1.2.2 Tính chất 14 1.3 Tình hình nghiên cứu về phức:[ Ì ][5] 15

1.4 Tinh hình nghiên cứu quang phổ hồng ngoại của các dẫn xuất chứa vòng quinoline và 8-hydroxyquinoline:[l]: 17 1.5 Tinh hình tổng hợp và tính chất của một số dẫn xuất chứa vòng

pyridine:[2][6] 19

li Các phương pháp fonnyl hóa hợp chất thơm và hợp chất dị vòng thơm: 24

li Ì Ì Phương pháp oxi hóa các nhóm -CH3, -CH2OH, -CH=CHR gắn vào

nhân thơm và dị vòng thơm: 25

li Ì 2 Phương pháp đi từ acid carboxylic: 26

li Ì 3 Tổng hợp đi từ dẫn xuất cơ magnesium: 26

n Ì 4 Phương pháp khử hóa Rosenmund: 27

li Ì 5 Phương pháp thủy phân dẫn xuất halogen: 27 II.2 Phản ứng tổng hợp Gattermann - Koch: [7][8][9] 28 11.2.1 Mờ đầu: 28 11.2.2 Phạm vi ứng dụng của phương pháp Gattermann-Koch: 28

II.2.4 Điều kiện phản ứng: 31 n.3 Phản ứng íbrmyl hỏa Gattermann:[8][10][l 1][12] 32

0.3.1 Mở đầu: 32 n.3.2 Phạm vi áp dụng của phương pháp Gattermann : 33

n.3.3 Cơ chế phản ứng Gattermann : 35

SVTH: Nguyễn Quang Tuyến Trang 3

Trang 4

Khoá luận tốt nghiệp GVHD : Th.s Lê Văn Đăng

HA Phản ứng íormyl hỏa Gattermann - Edams: 38

n.5 Tổng hợp Vilsmeier:[2][13][14](15] 38

II.5.1 Mở đầu: 38 n.s.2 Phạm vi áp dụng của phương pháp : - 39

II.5.4 Điều kiện tiến hành phản ứng: 41 II.6 Phản ứng Reimer-Tiemann:[13][17][18] 42

11.6.1 Mở đầu: 42 11.6.2 Phạm vi áp dụng của phản ứng Reimer-Tiemmann: 42

11.6.3 Điều kiện phản ứng: 44 11.6.4 Cơ chế phản ứng: 45 III Tổng hợp ketone a,p - không no bằng phản ứng ngưng tụ: [151[17]([19][20] 47

n u Mô đầu: 47

IU 1.1 Đặc điểm cấu tạo của nhóm carbonyl: 47

IU Ì 2 Tính acid của nguyên tử hydrogen a của nhóm carbonyl: 48

ni Ì 3 Phản ứng giữa hydrogen a của nhóm carbonyl và nhỏm carbonyl:48

ra, Ì 4 Cơ chế cộng aldol: 49

IU Ì 5 Cơ ché phản ứng dehydrate hóa sản phẩm cộng aldol: 51

in 1.6 Ảnh hưởng của nhóm thế nối với nhóm carbonyl đến khả năng

phản ứng cộng aldol - croton hóa: 54

ni Ì 7 Phản ứng ngưng tụ - croton hóa Claisen - Schimidt: 55

in Ì 8 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng ngưng tụ - croton hóa: 55

IV Một số phản ứng giữa hợp chất chứa Niưogen và hợp chất chứa nhóm carbonyl:

[19][21][22][23][24]: 57

PHÀN 3: 62

ì Tổng hợp 5-fomyl-8-hiđroxiquinolin: 64

LÌ Phản ứng và cơ chế tổng hợp: 64 1.2 Phương trình phản ứng: 64 1.3 Điều kiện thực nghiệm: 65 1.4 Nhận xét: 66 1.5 Thực nghiệm: 66 1.5.1 Hoáchất: 66

Trang 5

II 5 Phân tích cấu trúc: 75

III.4.3 Kếtquả: 82 111.5 Thực nghiệm: 82 PHÀN 4: 89 PHẢN 5: 92

Trang 6

Khoa luận tốt nghiệp GVHD ; Th.s Lê Văn Đăng

PHÀN 1:

Trang 7

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: Th,s Lê Văn Đăng

Nhưng chi ương khoảng vài chục năm trờ lại đây, các nhà nghiên cứu đã dần dần tinh ché và tổng hợp được một số lượng ngày càng lớn các hợp chất dị vòng, việc nghiên cứu chúng có tầm quan trọng đặc biệt về mặt lý thuyết cũng như về mặt thực nghiệm

Ngày nay có thể nói không một ngành khoa học nào mà không có sự tham gia của các hợp chất dị vòng như trong y học, dược học (thuốc kháng sinh, các vitamm, các loại enzyl, các chất kích thích tố )* trong nghiên cứu sinh vật học, làm chất xúc tác, dung môi trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ, trong các giai đoạn của quá trình chế biến dầu mò, trong công nghiệp nhuộm, sản xuất các dồ dùng hằng ngày

Một số dẫn xuất quinoline từ lâu đã được dùng làm thuốc chữa bệnh sốt rét, lị và ung thư Điều đáng chú ý nhất là dẫn xuất có chứa nhóm 8-hydroxyquinoline thường tạo phức với những ion kim loại thông thường và cả những kim loại quý, vì thế được

áp dụng trong hóa học phân tích để tách và chiết các ion kim loại

Xuất phát từ tình hình trên, việc nghiên cứu và tổng hợp một số dẫn xuất Carbonyl

ct, p -không no có chứa S-hydroxyquinoline và pyridine bởi các lý do sau đây:

