Tổng hợp 6 nitro 2 hydroxybenzothiazole và 6 brom 3 hydroxymethyl 2 hydroxybenzothiazole

44 =BANG HANG SO VAT LY CUA CAC CHAT DA TONG HGP DUGC =BANG TONG HOP PHO HONG NGOAI CUA CAC CHAT DA TONG HOP DUGC 8PHỔ HỒNG NGOẠI CÁC CHẤT ĐÃ TỔNG HỢP ĐƯỢC Trang 4 Cời trở đầu Hóa học

| LUAN VAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC

CHUYEN NGANH: HOA HUU CG

5 Dẫn xuất halogen của benzothiazole dergzzexssase 18

I.ỨNG DỤNG CỦA BENZOTHIAZOLE VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA

NÓ

1.Trong lĩnh vực cao su cô z1

2.Trong lĩnh vực thuốcthửhữucơdơ l6 3.Trong lĩnh vực nhuộm , phẩm màu và nhiếp ảnh Ô 17

4 Trong lĩnh vực nông nghiệp —aeaaaneenennenennee 19

§.Trong linh vuc dudc hoc semen

6.Trong lĩ nh vực điện hóa seeessasnessesaneeentse Od

II CÁC PHAN UNG DUNG TRONG QUA TRINH TONG HOP

1.Tinh chế 2-mercaptobenzothiazole ==

2.Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole —eetsutes 32 3.Tổng hợp 6-nitro-2-hydroxybenzothiazole 34 4.Tổng hợp 6-brom-2-hydroxybenzothiazole m5

5.Téng hợp 6-brom-3-hydroxymethyl-2-hydroxybenzothiazole .37 Phần ba: Kết luận và thảo luận

I Quá trình tổng hợp- Hiệu suất phản ứng ˆ -39

MI Các ý kiến và hướng nghiên cứu tiếp theo 44

=BANG HANG SO VAT LY CUA CAC CHAT DA TONG HGP DUGC

=BANG TONG HOP PHO HONG NGOAI CUA CAC CHAT DA TONG

HOP DUGC

8PHỔ HỒNG NGOẠI CÁC CHẤT ĐÃ TỔNG HỢP ĐƯỢC

=TAI LIEU THAM KHAO

Cời trở đầu

Hóa học là một ngành khoa học thực nghiệm có rất nhiều ứng dụng trong thực tế Đặc biệt là hóa học hữu cơ nghiên cứu về hợp chất dị vòng Với những giá trị thực tiễn đó mà hóa học hữu cơ thực sự lôi cuốn em Học tập, nghiên cứu và tìm hiểu về hóa hữu cơ là điều em rất thích thú, chính vì vậy để được tìm hiểu sâu hơn về hóa hữu cơ, đặc

biệt là kỹ năng tổng hợp hữu cơ, em đã chọn đề tài thuộc bộ môn hóa hữu cơ

Có thể nói các hợp chất dị vòng nói chung đều có những

vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và được nghiên cứu rộng rãi để làm sáng tổ các thuộc tính và ứng dụng của chúng

Benzothiazole là trường hợp đặc biệt của hệ thống dị vòng Các công

trình nghiên cứu cho thấy chúng có nhiều ứng dụng quan trọng trong

các lĩnh vực khoa học và đời sống: làm chất xúc tiến trong quá trình

lưu hóa cao su, ứng dụng trong nghành nhiếp ảnh, phẩm màu, điện hóa, trong y học, nông nghiệp

Chính vì vậy em đã lựa chọn để tài:” Tổng hợp 6-nitro-2-

hydroxybenzothiazole và 6-brom-3-hydroxymethyl-2-

hydroxybenzothiazole'` với mong muốn đi tìm hiểu sâu hơn về hợp

chất Benzothiazole và dẫn xuất của nó

Trang |

Em cũng xin chân thành cám ơn các bạn sinh viên Hóa 4,

niên khóa 1999 - 2003 đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em để

em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình

Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã tiếp thu thêm

nhiều kiến thức bổ ích cho công tác giảng dạy của mình.Tuy

nhiên, do khả năng còn hạn chế nên em vẫn còn mắc nhiều sơ sót,

khuyết điểm Em kính mong được sự góp ý của các thầy cô và các

bạn để giúp em hoàn chỉnh luận văn này Em xin chân thành cám

ơn

TP.HCM, ngà y thá ng năm

Lê Thị Kim Thoa

TONG QUAN

SVTH:2 Shi Kim SThoa

Thực nghiệm cho biết phản ứng thế electrofin (clo hóa, brôm hóa,

nitro hóa) đều xảy ra ở nhân benzen và trước hết ở vị trí số 6 I|

Ngay cả trong trường hợp của 2-phenyl benzothiazole phản ứng cũng xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra ở vị trí số 2 của vòng phenyl mới

Dưới tác dụng của bazơ mạnh,vòng thiazol bị phá vỡ Sự phá vỡ thế vào

vòng được tăng cường khi ở vòng benzen có nhóm hút electron

SVTH:.L6 Dhi Kim hoa

Các dẫn xuất của acid thường dùng để tổng hợp benzothiazole nhất

là chloride và anhydride acid

-Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde

ỐX‹}* Đ-ỌE —-Ôfý=-O2-

- Bằng phương pháp Jakobson

©) N-CSR 7 or

N-phenylthioamit dưới tác dụng của NaOH với xúc tác

K;[Fe(CN}¿] hay qua hợp chất cơ liti sẽ tự khép vòng thành dẫn xuất

-Nhiệt nóng chảy của 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật là I65+170°C và của 2-MBT tinh khiết là là 183+184°C

2-MBT là chất được sử dụng sớm nhất để làm tăng tốc độ quá trình

lưu hoá cao su

2-MBT tan tốt trong acetone, ethanol, benzen, chlorofom, acid acetic băng, và không tan trong nước

2-MBT có công thức phân tử là C;H;NS;, khối lượng phân tử là

SVTH:.Lé Ghi Kim Thoa

*Bằng tác dụng của CS; hay CSC]; vào o-aminothiophenol

trong dung môi alcol hay muối của nó trong dung dịch kiểm

*Phương pháp điều chế 2-MBT thuận tiện nhất là xuất phát từ

aniline cho tac dụng với CS; và S ở áp suất , nhiệt độ cao

Ol hay Na,S, @r

*2-MBT diéu ché tY arylisothiocyanate, azobenzen, N-

va CS,

aryldithiocarbamate , phenylthiourea va thiocarbanilide (N,N’-di

phenylthiourea) khi đun nóng S với điều kiện tương tự như nhau

SVTH:.L6 Ghi Kim Thoa

-Phản ứng alkyl hoá trực tiếp 2_MBT bằng dẫn xuất halogen

sẽ tạo thành 2-alkylthiobenzothizole Nếu alkyl hoá bằng dimethylsunfate ngoài các sản phẩm trên còn xuất hiện một lượng nhỏ 3-methyl-2-

Ở nhiệt độ trên 200”C bằng tác dụng của iodine dẫn xuất S-

alkyl chuyển vị thành dẫn xuất N-alkyl

SVTH:.Lé 7hj Kim Thoa

S-alkyl và N-alkyltiếp tục tác dụng với RX thì sẽ tạo thành

muối 2-alkylmercaptobenzothiazolium (1) Khi muối này tác dụng với

Na)S hay NaOH sé lan lust tao ra (2) va (3)

Mặt khác 2-MBT tác dụng với halogen trong dung méi CCl, hay benzen

OL, )—SH = pS Es ca, OL, )—SNHCH,

Khi 2-MBT tác dụng với formaldehide sản phẩm có thể tổn tại dưới

dang (1) ,(1°) hay (2), (2’)

-~ °

‘ HCHO - \—scn, onl) ¬-

SVTH:2 Fhi Kim Thoa

Nó có thể tổn tại ở 2 dạng tautomer:[4]

Momen lưỡng cực được tính đối với 2- hydroxybenzothiazole là 2,4D

và đối với 2-benzothiazolinone là 3,8D Bằng thực nghiệm nhận được là 3,66D , điều đó khẳng định rằng trong các phản ứng nó tham gia ở dạng ketone, Kết quả nhận được phù hợp với các quá trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hoá , acyl hoá hay hydroxymethyl hoá Trong tất cả các phản ứng này người ta dều thu được dẫn xuất thế ở vị trí 3 của 2-benzothiazolinone