Thứ nhất: 8-hydroxyquinoline và pyridine và dẫn xuất carbonyl ót, p không no của chúng là mô hình tốt để nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa các nguyên tử trong phân

từ

Thứ hai: 8-hydroxyquinoline và các dẫn xuất của nỏ cỏ khả năng tạo phức với các ion kim loại nên được ứng dụng trong hóa học phân tích, ương hóa màu và trong kỹ nghệ nhuộm

Thứ ba: 8-hydroxyquinoline và các dẫn xuất của nó có hoạt tính sinh lý cao, có hoạt tính chống khuẩn nên được ứng đùng trong y học để điều chế thuốc chữa bệnh

Thứ tư: bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học thực nghiệm nhằm nâng cao

kỹ năng thực hành

Trang 8

Trang 9

Khoa luận tốt nghiệp GVHD : Th.s Lê Văn Đăng

PHÀN 2

TỐNG QUÂN

Trang 10

/ Vài nét về tình hình tổng hợp và nghiên cứu các ketone a, /Ị-không

no-dẫn xuất cùa 8~HydroxyquinoUne và no-dẫn xuất cùa Pyridine:

L I Tình hình tổng họp các chất chửa vòng quinoline:111

Quinoline được biết từ năm 1834, Runge đã tách được từ nhựa than đá, từ đó cho

đến nay hóa học về các hợp chất chứa vòng quinoline phát triển khá mạnh, nhất là từ

1950, số lượng họp chất tăng lên nhiều và phạm vi ứng dụng của chúng trở nên phong

phú đa dạng đặc biệt ương lĩnh vực y học Trong lĩnh vực tổng hợp các methylquinoline đóng vai trò rất quan trọng, từ nhưng methylquinoline người ta có thể

chuyển hỏa tiếp để tạo ra các dẫn xuất khác

Năm 1941, Kaplan đã tiến hành oxi hóa 2-methylquinoline bằng SeOĩ trong dung

môi dioxane thu được quinoline-2-carbaldehyde

Sau đó Vừginia - D.Ransay đã hoàn thiện điều kiện phản ứng này nên đạt hiệu suất khá ổn định G.E.Kavvarher đã oxi hóa 4-methylquinoline cũng bằng Se02 nhưng

thay dung môi dioxane bằng xylene đã thu được qiimoline-4-carbaldehyde với hiệu

suất khá tốt

ít lâu sau WilthelmMath đã oxi hóa trực tiếp 4- methylquinoline mà không dùng dung môi, phương pháp này không những áp dụng cho sự oxi hóa nhóm methyl ở nhân

Trang 11

dị vòng pyridine mà còn áp dụng cho cả nhóm methyl đính ở phía vòng benzene với hiệu suất khá cao và ổn định

CHO

(CH3-ởcác vị trí 1,2,3)

CHO

(CH3-ởcác vị trí 5, 6, 7, 8)

Ngoài những phương pháp đã trình bày ờ trên, còn một số phương pháp khác nữa

là gân trực tiếp nhỏm - CH=0 vào nhân thơm và dị vòng G.R.Clemo và R.Howe đính nhóm - CH=0 vào vị trí 5 và 7 của 8-hydroxyquinoline bằng phương pháp tổng hợp Sen và Ray

CHO

(CH3- ở các vị trí 5 và 7)

Những thành tựu trong việc tổng hợp các dẫn xuất của quinoline đã mở ra nhưng ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực hóa học phân tích, nghiên cứu các đặc tính phổ hồng ngoại, phổ electron, hoạt tính kháng khuẩn,

K.Matsumura đã thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa 5-acetyl-8- hydroxyquinoline

và benzo[d][l,3]dioxole-5-carbaldehyde (piperonal) dùng kiềm xúc tác đã thu được ketone chưa no tương ứng Sản phẩm tạo thành có thể tạo phức màu xanh với ion Fe3+

và cho màu hồng thầm trong H2SO4 Do đó những đặc điểm về mặt cấu trúc nên các ketone ct, p - không no có nhóm c=0 ở gần S-hydroxyquinoline mang nhiều ý nghĩa

về mặt lý thuyết và ứng dụng thực tiền Vì thế cho đến nay người ta đã tổng hợp được một số lượng đáng kể các ketone a, p - không no loại này

Trang 12

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TlKS Lê Văn Đăng

Năm 1941 K,W.Rosenmund và sau đó 1955 Nogradi-L đã thực hiện phản ứng Gustapcon-Fridel-Crapfts đính nhóm acetyl vào vị trí số 5 của 8-hydroxyquinoline

bằng hỗn hợp acetyl chloride khan với một lượng khá lớn xúc tác acid Lewis AICI3

khan

Từ các sản phẩm đó các tác giải đã tiến hành phản ứng ngưng tụ để tạo một loạt dẫn xuất có công thức chung như sau:

(X: P-NO2, m-NC 2 )

Nếu như các ketone a, p - không no có nhóm c=0 ở gần nhân quinoline và nhóm

S-hydroxyqumoline đã được nhiều người tổng hợp thì có thể nói cho đến nay loại

ketone a, p không no có nhóm c=0 ở xa nhóm 8-hydroxyquinoline mới chỉ tìm thấy

trong công trình của G.R.Clemo và R,Howe

1.2 Giói thiệu vè 8-hydroxyquinoIine và các dẫn xuất

quinoline khác:

/.2.7 Giới thiêu chung:

Quinoline là hệ vòng ngưng tụ kiểu benzo của pyridine, về mặt cẩu tạo chúng tương tự như pyridine và benzene và mặt khác chúng cũng tương tự như naphthalene, ương đỏ các nguyên tử c và N đều ờ trạng thái lai hóa sp2 và cùng nằm ữên cùng một mặt phăng Tuy nhiên do sự đúc ghép giữa hai vòng pyridine và benzene với nhau nên