2-Hydroxybenzothiazole tổn tại ở dạng ketone, khi alkyl hoá 2-

hydroxybenzothiazole thì H linh động của N sẽ thay thế bằng R

*Phảẩn ứng này xẩy ra dễ dàng với các tác nhân yếu N-

arylamide cua acid cloacetic

SVTH:£é Ghji Kim Fhoa

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

benzothiazolinone

® Phương pháp điều chế 2-hydroxybenzothiazole:

*Oxi hoá 2-MBT với oxi phân tử ở nhiệt độ 50-150°C, áp suất 0,3-

0,7 Mpa có mặt kim loại chuyển tiếp làm xúc tác đã tạo ra 2-

hydroxybenzothizole Nếu dùng FeCl; làm xúc tác hiệu súât đạt 85%

SVTH:¿ Fhj Kim Thoa

*Từ quan điểm kỹ thuật , có ý nghĩa nhất là oxy hoá 2-MBT bằng hydrogenperoxide trong môi trường kiểm hay bằng kalipermanganat sẽ xuất hiện muối kali của sunfoacid tương ứng, sau đó thuỷ phân trong môi trường acid tương ứng

Phương pháp tổng hợp thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm

là tiến hành nitro hóa bằng hỗn hợp HNO¿¿ + H;SO¿¿

on D—oH + HNO,d 1250.4 - ỐC, 0H — OL»

ú

Phản ứng phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp tránh sự phá vỡ vùng

Có thể điều chế 6-nitro-2-hydroxybenzothiazole và dẫn xuất của nó

dựa vào phản ứng của 2-amino-5-nitrothiophenol với acid:

SVTH:L6 Thi Kim Thoa

e Hợp chất nitro thơm là hợp chất trung dé diéu ché amin thom Vi

vậy nó có khả năng tham gia phản ứng khử hóa tạo amin Còn phản ứng

thế Sg2Ar vào vòng thơm khó khăn vì trong vòng đã có nhóm rút e

4 — Dẫn xuất Halogen của Benzothiazole:

Từ benzothiazole có thể điểu chế được rất nhiều các dẫn xuất

halogen Các halogen có thể ở nhiều vị trí khác nhau trong phân tử : vị trí

số 2, vị trí số 3, vị trí số 6 Các dẫn xuất halogen nhìn chung có những ứng

dụng thực tế rất quan trọng, nhất là đối với thực vật nhờ hoạt tính sinh học của nó

® Tổng hợp một số dẫn xuất halogen của benzothiazole

*2-Chlorbenzothiazole:

-Tổng hợp từ phenylisothyoxyanat và PCI‹:

S

OQ, Qợc -Tổng hợp từ 2-MBT và PCI; ( hay PC]: , SOCI;, SO;Cl;):

SVTH:.L6 Dhi Kim Thoa

*3-Chloromethyl benzothiazole được điều chế theo sơ đồ:

2-MBT được nghiên cứu là xúc tiến quá trình lưu hoá cao su Nó có

thể dùng kết hợp với một số chất vô cơ khác như : kẽm, oxyd kẽm Để

xúc tác cho quá trình lưu hoá cho cao su tự nhiên và cao su tổng hợp

Để lưu hoá cao su Isopren dùng ( 2-MBT);Zn hoặc 2-MBT và ZnO kết quả cho thấy sự có mặt của Zn là làm chậm sự tạo ra liên kết chéo và

SVTH:L2 Thi Kim hoa

chỉ sau khi hợp chất ( 2-MBT) ;Zn phân huỷ thì tác dụng xúc tác của nó

mới có thể phát huy do đó người ta dễ dàng khống chế quá trình Ngoài ra

để lưu hoá cao su Isopren có thể dùng 2-MBT với tetrametylthioran có mặt kẽm oxydc là xúc tác

Các dẫn xuất của 2-MBT cũng đóng góp một phần không nhỏ Chẳng hạn , 2-(2',4'-dinitrophenylthio) benzothiazole, N-ciclohexyl-2-

benzothiazylsunfeamide dùng xúc tiến cho phản ứng lưu hoá cys- polyisopren Vật liệu composite cao su tự nhiên và tổng hợp đã được lưu hoá bởi benzothiazylsunfeamide hay benzothiazyldisunfua Để chống sự oxi hoá trong quá trình lưu hoá dùng các hợp chất