Trang 13

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Lê Văn Đăng

sự phân bố mặt độ electron ở các vị trí không đồng đều Chẳng hạn khi so sánh với pyridine ta thấy ở quinoline mật độ electron chuyển dịch về phía vòng benzene

' 0 6 8

-0,003 ( ^ ^ ^ ^ ^ -0,(108 +0,016

+0,104

Như vậy nhận thấy điện tích âm chủ yếu tập trung ở nhân benzene, về mặt lý thuyết cho phép dự đoán phản ứng thế electrophil xảy ra ở vị trí 5 hoặc 8 của vòng quinoline

Tinh hình nghiên cứu cấu tạo các dẫn xuất của quinoline, đặc biệt là dẫn xuất

8-hydroxyquinoline cho thấy, trong các công trình các tác giả đã tính được sự phân bố điện tích tại các vị trí trong vòng quinoline khi có mặt nhóm thế Trong vòng 8-

hydroxyquinolme sự phân bố điện tích tại các vị trí như sau:

Ngoài ra các tác giả cũng đã nghiên cứu cho thấy S-hydroxyquinoline tồn tại dưới hai dạng cấu trúc: một dạng hydroxy và một dạng ketone

OM Dạng hydroxy

Trang 14

Trong số các hydroxyquinoline thì đồng phân 8 được sử dụng rộng rãi nhất trong

lĩnh vực hóa phân tích Sờ dĩ như vậy vì nó có khả năng tạo phức với hơn 40 cation

kim loại (Zn2 +, Mg2 +, Al3 + ) do đó có thể dùng để tách và xác định các kim loại ấy

8-hydroxyquinoline thường được tổng hợp bằng hai cách: bằng phản ứng Scraup khi

đi từ o -aminophenol và bằng con đường kiềm chảy acid quinoline-8-sunfonic

Đổi với 8-hydroxyquinoline có thể có hai cấu trúc dạng hydroxy và dạng 0X0,

Seguin khi nghiên cứu các tính chất đã chứng minh rằng trong dung dịch có sự cân

bằng giữa hai dạng này (1/3 dạng oxo và 2/3 dạng hydroxy)

Dạng hydroxy (chiêm 2/3) r

Dạng ketone (chiêm 1/3)

8-hydroxyquinoline có những tính chất thông thường của nhân quinoline

Tác dụng với Halogen: Cl, Br, ì, dần đến sự tạo thành sản phẩm ứié ở 5 và 5, 7 Sự gắn Bĩ có thể dùng để định hướng 8-hydroxyquinoline

Phản ứng Friedel-Crafts thực hiện với các acid chlohydric khác nhau dẫn đến sự gắn một dây - COR ở vị trí 5

Phản ứng Reime -Tiemann dẫn đến sự gán nhóm CHO ở vị trí 5

Trang 15

8-hydroxyquinoline hay các muối như chlohydrate, suníate được dùng để tẩy

trùng diệt khuẩn

1.3 Tinh hình nghiên cứu về phức:1 1 , 5 1

Tính chất hóa học quan trọng nhất của S-hydroxyquinoline là khả năng tạo phức với các cation kim loại, do đó được sử dụng rộng rãi ương hóa học phân tích,

Trong phân từ 8-hydroxyquinoline có sự tạo thành liên kết hidro nội phân tử giừa nguyên tử hiđro của nhỏm OH với cặp electron tự do của nguyên tử nitrogen

H o

Liên kết hidro nội phân tử của 8 - hydroxyquinolin

Ta biết rằng nhiều dần xuất của quinoline ưong đó cỏ 8-hydroxyquinoline có khả năng tạo phức với một số kim loại, A.K.Bapko cho rằng nhưng thuốc thử hưu cơ có khả năng tạo phức chelat trong cấu trúc phân tử phải có tổ hợp của nhóm OH - phenol hay ketone và nguyên tử N 8-hydroxyquinoline và các dẫn xuất của chúng cỏ hệ liên hợp trung tâm tạo phức

I • •

Hệ liên hợp này là cơ sở tạo ra hợp chất nội phức với nhiều kim loại khác nhau:

M: kim loại n: Hóa trị của kim loại Thí dụ: tác dụng với MgCl2 và FeCl3

Trang 16

Khoá luận tốt nghiệp GVHD : Th,s Lê Văn Đăng

Dung địch 8-hydroxyquinoline trong ethanol - nước tác dụng với dung dịch ươn (III) chloride cho màu xanh

Khi cho thêm muôi aỉuminum trichloríde trong ammonia có chứa muối của acid tactric và dung dịch 8-hydroxyquinoline trong ethanol, sẽ tạo thành các hạt kết tủa màu vàng tươi

ứng dụng của 8-hydroxyquinoline tác dụng với một số nguyên tổ (với mỗi nguyên

tổ cỏ pH xác định) tạo thành những muối nội phức khó tan Các muối nội phức này

được ứng dụng rộng rãi trong thực tế để tách, phân tích trọng lượng, phân tích thể tích

các nguyên tố

Trong dung dịch acid acetic - acetat và với các điều kiện khác nhau người ta dùng 8-hydroxyquinoline để xác định Cu, Zn, Cd, Fe, Co, N i

Tính chất của các phức quinolinolate kim loại thường ít tan trong nước và tách ra

dưới dạng tinh thể ứng dụng quan trọng nhất của 8-hydroxyquinoline với việc tách các kim loại

Thí dụ: Co và Ni là hai nguyên tố chuyển tiếp, trong các hợp chất phức của chúng có các vùng hấp thụ phổ electron rất giống nhau nên rất khó phát hiện Để phát hiện hai nguyên tố đó trong hỗn hợp kim loại Bularop nhận biết Ni khác Co ở chỗ miền phổ quinolinolate của Co hấp thụ ở Xm a x = 700 nm còn quinolinolate của Ni có

K*x= 365 nm

Trang 17

8-hydroxyquinoline phản ứng với hầu hét các kim loại và là thuốc thử hữu cơ có

tính chọn lọc kém nhất,

Để tăng tính chọn lọc người ta đã tổng hợp những dẫn xuất kém hơn

8-hydroxyquinoline Thêm nhóm CH3 vào vị trí số 2 của vòng quinoline để tăng án ngữ

không gian, cản trở ion kim loại tham gia tạo phức chelat Kết quả sự chọn lọc tăng

lên, thuốc thử không phản ứng được với ion A l3 +, khác với 8-hydroxyquinoline là thuốc thử rất nhạy với ion A l3 + Nếu nhóm CH3 ở xa nguyên từ nitrogen của vòng thì

tính chọn lọc kém đi Sự có mặt của nhóm CH3 ờ vị tìí 2 cạnh dị tố nitrogen của vòng

đã làm tăng tính chọn lọc hơn, do đó phức của nó có hệ số chiết lớn hơn phức của

xác Qua các dừ kiện quang phổ có thể thu được những kết luận về một cấu trúc một phân tử cũng như sự tương tác giữa các phân tử mà nếu dùng các phương pháp hóa học cổ điển thì không được hoặc rất khỏ khăn mới phát hiện nổi Quang phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý phổ biến và có hiệu quả để nghiên cứu cấu tạo phân tử, cấu hình, cấu dạng của các hợp chất hữu cơ

Nhiều tài liệu đề cập đến dao động hóa trị của nhóm carbonỵỉ, nhóm này hấp thụ mạnh trong vùng từ 1600-1780cm'1 Khi so sánh sự hấp thụ của nhóm carbonylamide của N-(quinolin-2-yl)acetainide và N-(naphthalene-2-yl)-acetamide N.A.Rtrizky đã

có nhận xét ảnh hưởng của các nhỏm quinolyl-2 lên nhóm carbonylamide mạnh hơn vòng naphthalene-2-yl giữa các vi trí 2, 3và 4 của vòng quinolin thì sự liên hợp vị trí 4 lớn nhất được biểu hiện rõ rệt ờ sự chuyển dịch tần số lớn hơn của nhóm carbonyl-acid với giá trị Av = +21 em'1 Năm 1974 Belenxkaya nhận thấy rằng dao đông hóa trị cùa nhóm carbonyl trong hidra2Ìde-N thế của acid qumoline-4-carboxylic có tần số 1588

em 1 có cường độ hấp thụ mạnh do dao động hóa trị của nhóm azometin

Trang 18

Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th,s Lê Văn Đăng

Nguyền Minh Thảo xác định cấu tạo hidrazide-N thế tồng hợp được bằng quang

phổ hồng ngoại đã chi ra những tần số dao động của nhóm carbonyl amide 1620-1660

em 1

, nhóm azometin 1580-1590 em 1

, Nhưng thành tựu trong lĩnh vực quang phổ hồng ngoại của nhân quinoiine đã mở

ra những hướng đi mới đi sâu giải thích cấu tạo phân tử của các dẫn xuất quinoline Năm 1960 A.R.Katrizky nghiên cứu hệ thống các tần số các nhóm chức của vòng quinoline, dồng thời khảo sát song song với các dần xuất của naphtalene tương tự dẫn

xuất của quinoline C.i.Kars nghiên cứu tần số dao động biến dạng không phăng của

liên kết CH vòng quinoline Sau khi tổng hợp một loạt ketone a, P-chưa no chứa vòng

quinoline:

Tác giả trong công trình tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống quang phổ hồng ngọai và đã nêu ra các tần số dao động hóa trị của CH ở 3070-3020 em'1, dao động biến dạng cùa liên kết CH vòngi^OOcm1 và dao động hóa trị của c=0 và C=N

của vòng quinolin 1495-1600cm V Tác giả cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhưng gốc thơm và dị vòng lên vạch hấp thụ của nhóm c=0 và tìm thấy sự phụ thuộc tuyến

tính theo phương trình:

vR

c=o - v " ^ = p.ơ Trong đỏ v^c^o và VH

C = 0 tần số dao động hỏa trị của nhóm c=0 trong phân tử ketone có nhóm thế R và không có nhóm thế

Dao động của nguyên tử H trong vòng quinoline đã được nghiên cứu nhiều Trong các tài liệu người ta cũng đã kháo sát dao động hóa ui của nhóm OH ở những vị trí khác nhau ưong vòng quinoline và ảnh hưởng của nhóm thế thứ hai trong dị vòng tới

dao động đó

Những điều trình bày trên đây thấy rằng số lớn các công trình nghiên cứu quang phổ hồng ngoại tập trung vào các ót, p - chưa no không có nhóm thế hoặc có nhóm thế

Trang 19

methyl và ankoxy ở dị vòng và các ketone a, P-chưa no dẫn xuất của

8-hydroxyquinoline là nhóm c=0 ở gần nhân quinoline Quang phổ hồng ngoại của các

ketone a, p - chưa no mà có c=0 ở xa nhân 8-hydroxyquinoline và các dẫn xuất

hydrazite-N-the còn chưa được nghiên cứu

1.5 Tình hình tồng hợp và tính chất của một số dẫn xuất

chứa vòng pyridine:[ 2 , 6 1

PYRIDINE Pyridine có khả năng hòa tan rất tốt nhiều họp chất hữu cơ, cũng như một số muối

vô cơ như :CuCl2, CU2CI2, ZnCl2, HgCli, AgNOa v.v Pyridine thường được dùng làm dung môi cho một số phản ứng oxi hóa các hợp chất hưu cơ bàng KMn04 Giống

như benzenet pyridine cũng bền với tác nhân oxi hóa và với acid Pyridine có thể coi

như là amine bậc ba nhưng có tính base rất yếu, cố thề tạo muối với acid và một sổ chất khác để tạo thành muối Nguyên tử nitrogen ưong vòng pyridine có một cặp

e Ì éc tron tự do, do đó có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối:

T H Ư V I Ệ N

Trường Đại-Học Su-Phạm

TP HỐ-CHÍ-MINH

Trang 20

Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Lê Văn Đăng

Pyridine được khử hóa dễ dàng hơn benzene Hydro hóa xúc tác pyridine thành

piperidine được thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thường với hiệu suất 95%

nhiều sản phẩm, trong đó chủ yếu là Ì, 2, 5, 6-teứahydropyridine

Na/C2H5OH

N

4-ethyl-l,2^96-tetrahydropyrídĩne

Sự tạo thành các dẫn xuất thế bromine, nitrogen, suníoacid xảy ra như sau:

Trang 21

Khoá luận tốt nghiệp GVHD; Th.s Lê Văn Đăng

Nếu như phản ứng thế electrophil đặc trưng cho dãy benzene hay đa số các vòng

carbon thơm thì đổi với pyridine các phản ứng thế nucleophil lại đặc trưng hơn Sau đây là một sổ thí dụ điển hình về phản ứng thế nucleophil của pyridine

2-methylpyridine phản ứng với CH3CH=0 với xúc tác là ZnCÌ2 lại xảy ra phản

ứng cộng andol rồi dehydrat hóa:

CH3CHO

H H

Trang 22

Tương tự như vậy đối với 4-methylpyridine phàn ứng với C6H5CH=0:

OH

Theo tài liệu CA V65: 13685h/1966 tác già: Yasuotoi, Masamichi Kamai, Kazuo

Isagavva, Takecloto Maruyama và Yasaburo Fushhzaki đã cho p-nìeửiylbenzaldehide

phản ứng với 2-methyl-5-acetylpyridine trong ethanol 60% cùng dung dịch NaOH

10% tạo thành một ketone l-(6-methylpyridin-3-yl)-3-p-tolylprop-2-en-l-one có nhiệt

độ nóng chảy là 1430c -1450c và nhiệt độ sôi là 1940-1950c

C

Theo tài liệu (V67: 90619u /1967) Các tác giả: L.Szucs, I.Durida, L Karasnev và

J Heger: Cho acetylpyridine tác dụng với andehyde thơm hay dị vòng thơm cho ra sản

phẩm ngưng tụ:

R Vị trí của nhóm CH3CO tu c

Trang 23

Cũng theo các tác già trên băng phản ứng tương tự, đã tống hợp ra các dần xuât

chứa đồng thời nhân quinoline và pyridine :

Trang 24

Ngoài ra các andehyde của pyridine cỏ khả năng tham gia phản ứng cộng với

hydrazine để tạo thành các sản phẩm hydrazone

-N- -Ar

Các dẫn xuất arylhydrazine thường dùng như phenylhydrazine,

p-nitrophenylhydrazine, 2, 4-diniứ,ophenylhydrazme Các sản phẩm thường là chất rắn nên đây là một trong các phương pháp để tách các hợp chất carbonyl

// C á c phương pháp tormyl hóa họp chất thơm và hợp chất dị vòng thom:

11.1. M ở đầu:

Có nhiều phương pháp để điều chế andehyde thơm và dị vòng thơm, nhưng có thể chia thành hai loại như sau:

Trang 25

Loại thứ nhất là chuyển hóa những nhóm thế sẵn có ưong nhân thơm và dị vòng

thơm thành nhóm andehyde (như các nhóm : -CH3, - CH2OH, - CH=CH-R, CHCI2,

-CN )

// 1.1 Phương pháp oxi hóa cấc nhóm -CHị -CHiOH -CH=CHR

gắn vào nhân thơm và di vòng thơm:

Các chất oxi hóa có thể là: CrC^Cb, Mn02ỈiỈ2SO A , O2/V2O5 C1O3

Đối với các nhóm có liên kết đôi có thể dùng phàn ứng ozone phân cắt đứt liên kết

c=c thành nhóm andehyde

(CH3: 1,2,3)

Trang 26

Khoa luận tết nghiệp GVHD: Th.s Lê Văn Đăng

Trang 27

11.1.4 Phương pháp khử hóa Rosenmund:

Phương pháp này được tiến hành dễ dàng, được áp dụng để khử một vài dẫn xuất

của acid carboxylic bằng hydro phân tử có xúc tác là Pd - cùng với một lượng nhỏ chất

Loại thứ hai là những phương pháp gắn trực triếp nhóm andehyde -CHO vaò nhân

thơm và dị vòng thơm, mà quan trọng nhất và thường gặp nhất là các phản ứng

G ATTERM ANN- KOCH, GATTERMANN , GATTERMANN-ADAMS , ƯLLMANN-PREY, FRIEDEL-CRAFTS, VILSMEIER, REIMER-TIEMANN và một

số phản ứng khác Đề tài khóa luận này chi nghiên cứu một cách hạn chế các phản ứng

íbrmyl hóa trực tiếp vào nhân thơm và dị vòng thơm

Trang 28

Khoa luận tốt nghiệp GVHD : Th.s Lê Văn Đăng

11.2 Phản ứng tổng họp Gatterman n - Koch:í 7'8'9 1

11.2.1 Mở đầu:

Năm 1878 Gattermann- Koch đã công bố một phương pháp điều chế andetyde thom bằng hỗn

họp CO và Ha với sự có mặt cùa xúc tác AlCb&CuCt:

C O / H C I

AICI3-CUCI2

Theo phản ứng này, từ toluene và các đồng phân của xylene điều chế ra andehyde

p-toluic và các andehyde methylbenzoic với hiệu suất cao

Phản ứng này được phổ biến và áp dụng cho dẫn xuất của benzene và đồng đẳng

của nó, cũng như các hợp chất đa vòng ngưng tụ khác

//.2.2 Phạm vi ứnct dựng của phương pháp Gattermann-Koch:

Nhờ phương pháp này mà ngươi ta điều chế ra ben2aldehyde từ benzene và hồn

hợp CO và HC1 có mặt của AICI3-CU2CI2 làm xúc tác, hiệu suất phản ứng là 85-90%

theo lý thuyết, Vài năm sau tìm ra phương pháp này, Gattermann đã nhận thấy rằng có

thể điều chế andehyde vói sự có mặt của AICI3,cũng như AlBra làm xúc tác

Khi íormyl hóa theo phương pháp Gattermann-Koch mà các chất đầu là đồng đằng

của benzene thì người ta xác định thấy rằng nhóm andehyde được định hướng vào vị

trí para đối với nhóm thế có sẵn Gattermann đã thông báo kết quả điều chế

p-ethylbenzaldehyde đi từ ethylbeiizene bằng chính phương pháp của mình, nhưng

không nói rõ điều kiện tiến hành phản ứng:

Izopropylbenzene có thể tham gia phản ứng Gattermann-Koch ở áp suất thường

cũng như ở nhiệt độ cao:

í c — ( > C O / H a > H - <X ỵỳ—CH-O

7 \ / A l C l a - C u ^ / \ /

Trang 29

Khoa luận tốt nghiệp GVHD : Th,s Lê Văn Đăng

Nhưng ở áp suất cao người ta lại thấy sinh ra benzaldehyde và 2,

4-diizopropylbenaldehyde

Quá trình tương tự như qua trình ankyl hóa và deankyl hóa được quan sát thấy khi

íormyl hóa theo phản ứng Gattermann-Koch các polyankylbenzene, chẳng hạn:

CH=0

Nhược điểm cùa phương pháp điều chế andehyde ankylbenzoic từ các

ankyl-benzene tương ứng là:

Ì-Sừ dụng oxide carbon một cách hạn chế

2- Trong một số trường hợp cho hiệu suất thấp

3- Tạo ra một lượng lớn các sản phẩm phụ, bời vì các quá trình tách, xâm nhập

và thay đổi vị trí của các nhóm ankyl - sự đồng phân hóa

So với các phương pháp khác, phương pháp này có thể điều chế ra

p-ankylbenzaldehyde bàng cách íbrmyl hóa và ankyl hỏa đồng thời benzene Phản ứng

được thực hiện khi benzene tác dụng với oxide carbon và tác nhân ankyl-hóa với sự có mặt của aluminum trichỉoríde - copper (ì) chloríde ở áp suất khí quyển Tác nhân ankyl hóa là có thể là dần xuất halogen, ancol, oleíin, ether, ester của acid íòrmic và acid acetic

Phương pháp này không những áp dụng dổi với đồng đảng của benzene, mà còn

được áp dụng đổi với các dẫn xuất benzene thế khác, chẳng hạn formyl-hóa chlorobenzene được 4-chlobenzaldehyde:

(H = 70%)

Không áp dụng được đối với phenol và phenol-ether, bởi vì copper (ì) chloride không tan trong hỗn hợp phản ứng

Hợp chất nitroben2ene không tham gia phản ứng theo phương pháp tổng hợp

Gattermann-Koch, do đó có thể sử dụng làm dung môi cho phản ứng

Trang 30

Khoá luận tốt nghiệp GVHD; Th.s L ẽ Văn Đăng

• Áp dụng được đối với Biphenyl, khi đó tạo ra được

BiphenyI-4-carbaldehyde:

• Không áp dụng được cho các hợp chất đa vòng ngưng tụ (naphlhalene),

nhưng thực hiện được khi dùng BPa và HF cùng với CO:

CH=0

• Không áp dụng được đổi với các hợp chất dị vòng

• Phương pháp này không những áp dụng được đối với các hợp chất thơm,

mà còn áp dụng đổi với các hợp chất béo để điều ché ra các andehyde béo

//.2.3 Cơ ché Phản ứng:

Dưới ảnh hưởng của xúc tác CU2CI2 , co và HC1 sẽ tạo thành íormyl chloride

(HCOC1)

CO + HC1 C u C l 2 » HCOC1 Pormyl chloride khi có mặt của AICI 3 sỗ tác dụng với nhân thơm theo phản ứng

Phản ứng xảy ra theo cơ chế Seíat)gồm hai giai đoạn:

Trang 31

Khoá iuận tốt nghiệp GVHD; Th.s Lê Văn Đăng

//.2.4 Đi ều kiên phản ứng:

ạ)Xúc tác:

Xúc tác thường dùng nhất Ương phản ứng Gattermann-Koch làAICI3

Xúc tác họat động thu được khi aluminum trichloride ương không khí ẩm Chất xúc tác tốt nhất, có hiệu lực cao là aluminura trichloride trộn lần một lượng nhỏ titanium chloride

Yếu tố quan ứọng trong phản ứng Gattermann-Koch là lượng aluminum trichloride có ảnh hưởng đến diễn biến của phản ứng ở áp suất tiến hành thí nghiệm

Khi điều ché benzaldehyde thì lấy tỉ lệ moi AICI3 / CôHe là 0,3 : 0,75 : Ì tương ứng với

nhiệt độ tiến hành phản ứng là 25° : 35°: 50°

Họat tính xúc tác của các halogenua kim loại được DINKO và ELY sắp xếp theo trật tự giảm dần như sau:

AlBra > AII3 > AICI3 > PeCỊ, > TiCU > SnCLi > SbCls

Nấu thực hiện ở áp suất cao thì xúc tác phản ứng là triAuoroborane và một lượng nhỏ hydrogen Auoride

b)Chất hoat hóa:

Trong trường hợp nếu tiến hành phản ứng theo phương pháp Gattermann-Koch ở

áp suất thường, nhất thiết phải có chất hoạt hóa Chất hoạt hóa thường dùng là copper (ì) chloride, vai trò của CU2CI2 là làm tăng khả năng phản ứng giữa co & HC1 , đồng

Trang 32

thời tạo ra phức chất với oxide carbon.Từ C112CI2 và c o với sự có mặt của nước tạo ra hợp chất CU2CI2.CO.2H2O và chất này phân hủy tạo ra c o và HC1:

Cu2 Cl2.C0.2H 2 0 + 2H 2 0 + HC1 -> Cu 2 Cl2.HCl + 2H2O + c o

Ngoài CU2CI2, còn dùng tianium chloride làm chất hoạt hóa

c)Dung môi:

Khi íormyl hóa các hợp chất thơm theo phương pháp Gattermann-Koch đôi khi

dùng dung môi là benzene, nhưng phàn ứng thực hiện dưới áp suất thấp, vì ở áp suất

thấp benzene không tạo thành benzaldehyde Ngoài ra người ta còn dùng nitrobenzene

d) Ảpsuắt:

Phản ứng có thể thực hiện ở áp suất thường, hoặc áp suất cao ương nồi hấp

Phản ứng đạt hiệu suất cao nhất khi điều chế chlorobenzaldehyde ờ áp suất 40 - 90 atm

Điều chế CO từ acid íormic tác dụng với acid chlorosunfonic:

HCOOH + CISO3H -> CO + HC1 + H2SO4

II.3 Phản ứng íbrmyl hóa Gattermann:[ 8

'1 0 , m

11.3.1 Mờ đầu:

Phản ứng tổng hợp andehyde theo phương pháp Gattermann-Koch không áp dụng

được cho các phenol và ether của chúng như đã nói ở trên, vì copper(I) chloride không tan trong hồn họp phàn ứng

Trang 33

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TtLS Lê Văn Đăng

Để gắn nhóm -CH=0 vào nhân benzene cùa phenol và ether của nó, Gattermann

đã sử dụng đồng thời HCN và HC1 có mặt của ZnCÌ2 và AICI3làm xúc tác, thu được hydroxyandehyde và ankoxyandehyde tương ứng với hiệu suất đạt gần 80% theo lý

thuyết

Theo phương pháp tổng họp Gattermann, để gắn nhóm -CH=0 vào nhân thơm,

người ta cho hợp chất thơm tác dụng với HCN và HC1 với sự cỏ mặt của halogenua

kim loại làm xúc tác

Trong khi áp dụng phương pháp này, nhiều tác giả đã nhận xét thấy tính chất ưu

việt của phương pháp này so với phương pháp Reimer-Tiemann ở những điểm sau:

• Hiệ u suất thu được các hydroxyandehyde là cao nhất

• Chỉ tạo ra một đồng phân trong các đòng phân có thể có theo lý thuyết

• Xảy ra theo qui luật, chỉ cho một nhóm andehyde

• Không xảy ra phản ứng ngưng tụ giữa hydroxyandehyde được tạo thành

với phenol Có khả năng thực hiện phản ứng với các phenol

• Thí dụ như 1-naphtol, pừogalol, những andehyde tương ứng không được tạo thành theo phản ứng Reimer-Tiemann Phản ứng Gattetmann xảy ra nhanh và hiệu

suất tạo thành hydroxyandehyde cao Người ta đã xác định được rằng benzene trước

đây được dùng làm dung môi cho phản ứng, nay đôi khi sù dụng ether thay cho benzene, vì ether hòa tan tốt các phenol và các ether của phenol, do đó dùng ether có

lợi hơn

• Phản ứng Gattetmann được áp dụng rộng rãi để gắn nhóm -CH=0 vào một số phân tử các hợp chất hữu cơ có cấu tạo khác nhau

//.3.2 Phạm vi áp dung cùa Dhương pháp Gattermann:

• Ngoài phenol và ether chứa một nhân thơm, phản ứng Gattetmann có thể

được áp dụng để điều chế các hydroxyandehyde của naphthalene

Trong trường hợp áp dụng đối với naphtol, phản ứng xảy ra tốt hơn so với dẫn xuất hydroxy của benzen

Khi điều chế hydroxy và ankoxyandehyde, nhóm andehyde được hình thành ở

vị trí para đối với nhóm hydroxy (hay nhóm ankoxy) Nêu ở vị trí para đã bị chiếm, ta

sẽ được đồng phân ortho:

Trang 34

HCN/HCI ZnCI,

CH=0

CH3

pcresole

CH, 2-hydroxy-5-methylbenzaldehyde

Đối với hợp chất thơm có nhiều nhóm thế, sự đính nhóm -CH=0 còn tùy thuộc

vào vị ư ỉ và bản chất của nhóm thế sẵn có ương vòng thơm

Đối với hợp chất nhiều nhân thơm ta có:

Gatteữnaim đã sử dụng phương pháp của mình để từ C6H 6 điều chế ra

benzaldehyde, nhưng không thành công

Đổi với hợp chất dị vòng, phương pháp Gattermann cũng được sử dụng

Nếu cả hai vị trí a trong furane bị chiếm thì phản ứng không xảy ra Thiophene

không cho phản ứng Gattermann nếu không có mặt của xúc tác AICI3

Trang 35

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s L ẽ Văn Đăng

11.3.3 Cơ ché phản ứng Gattermann:

Trang 36

Trang 37

Trong phản ứng Gattermann, nhóm -CHO bao giờ cũng vào vị trí para đối với

nhóm thế có tác dụng hoạt hóa và chỉ vào vị trí ortho khi para bị chiếm

11.3.4 Điều kiên tiến hành:

ũ) Cấu tử phản ứng chứa nhóm nitrine:

Trong đa số các trường hợp người ta dùng acid cianhydric, song có thể dùng các

cyanide alkyl khác nhau

Hydrogen cyanide khô được điều chế bằng cách cho acid sulíuric loãng tác dụng

với Na4(Fe(CN)6] hoặc NaCN hoặc muối kép NaCN.KCN

Đẻ tránh làm việc với HCN trực tiếp ,người ta dùng Zn(CN)2 tác dụng với HC1 (cài

tiến của Edams) với tỉ lệ : 1,5 moi Zn(CN)2 + Ì moi phenol

b) Hidrocloride:

Điều chế từ aciđ sulíiiric đặc và muối sodium chloride

c) Xúc tác:

Dùng aluminum trichloride đối với phenol và ether cùa nó

Dùng ZnCl2 đối với phenol đa chức (metadiole và triole)

d) Dung môi:

Có thể dừng benzene hoặc ether tuyệt đối; trong một số trường hợp riêng người ta

sử dụng chlorobenzene, o-dichlorobenzenet tetrachloroethane và hỗn hợp ethyl acetate với ether

Nếu ta dùng dung môi khác nhau thì sẽ được các sản phẩm khác nhau

Ví dụ khi íbrmyl hóa biphenyl ương chlorobenzene và clichlorobenzene, thì tạo

ra biphenyl-4-carbaldehyde; nhưng khi phản ứng trong dung môi tetrachloroethane thì

thu được sàn phẩm là biphenyl-4,4-dicarbaldehyde Khi íormyl hóa toluene trong dung môi là chlorobenzene thì cho ta chỉ đồng phân para, song khi không có dung môi

thì được hỗn hợp hai đồng phân m - và p-andehyde

về phần sử dụng các tác nhân ngưng tụ và dung môi đối với các phenol khác nhau và ether của chúng, Gattermann đúc kết thành kinh nghiệm sau:

Ì) Điều chế andehyde của các ether phenol - dùng AICI3 và benzene

2) Điều ché andehyde của polyphenol - dùngZnCl2 và ether

Trang 38

3) Đối với andehyde của poliphenol mà có nhóm hydroxy ờ vị trí meta - dùng

hỗn hợp phản ứng, ngược lại cỏ một số trường hợp khác lại đun nóng ,như íbrmyl hóa

2,2 -dimethoxybiphenyl và 2,2 -diethoxybiphenyl, nhiệt độ phản ứng phải duy trì là

7 00

c

Điều chế pirolandehyde ta cần làm lạnh và đôi khi ở nhiệt độ phòng

H A Phản ứng ĩormyl hóa Gattermann - Edams:

Phương pháp tổng hợp Gattermann-Edam s là phương pháp cải tiến của phương pháp tổng hợp Gattermann do Edams tiến hành Để tránh tiếp xúc với HON tự do

trong khi nghiên cứu, Edams đã dùng khí HC1 tác dụng lên Zn(CN)2 trong hỗn hợp

phản ứng, HCN được giải phóng ngay trong hồn hợp phản ứng, đồng thời sinh ra

Theo các phương pháp tổng hợp Gattermann, Koch và

Gattermann-Edams thì không áp dụng được cho các amine thơm, mà chỉ có thể áp dụng phương pháp Vilsmeier thì mới có thể đạt được, Để đưa nhóm andehyde vào nhân thơm của

Trang 39

amine thơm, Vilsmeier đã sử dụng tác nhân íbrmyl hóa là các íormamide thế có mặt

của chất chuyển là phosphoryl trichloride và kết quả thu được hiệu suất tương đối cao

Phương pháp đưa nhóm andehyde vào vòng thơm bằng hợp chất formamide thế

với sự có mặt của phosphoryl trichloride được gọi là phương pháp íbrmyl hóa theo

Vilsmeier

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi, thu được sản phẩm có hiệu suất cao và

nhanh hơn so với các phương pháp khác

//.5.2 Phạm vi áp dung của Dhương pháp:

Phương pháp tổng hợp Vilsmeier có thể áp dụng cho các hợp chất thơm hoạt động,

nhất là các hợp chất đa vòng giáp nhau, các phenol, các phenolether và các dị vòng

chứa oxygen, suníur và nitrogen mà có khả năng phản ứng electrophin cao, cụ thể là:

• Áp dụng được cho các phenol và ether của phenol, hợp chất đa vòng ngưng tụ

có khả năng phàn ứng cao hơn các hợp chất đơn vòng tương ứng

• Không áp dụng được đối với toluene, benzene

• Đối với các amine thơm: không áp dụng được cho aniline, song áp dụng được đối với các amine thơm bậc 2 và cả bậc 3 nữa

• Đối với các hợp chất dị vòng thơm: không áp dụng được cho pừidine quinoline, nhưng áp dụng được cho vòng íùrane, pyrole, thiophene

Trang 40

với benzene, chứng tỏ rằng các dị vòng thơm đó có khả năng phản ứng cao hơn benzene:

Tiêu đề	Tổng hợp 4 2 phenylhydrazono methyl pyridine 1 4 aminophenyl 3 8 hydroxyquinolin 2 yl prop 1 en 1 one từ 8 hydroxyquinoline pyridin 4 carbaldehyde phenylhydrazine
Tác giả	Nguyễn Quang Tuyến
Người hướng dẫn	Th.s Lê Văn Đăng
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hóa hữu cơ
Thể loại	Đề tài luận văn tốt nghiệp
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	7,1 MB

Tổng hợp 4 2 phenylhydrazono methyl pyridine 1 4 aminophenyl 3 8 hydroxyquinolin 2 yl prop 1 en 1 one từ 8 hydroxyquinoline pyridin 4 carbaldehyde phenylhydrazine

BÀNG TÓM TẮT TẢN SÔ PHỔ HÒNG NGOẠI