Ngoài việc dùng để xúc tác cho phản ứng lưu hoá cao su , một số

dẫn xúât của benzothiazole còn làm xúc tác cho quá trình khác Chẳng hạn 2-MBT xúc tác cho phản ứng tạo polysunfua

2.TRONG LĨNH VỰC THUỐC THỬ HỮU CƠ

Một số dẫn xuất của benzothiazole có khả năng tạo phức màu với

kim loại có vai trò trong việc xác định định lượng lim loại đó Như những

hợp chất chứa vòng benzothiazole và coumarin tạo phúc vòng càng với kim loại có ích trong việc phân tích định tính và định lượng các ion Zn””, Pb””, Ba”!, Cd”?, Hg”*, La *.trong các đối tượng sinh học và trong dung dịch

nước dùng 2-MBT xenlulozo để xác định vết Au trong mẫu địa chất Ngoài

Trang 16

SVTH.£¿ 7h Kim Thoa

ra, 4-(6-brom-2-benzothiazole ) pyrogalol cũng được tác giả ZhouHuagang

tổng hợp và nghiên cứu tao màu với Mo(VI), W(VI), Ti(V),

Có khả năng tạo phức với ion Cu” và Cu”, trong dung dịch rượu :

nước = 1:1 hdp chat nay có điểm đẳng quang 526 nm và vân hấp thụ ở 510

và 553 nm với giá trị pK,=7,4 ( Nhóm oxy hoá naphtol)

3.TRONG LĨNH VỰC NHUỘM, PHẨM MÀU VÀ NHIẾP ẢNH :

2- methylbenzothiazoleiodoalkylates được dùng để tổng hợp thuốc nhuộm cyanine, nó là chất cảm quang cho huyền phù bạc bromua đối với tia đồ và tia hồng ngoại [18]

SVTH:⁄6ê Zj Kim Thoa

Trong quá trình nghiên cứu benzothiazole và dẫn xuất các tác giả

đã tổng hợp được một số hợp chất có màu chứa vòng benzothizole ứng

dụng trong lĩnh vực phẩm màu và nhiếp ảnh

SVTH£2 Ghj Kim Shoa

Sản phẩm có tác dung tăng độ nhạy trong chụp ảnh điện tử Tác giả

đã phát hiện ra hợp chất dưới đây cũng làm tăng độ nhạy trong chụp ảnh

Rm=2_.3_.4_pyridinyl n=0-2

m=l, 2

-Các dẫn xuất ở vị trí số 3 có chứa lưu huỳnh của 2-

benzothiazolinone cũng có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực vật như : alkylthioalkylester, thioester, dithiocarbonat [7]

BP [Cc X a vaed (R'=alxyl, alkenyl, hydrexya! kyl

" halogen, phenyl, phenyl! thé

(CH,).OCS5,R

: Loe OSR’

Các chất này có tác dụng làm giẩm sự phát triển của đậu, làm ngắn thân cây Ở nồng độ cao chúng có tác dụng diệt cỏ

-Thuộc nhóm có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực vật còn

có các dẫn xuất của benzothiazole với các nguyên tử nitrogen ở mạch

nhánh như: các amide hydrazid, imidoester, imidoamide, imidoanhydride

và ngay cả muối amin bậc bốn[8}

Trang 20

SVTH:£¢ Ghi Kim Shoa

từ 2 đến 10 tuần trước khi thu hoạch

-Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của một số dẫn xuất

tiazolidinon-4 và 5, 6-benzoquinoline có chứa vòng arylfuran [19]

SVTH:.2 Dhi Kim hoa

6-nitrobenzothiazole và các dẫn xuất halogen của benzothiazole được dùng

làm thuốc trị bệnh ngoài da với hoạt tính cao chống lại các vi khuẩn [1 1]

Dẫn xuất ở vị trí số 2 chứa gốc amino acide, imino, hay

heteraylmoieties đặc biệt có tính trừ kí sinh nấm một cách nhanh chóng [2]

SVTH:.ê Shi Kim Fhoa

đã được điều chế và khi ngưng tụ với morpholin tạo ra hợp chat có ích cho việc điều trị huyết áp thấp [17]

Dẫn xuất I-(benzothiazole-2-yÌ)pyrazole được dùng làm thuốc chống

viêm nhiễm rất hiệu quả [12]

Dẫn xuất dạng

R=NHR", NH2 , NH2R"

R"O 5 — R'= alkyl, amino, ary!

Co tac dung giam dau chéng suy sup chéng viém nhiém, gay hung

phan

Hoạt tính chống u cuả 2-(4-aminophenyl)benzothiazole Dẫn xuất va các hợp chất tương tự có khả năng cho nhóm NO đã được tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính chống tắc nghẽn mạch máu| 10]

8

Clee

a 6.TRONG LĨNH VỰC ĐIỆN HÓA

Gần đây người ta tìm ra khả năng chống ăn mòn đồng của một số

hợp chất azometin thuộc dãy 5-aminobenzothiazole bằng phương pháp thế

điện động và tổng trở điện hoá

Trong đó:X=OH : p-hydroxybenzal-5-aminobenzothiazole (])

X=OCH; :p-metoxybenzal-5-aminobenzothiazole (II)

X=N(CHạ);: p-dimethylaminbenzal-5-aminobenzothiazole (IIT) X=Cl : p-chlorobenzal-5-aminobenzothiazole (IV)

Hoà tan các chất (I)+(IV) trong dầu không phụ gia với nồng độ

0,02% ta được các mẫu có kí hiệu tương ứng là Mạ, M;, M¿, M¿ và Mẹ là

mẫu không chứa azometin bằng thực nghiệm cho ta kết quả sau: mẫu MI

có khả năng chịu ăn mòn lâu nhất trong dung dich NaCl 3% (3500 giờ) nó

là chất ức chế ăn mòn đồng tốt nhất Các mẫu M;, M:, M¿ đều có khả năng

ức chế và làm tăng khả năng bảo vệ hàng chục lần , Hiệu quả ức chế tăng

nhằm phủ kín các lỗ xốp khi mạ vàng trên bể mặt Ni [13]

Phức của Ag với các phối tử hữu cơ như dẫn xuất của benzothiazole tạo ra dung dịch có tác dụng sơn phủ lên đá

Trang 24

SVTH:.Lé Shi Kim Shoa

mercaptobezimidazole có khả năng ức chế ăn mòn thép CT: và đồng trong

Ol OH CH,S0,Na

môi trường HCI.| 14]

I11.CAC PHAN UNG DÙNG TRONG TỔNG HỢP

1 PHAN UNG HALOGEN HOÁ

Phản ứng thế Sg2Ar của halogen nói chung :

Halogen phân tử là các tác nhân halogen hoá dược sử dụng hàng

đầu Tuy nhiên Fe phản ứng mãnh liệt, tấn công cả các liên kết C-C & thóai biến hợp chất thơm, do đó ta không dùng F; để flour hoá trực tiếp hợp chất thơm mà phải điều chế gián tiếp

lạ rất kém hoạt động do có cân bằng

Ar-H +lạ— Ar-l +HI

HI sinh ra có thể tác dụng khử hóa lên dẫn suất iode của hợp chất

thơm, cân bằng dịch chuyển về phía hỗn hợp đầu Để chuyển dịch cân bằng sang phải , thường phải loại HI bằng phần ứng trung hoà hoặc bởi oxi

hoá như ( HạSO¿, HNO;, HIO; ) hoặc tạo kết tủa Agl bởi AgClO, hay

Ag;SO/H;SO,

Thường chỉ halogen hoá trực tiếp hợp chat thom bang Bro, Cl)

Tổng quát:

Ar-H +X, —Ar-X+HX

SVTH:£8 Ghi Kim Thoa

Phản ứng đòi hỏi phải có mặt xúc tác acid Lewis như FeC];, FeBr;,

ZnCl; có thể dùng kim loại như Fe, khi đó halogen X;sẽ tạo xúc tác do:

Ta có thể khiến cho phan ứng halogen hoá đặc biệt mạnh mẽ, nếu ngay từ đầu ta sản ra được các cation halogen tương đối tự do Thí dụ :ở các phản ứng chlor hóa với sự có mặt của bạc pechlorate:

Cl-Cl + AgClO, > Cl" + AgCl + ClO, Trong môi trường acid, acid hipohalogeno cũng cung cấp các caiton halogen: