nghiên cứu tổng hợp một số azometin dãy 5-amino-2-metylbenzothiazol

Cấu trúc điện tử, hình học và tính bazơ của azometin Phân tử azometin có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân cissyn và azometin thơm có hai kiểu hệ liên hợp: sự liên hợp nhờ các điện từ ĨI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO • • • ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI■ ■ i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

KHOA HQÁ HỌC _

N G U Y Ễ N V Ă N L Ạ I

DÃY 5-AMIN0-2-METYLBENZ0THIAZ0L

LUẬN ÁN THẠC s ĩ KHOA HỌC HOÁ HỌC

CHUYÊN NGÀNH : HOÁ HỮU c ơ

N g ư ò i h ư ớ n g d ẫ n k h o a h ọ c : G S T S Đ Ặ N G N H Ư T Ạ I

P T S N G U Y Ễ N Đ I N H T H À N H

MỞ đầu 1

Phần I Tổng q u a n 2

1 ■ Tổng quan về a z o m e t in 2

1.1 Các phương pháp tổng hợp azometin 2

1.2 Cơ chế phản ứng giữa andehit và amin bậc 1 4

1.3 Phản ứng của c á c a z o m e tin 6

1 3 1 P h ả n ứ n g c ù a a z o m e t i n với c á c h ợ p chất c ó n g u y ê n từ h id r o lin h đ ộ n g 7 1 3.2 P h à n ứ n g c ù a a z o m e t in vớ i d i a z o m e t a n 8

1 3 3 P h à n ứ n g c ù a a z o m e t i n v ó i d i h a l o g e n c a c b e n 9

1.3.4 Phàn ứ n s c ủ a a z o m e tin với c á c dẫn xuất c ủ a axit is o x ia n ic và i s o t h i o x i a n i c 9

1.3 5 P h à n ứ n g c ủ a a z o m e t in với c á c e te k h õ n g n o (p h ả n ứ n g D i e l s - A l d e r ) 11 1.3.6 P h à n ứ n g c ủ a a z o m e t in với x e te n và d i x e t e n 12

1 3 7 P h ả n ứ n g c ù a a z o m e t in với c á c d ẫ n xuất c ủ a ax it c a c b o x y l i c n o 13

1 3 8 P h à n ứ n g c ủ a a z o m e t i n với a x e tile n và c á c d ẫ n x u ấ t c ủ a n ó 14

1.3.9 P h ả n ứ n g c ù a a z o m e t in vớ i c á c a x it a - t h i o l c a c b o x y l i c 15

1 3 1 0 P h ả n ứ n g c ủ a a z o m e t i n với h ợ p chất c ơ k i m 15

1 3 1 1 P h ả n ứ n g c ủ a a z o m e t i n với n itr o a n k a n 16

1.4 Cấu trúc điện tử, tính bazơ và phổ của c á c a zo m etin 17

1.4 1 C ấ u trúc đ i ệ n tử, h ìn h h ọ c v à tính b a z ơ c ủ a a z o m e t i n 17

1.4 2 P h ổ h ổ n g n g o ạ i c ủ a a z o m e t i n 18

1.4.3 P h ổ từ n g o ạ i c ủ a a z o m e t i n 19

1.5 Hoạt tính sinh học của azom etin 20

1.6 Vài nét v ề lí thuyết p h ổ điện t ử 20

Phần II Kết quả và thảo l u ậ n 24

2.1 Về tổng hợp 5-am ino-2-m etylbenzothiazol 24

2 1 T ổ n g h ợ p 4 - n it r o - 2 - a m in o t h i o p h e n o l a t n a t r i 2 4

2 2 T ổ n g h ợ p 2 - m e t y l - 5 - n i t r o b e n z o t h i a z o l 2 5

2 3 T ổ n g h ợ p 5 - a m i n o - 2 - m e t y l b e n z o t h i a z o l 2 5 2.2 Về tổng hợp các azometin dãy 2-metyl-5-amỉnobenzothiazol 26

2.3 Về cấu trúc và phổ điện tử của c á c azometin

dãy 5-am ino-2-m etylbenzothiazol 29

3 -1 1 T ổ n g h ọ p natri 4 - n i t r o - 2 - a m i n o t h i o p h e n o l a t 4 5

3 1 2 T ổ n g h ợ p 5 - n i t r o - 2 - m e t y l b e n z o t h i a z o l 4 6

3 1 3 T ổ n g h ợ p 5 - a m i n o - 2 - m e t y l b e n z o t h i a z o l 4 6 3.2 Tổng hợp azometin dãy 5-am ino-2-m etyl-benzo-thiazol 47

Mỏ đẩu

A z o m e t i n ( h a y b a z ơ S c h i f f ) là n h ữ n g hợp c h ấ t c ó c h ứ a tro n g phân tử

n h ó m liê n k ế t a z o m e t i n - C H = N -

N g ư ờ i ta đ ã b iế t n h ó m h ợ p c h ấ t n à y từ lâu [ 1 0 4 ] , s o n g c h ỉ từ n h ữ n g nă m

n ã m m ư ơi trờ lại đ â y , c h ú n g m ớ i đ ư ợ c c h ú ý n g h i ê n c ứ u n h i ề u ,n h ấ t là từ khi phát h iệ n c h ú n g c ó vai trò q u a n t r ọ n g tro n g n h iề u qu á trình s in h h o á v à h o á h ọ c

k h á c n h a u D o c ó m ặ t t ro n g p h â n tử n h ó m l i ê n k ết a z o m e t in , là m ộ t n h ó m c ó khá n ă n g ph ả n ứ n g c a o , c á c a z o m e t in c ó th ể th a m g i a v à o n h iề u lo ạ i p hả n ứng

c h ú n g tôi đ ã n g h i ê n c ứ u t ổ n g h ơ p m ộ t s ố a z o m e t in d ã y 5 - a m i n o - 2 - m e t y l -

b e n z o t h ia z o l , k h á o sát c ấ u d ạ n g v à tính to á n m ộ t s ố c h ỉ s ố h o á lư ợ n g từ quan trọ n g c ủ a c h ú n g

Na2C03, t°

- H 20

4 B ằ n g p há n ứ n g g i ữ a a n d e h it và a m i n b ậ c m ộ t ờ đ â y A r và A r ’ c ó t h ể là

g ố c a n k y l, ary l h a y d ị v ò n g C á c a z o m e t i n b é o đ iề u c h ế từ a n d e h i t b é o

v à a m in b é o th ì k h ô n g b ề n , s o n g c á c a z o m e t in b é o - th ơ m thì b ề n v ữ n g , nhất là a z o m e t i n t h ơ m Đ â y là p h ư ơ n g p h á p th u ậ n tiệ n n h ấ t, đ i từ h ợ p

c h ấ t rẻ t iề n , d ễ k i ế m v à c h o h iệ u s u ấ t cao:

Ar-CH=0 + Ar’NHz -► Ar-CH=N-Ar’+ H20

5. B ằ n g p hả n ứ n g c ủ a a n d e h it th ơ m v à h ợ p ch ấ t ni tro t h ơ m t r o n g co v ớ i

s ự c ó m ặ t h ợ p c h ấ t c ủ a paladi v à c á c h ợ p c h ấ t c ó c h ứ a n itơ , p h o t p h o và

F e i M o 7 0 i 4 V í d ụ h ỗ n h ợ p c ủ a b en za n d eh it, n itro b en zen , p h ứ c PdCl->-

p y r id in và p y r id in t ro n g b e n z e n ở á p suất 1 5 0 a tm tron g c o ở 2 3 0 ° c , tro n g 5 g i ờ c h o 7 1 % b e n z y l i d e n - a n i l i n [ 18, 5 5 ]:

(2)

> R-CH=N-R'+H20

tro n g đ ó R , R ’ là g ố c a n k y l , a r a n k y l, aryl h a y d ị v ò n g

O H - ) ớ t ro n g n h â n th ơ m a n d e h it, c ò n t ố c đ ộ đ ề h id r a t h o á thì lạ i p h ụ t h u ộ c v à o

b à n c h ấ t c ủ a c á c n h ó m t h ế t h e o c h i ề u n g ư ợ c lại và vì t h ế t ố c đ ộ c h u n g c ủ a to à n

b ộ p hả n ứ n g tron g m ỏ i trư ờng tru n g tín h ít phụ t h u ộ c v à o bả n c h ấ t c ủ a n h ó m t h ế ( p = 0 , 0 7 )

độ điện từ ở nguyên tử Iiitơ cao hơn mật độ điện tử ở nguyên từ cacbon:

N h ư v ậ y , t ro n g phù n tử a z o m e t i n x u ấ t h i ệ n hai trung tâ m p h ả n ứ n g k h á c

1.3.3 Phản úng của azometin với dihalogencacben

N -R ' R

Trong khi đó nếu tỷ lệ mol tương ứng là 1:2 thì lại tạo thành các

dioxotriazin với hiệu suất 22-55% [84] :

•Các axylisoxianat (benzoylisoxianat[65], tricloaxetylisoxianat [65, 67],

trifloisoxianat [66], clocacbonylisoxianat [67] cho các sản phẩm cộng hợp đóng

vòng khác nhau tuỳ theo từng loại isoxianat, nhưng thỏng thường thì hỗn hợp

cùa sdn phẩm cộng hợp đóng vòng 1:1 và 1:2 được tạo thành [65, 67]:

RCONCO + R'-CH=N-R"

trong đó R = C6H5, C13C, F3C; R ’, R” = C6HS, Aik, phenyl thế

• Closunfonylisoxianat phản ứng với azometin cho các triazindion đối xứng [52] với hiệu suất 60-100%:

R-C6H4-CH=N-C6H4-R’ + CI02SN C 0

C6H4-R'

0 ^

CI02S—N

(R=P-N(CH3)2> H, p-O C H 3) p-CI, P-NO 2 Y

R’=H, p-O C H 3) p-CI, P-NO 2 ) O

C6H4-R

N -SO2CI

•Azometin phản ứng với diisoxianat cho các urẻ thế và thiourê thế [76]:

1.3.5 Phản ứng của azometin với các ete không no (phản útig Diels-Alder)

Khi có mặt cùa xúc tác trifloruabo eterat, các azometin tham gia tích cực vào phản ứng với các hợp chất ete không no như các vinylankylete, dihidropyran, dihidrosilvan, clooxiaxetylen , vinylsunfua [53, 106-109] Phản ứng này thuộc về phản ứng tổng hợp dien (phản ứng Diels-Alder) Hệ thống dien của azometin -CH=N-C=CH- có chứa nguyên từ nitơ có tính nucleophin và trong phản ứng sẽ cộng hợp với các dienophin theo kiểu 1,4 và cho các sản

phẩm tetrahidroquinolin, các sản phẩm này dễ dàng dehidro hoá hay oxy hoá tiếp tục cho các quinolin tương ứng với hiệu suất 20-80% :

7 0 -8 0 %

Ngoài xúc tác BF3 trong ete khan, người ta còn dùng xúc tác AICI3, AlBr3 khan [72] hay Co»(CO)8 trong THF [72] và thu được quinolin với hiệu suất khá cao (60-70%).

Các azometin còn tham gia vào phản ứng Diels-Alder vói các đienophin thông thường như anhidrit maleic, etyl maleat [53, 68], N-aryl-sunfonylimit cùa cloral và floral (ArS02N=CHCCl3) [68] và với RC(=NH)NH2 [112], ở đây phản ứng cũng chạy theo kiểu cộng hợp-1,4 với hiệu suất 30-50%

N-Maleimit thế phản ứng với azometin cho các hợp chất spừo, phàn ứng chạy theo kiểu cộns-1,2 với tỷ lệ mol tương ứng 1:2 [61]:

1.3.6 Phản útig của azometin với xeten và dixeten

Xeten phản ứng với azometin cho các azetidinon-2 [39]:

1.3.7 Phản ứng của azometin với các dẩn xuất của axit cacboxylic no

Các azometin phản ứng với các dẫn xuất cùa axit cacboxylic no có số nguyên từ c>2 cho các sản phẩm cộng hợp aminoaxit thè ở nitơ Phản ứng này thường được xúc tác bằng NaNHi [45-47, 50], ancolat kiềm, hay A1C13 khan [23, 26, 48] Hoạt độ của các xúc tác này giảm theo dãy A lQ3>NaNH2>NaOR [39] Hiệu suất của phản ứng với xúc tác AIƠ3 và NaNH-) là 15-80% Phản ứng

luôn dẫn đến sự tạo thành các đồng phân đia (erythro và threo), trong đó thường thường dạng erythro là chủ yếu [45-47]:

C6H5CH=NC6H4R + C6H5CH2COOC2H5 Na—

- * eAyí/7ra-C6H5CH(NHC6H5R)CHC6H5COOC2H5 (70%)

R C 6H4C H =N C 6H4R’ + C 6H 5CH2COOCH3 A 'Cl3 kha n»

benzen -* RC6H4-C H —CH -CO O C2H5

R’C6H4-NH C6H5 (45-60%)

Với este của axit a-metylpropionic khi có xúc tác NaNHi thì lại thu được sán phẩm vòng hoá azetidinon-2 [45], ngay bản thân etyl propionat trong phán ứng trên cũng có xu hướng tạo thành sản phẩm vòng hoá kiểu này [46]:

Etyl nitroaxetat khi phản ứng vói azometin ở nhiệt độ phòng khi không

có chát xúc tác cho sản phẩm cộng bình thường nhưng khi có mặt cùa amin bậc nhất dư (như n-C4H9NH->) thì lại cho dị vòng isoxazon [10, 63]:

C 6H 5

COOCH3C6H5CH-NR + 2 CH3OOC-C— C-COOCH3 ► CH3OCO—i^ 5 -3 —COOCH3

Một vài azometin lại phản ứng theo kiểu cộng Michael [38, 54]:

1.3.9 Phản úng của azometin với các axit a-thiol- cacboxylic

Các azometin phản ứng với axit a-thiolcacboxylic cho các thiazolidinon-

4 chứa các nhóm thế ở vị trí 2 và 3 của vòng Phản ứng thường tiến hành trong ete khan hay benzen khan [15, 56], Hiệu suất sản phẩm đạt 60-70% Cũng có khi người ta dùng axit axetic hay etanol làm dung môi, hiệu suất thường thấp 12% [56] Cơ chế của phản ứng đã được F.C.Brown [5] và A.E.Lipkin [100] đề cập đến Người ta thường cho axit thioglycolic phản ứng với azometin:

ArCH=NAr’ + H SCH 2COOH - * Ar-CH - N-Ar1

1.3.10 Phản ứng của azometin với hợp chất cơ kim

Azometin tham gia phản ứng với hợp chất cơ kim như cơ magiê, cơ kẽm,

cơ thiếc cho các sản phẩm cộng hợp amin bậc 3 [7, 8, 11, 28-31, 33, 36, 40,

51, 71] Các phản ứng này đặc thù về phương diện lập thể : các đồng phàn dia

{erythro và íhreo) hay dạng me so được tạo thành tuỳ thuộc vào bazơ Schiff ban

đầu có đối xứng hay không Thông thường lượng đồng phân dạng erythro và

COOCH3R=H, C6H5, CH2C 6H4

\ _ J

CH3OOC

rhreo là bằng nhau, nhưng cũng có trường hợp đồng phân dạng threo được tạo

thành ưu tièn hơn [29]:

NHR

ựhreo)

1.3.11 Phản úng của azometin với nitroankan

Mono-, di- và trinitroankan phản ứng với azometin cho các sản phẩm khác nhau Với các trinitroankan và mononitroxicloankan thì tạo thành phức chất giữa azometin và hợp chất nitro vói hiệu suất 86-92% [85, 110]:

1.4 Cấu trú c điện tử, tính bazơ và p h ổ của các azom etin

1.4.1 Cấu trúc điện tử, hình học và tính bazơ của azometin

Phân tử azometin có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân cis(syn) và

azometin thơm có hai kiểu hệ liên hợp: sự liên hợp nhờ các điện từ ĨI (liên hợp

7T, 7t) và Sự liên hợp giữa cặp điện tử không chia sẻ của nguyên rử nitơ của liên kết azometin và hệ thống điện từ 71 của nhàn thơm amin (liên hợp n,7i), chính sự liên hợp n,7i này làm cho nhân thơm amin quay một góc nào đó ra khòi mặt phẳng của phân tử azometin:

cis (syn) trans (anti)

V.I.Minkin và những người cộng tác đã có một loạt các công trình nghiên cứu về tính không đổng phảng của azometin [25, 102, 103] Các tính

có ảnh hưởng rõ rệt đến tính bazơ của phân từ azometin [70, 75], còn các nhóm thế ờ nhân andehit có ảnh hưởng không đáng kệ đến tính bazơ của phàn tử azometin [70, 75, 82] Các trị số pKa của các benzylidenanilin nằm trong khoảng 9-13.

Để xác định hằng số pKa tương đối của các bazơ azometin người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ đo thế trong axetonitrin [3, 75, 70, 75] hay trong etanol-nưóc (50%) [78] Các giá trị pKa nhận được có một sự tương quan tuyến tính rất tốt với các hằng số nhóm thế Hammett [75, 82] Thông số phản ứng p của sự tương quan trên luôn dương (p>0) chứng tỏ rằng sự có mặt của các nhóm thế hút điện từ trong nhân thơm sẽ làm giảm mật độ điện tử ờ trên nguyên

tử nitơ và làm giảm độ bazơ của phân từ azometin và ngược lại [75, 82]

1.4.2 P h ố hống ngoại của azometin

Trong phổ hồng ngoại của các azometin có đính hấp thụ mạnh nằm trong vùng 1630-1690cm'1 đăc trưng cho dao động hod trị cùa nhóm liên kết azometin VC=N Vị trí của vạch hấp thụ này phụ thuộc vào bản chất của các nhóm gắn với nhóm liên kết azometin Thường thì các azometin béo có vạch năm ở số sóng cao hon so với các azometin béo-thơm và thơm Chẳng hạn, các benzylidenanilin có VC=N= 1622-1631cm1, trong khi đó các azometin béo có vc=N= 1664-1674cm’1 [103] Dung mỏi ảnh hường không đáng kể đến vị trí và cường độ của vạch này, nhưng khi thay đổi nhóm thế hút điện tử thì cường độ của vạch V& N giảm đi, và ngược lại Tính không đổng phẳng của phân tử cũng

có ảnh hưởng đến cường độ của vạch này [103]

Phổ tử ngoại của các azometin cũng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các nhóm thế gắn với nhóm liên kết azometin, vào tính đồng phảng của phân từ

và vào bản chát của dung môi, số dải hấp thụ có thể là 2, 3 hoặc 4 dải tuv theo từng dãy azometin [2, 4, 77, 105], song thường thường có 2-3 cực đại hấp thụ nằm trong vùng 210-230, 240-270 và 320-390nm, cực đại hấp thụ thứ 4 thường nằm trong vùng 420-480nm với cường độ yếu và đôi khi xuất hiện ở dạng điểm uốn và đặc trưng cho bước nhảy điện tử n—>7t Cực đại hấp thụ ở vùng 240- 270nm đôi khi tách thành hai dải [77]

Vạch hấp thụ ở sóng dài (320-390nm) có cường độ trung bình và đặc trưng cho bước nhảy điện tử 7Ĩ— trong toàn bộ hệ liên hợp [77, 103, 104], vạch này phụ thuộc vào bản chát và vị trí của các nhóm thế ở cà cấu phản amin

và andehit của phàn từ azometin Cực đại hấp thụ nằm trong vùng 240-270nm đạc trưng cho bước nhảy điện tử 7t—>7t của hệ liên hợp gồm nhân thơm andehit

có ảnh hưởng rõ rệt đến vị trí của cực đại hấp thụ này Cực đại hấp thụ sóng ngắn đăc trưng cho bước nhảy điện tử của hệ liên hợp gồm nhân thơmamin và cặp điện từ n của nguyên từ nitơ của liên kết azometin [77, 103, 104]

Người ta đã giải thích sự xuất hiện của 3 cực đại hấp thụ là do tính không đổng phảng của phân tử azometin [77, 104]

Ở các azometin mà cặp điện tử không chia sẻ đã được sử dụng (hoặc là bằng cách proton hoá, hoạc là bằng cách metyl hoá) thì sự liên hợp n,7t không còn nữa, tính đồng phẳng của phân từ azometin được bảo toàn, do đó vạch sóng dải K chuyển dịch rất manh về phía sóng dài và cường độ vạch cũng tăng cao (hiệu ứng batocrom và hypecrom) [97, 101, 111]

Bằng phổ cộng hưởng từ nhân proton và l3C [62] người ta đã chi ra rằng căp điện từ không chia sẻ cùa nguyên từ nitơ được giải toả vào vòng thơm amin

Sự cản trờ không gian của vòng này đến tính đồng phẳng của phân từ làm tăng

sự giải toả này

1.4.3 Phổ tử ngoại của azometin

2 0

1.5 Hoạt tính sin h h ọ c củ a azom etin■ ■

Các azometin tham gia vào quá trình trao đổi aminoaxit [104], chúng cũng là sản phàm trung gian trong quá trình tổng hợp các peptit [104] Các azometin cũng có những hoạt tính sinh học đáng chú ý , như hoạt tính kháng khuẩn [35, 49], kháng vi rút [35], chống viêm [35], kháng lao, diệt nấm[49]

1.6 Vài n ét v ề lí th u y ết p h ổ điện tử

Trong các hợp chất hữu cơ, sự hấp thụ trong vùng từ ngoại và khả kiến có liên quan với các bước chuyển các electron hoá trị của các liên kết đơn và liên kết bội (các electron ơ và 7t) và của các elecứon không cặp đôi của các dị tố

(electron n).

ở trạng thái cơ bản trên mỗi obitan phân từ có 2 electron và trạng thái là hoàn toàn đối xứng Khi ờ trạng thái kích thích xày ra sự chuyên electron từ một trong các obitan của trạng thái cơ bản lên một trong các obitan của trạng tháikích thích Khi biết sự đối xứng cùa obitan này, ta có thể xác định được sự đốixứng cùa trạng thái kích thích Để kí hiệu dạng đôi xứng của trạng thái người ta

sử dụng các kí hiệu sau:

A : sự đối xứng theo trục

B : sự bất đói xứng theo trục

g : sự đối xứng theo tàm đối xứng

u : sự bất đối xứng theo tâm đối xứng

Chảng hạn, trạng thái cơ bản của benzen có sự đối xứng A Ip còn ở trạng thái kích thích là B-ĩu\ bước chuyển lên trạng thái kích thích được kí hiệu là

A ik - > B 2u.

Nếu hai hay nhiều trạng thái có cùng mức năng lượng thì được gọi là sự

suy biến và được kí hiệu: E - suy biến bậc 2; T - suy biến bậc 3.

Vạch hấp thụ trong phổ điện tử được đặc trưng bằng vị trí theo thang độ dài sóng và cường độ Vị trí của vạch hấp thụ được xác định bằng hiệu số năng

lượng của các ưạng thái mà giữa chúng xảy ra bước chuyển và có thể được đặc trưng bằng độ dài sóng ở cực đại của vạch hấp thụ.

Cường độ của vạch hấp thụ thường được đặc tnmg bằng đại lượng hệ số hấp thụ phân tử ờ điểm cực đại (emax hay lgemax) Để xác định cường độ vạch

hấp thụ, Maliiken đã đưa ra khái niệm lực quay tử f được xác đinh theo công

thức:

/ _ = 4,315.10- Jsdv

ở đây fed Vlà cường độ tích phân được đo bằng diện tích của vạch hấp thụ

Lực quay tử có thể được tính theo công thức:

, 87ĩ'mc/ m„

ở đây \ụm là hàm sóng của trạng thái ban đầu, vyn là hàm sóng của trạng thái

cuối cùng, NỈ là toán tử momen chuyển

Tích phân được lấy theo tất cả các thông số cho đơn vị thể tích của không gian Momen chuyển Mmn có thể được phân thành các thành phần theo các trục

X, Y và z và khi đó ba tích phân sau được xem xét:

Người ta đã biết rằng trạng thái electron có thể là suy biến hay không suy biến nếu một hay một số hàm sóng electron Vị/e (tìm được bằng cách giải phương trình Schrodinger RỈ Vị/ = E 1|/ ) tương ứng với một giá trị năng lượng, cònmức độ suy biến của trạng thái electron thì bằng sô' hàm sóng này Spin tổng cộng cùa các electron có ảnh hưởng đến năng lượng của trạng thái electron Spin elecưon hợp thành là tổng vectơ của cdc momen động lượng riêng phần của các electron:

S = l s ,

»

còn số' lượng rử spin s có thể hoặc bằng 0 hoặc nhận các giá trị bán nguyên hay nguyên Tương tác spin-obitan, tức là liên kết cùa spin với momen động lượng spin cùa electron có thể dẫn đến sự tách trạng thái electron thành (2S+1) thành phần Đại lượng này chính là độ bội của ưạng thái Khi s=0 thì độ bội bằng 1 và người ta gọi đó là trạng thái singlet, còn khi s= l (độ bội bàng 3) thì trạng thái được gọi là triplet, v.v

Đối với các bước chuyển electron cần phải tuân theo các qui tắc sau:

1 Theo độ bội: các bưóc chuyển giữa các trạng thái có độ bội khác nhau thì bị

cấm Độ bội được xác đinh bằng tống spill của electron Trong phổ điện tử

có các trạng thái singlet (5) và triplet (T) Độ bội của trạng thái được chỉ ra

bằng số nằm phía trên bên trái kí hiệu chi trạng thái (ví dụ, Phù họp

với qui tấc chọn lựa theo độ bội, các bước chuyển S—>s thì được phép còn S-

/->T thì bị cấm.

2 Theo sự đối xứng: các bước chuyển mà sự đối xứng ờ trạng thái kích thích

trùng với sự đối xứng của một trong các momen chuyển hợp phần thì được phép Qui tắc chọn lựa đối với phân từ có tâm đối xứng là trường hợp riêng của qui tắc chọn lựa chung: các bước chuyển giữa các trạng thái đối xứng

khác nhau theo tâm đối xứng g—>u và u—*g thì được phép; các bước chuyển

g-ỉ-+g và U-/-+U thì bị cấm.

3 Các bước chuyển mà trong đó xảy ra sự kích thích nhiều hơn một electron

Trong phổ thực nghiệm các bưóe chuyén xuất hiện trong phổ ở dạng vạch với cường độ nhỏ (/'<0,01) thì bị cấm.

Phần II

Kết quả và thảo luận

Để thực hiện mục đích luận án đã đé ra là tổng hợp và nghiên cứu các azometin dãy 2-metyl-5-aminobenzothiazol chúng tòi đã xày dựng sơ đổ phản ứng sau:

2.1.Tổng hợp 4-nitro-2-amino thiophenoiat natri

Nguyên liệu đầu của phản ứng là 2-clo-5-nitroanilin do hãng Fluka sản xuất có công thức C6H5C1N->Oi, có điểm nóng chảy ở 118-120°c là chất kết tinh màu vàng Sau khi hoà tan hoàn toàn 2-cIo-5-nitroanilin trong etanol bằng đun hồi lưu cách thuỷ Thêm từ từ vào dung dịch đã đun sôi ở trên dung dịch Na-.s>

trong etanol được điều chê bằng cách cho Na->s đã được tinh chế sạch phản ứng

với lưu huỳnh trong etanol khan Đun nóng hỗn hợp trên nồi cách thuỷ trong 1 giờ, để nguội sẽ xuất hiện tinh thể mầu đỏ thẫm của muối natri 4-iiitro-2-amino

thiophenolat Cất loại dung mòi (etanol) rồi hoà tan hỗn hợp vào nước cất, lọc

bỏ phần cận rán không tan, thu được dung dịch cùa muối natri 4-nitro-2-amino thiophenolat (II) dùng cho giai đoạn tổng hợp tiếp theo

2.2 T ổ n g hợp 2-metyl-5-nitro-benzothiazol

Sau khi thu được sản phẩm muối natri 4-nitro-2-amino thiophenolat (II)

từ giai đoạn trên ta tiến hành phản ứng đóng vòng với anhidrit axetic bằng cách cho từ từ lượng anhidrit axetic đã tính toán Phản ứng toả nhiệt mạnh, cần làm lạnh để tránh tạo thành nhựa Sau khi cho hết lượng (CH3CO)20 vào ta cho tiếp lượng HC1 (d=l,19) vào hỗn hợp phản ứng và đun hỗn hợp trẽn nồi cách thuỷ khoáng 2 2ÌỜ cho đến khi kết tủa tan hết Pha loãng dung dịch bằng nước với tỷ

lệ (1:3), làm lanh đê cho 2-metyl-5-nitrobenzothiazol kết tủa, lọc rửa bằng nước

và làm khò, kết tinh lại sản phàm trong rượu etylic ta thu được tinh thể 2-metyl- 5-nitrobenzothiazol với điểm nóng chảy 137°c Khi trung hoà nước lọc bằng amoniac để thu nốt lượng amin rồi kết tinh lại trong etanol Hiệu suất tổng cộng đạt 56% Sản phẩm là tinh thể nhỏ mịn mầu vàng xám dùng để khử thành amin Sau khi thu được 2-metyl-5-nitrobenzothiazol (III) chúng tỏi đã tiến hành xác định điểm nóng chảy, kết quả thu được phù hợp với kết quả tài liệu đã nêu [64]

2.3 T ổ n g hợp 5-amino-2-metylbenzothiazol

Sản phẩm thu được (III) từ quá trình ở trên được hoà tan trong HC1 (d=l,19), đun hỏn hợp trên nổi cách thuỷ đến 75°c và cho từ từ lượng thiếc kim loại đã tính toán Quá trình khử ẻm dịu ở nhiệt độ từ 70-75°C ừên nổi cách thu ỷ kéo dài từ 2,5-4 giờ Hoà tan hổn hợp trong nước cất, lọc bỏ hết cặn rắn rồi trung hoà dung dịch bàng dung dịch NaOH (30-40% ) cho đến khi hoà tan hết muối thiếc đồng thời kết tinh amin, lọc lấy amin có màu vàng nhạt

Kết tinh lại amin trong rượu metylic thu được amin sạch, amin sạch có màu vàng nhạt và có điểm nóng chảy từ 100- 102°c

Trong 3 giai đoạn tổng hợp đã nêu trên, giai đoạn điều chế 4-niưo-2- aminothiophenolat natri (II) thực hiện tương đối thuận tiện theo tài liệu của M.A.Alperovich, Z.I Mirosnhichenko, I.K.Ưsenko [64],

Trong giai đoạn điểu chế hợp chát (III), phản ứng đóng vòng thực hiện khó khăn hơn, sau khi tạo thành kết tủa màu vàng, với sự bổ sung lượng HC1 (d=l,19) chúng ta phải đun cách thuỷ từ 3-4 giờ với sinh hàn hổi lưu thì hợp chất nitro tạo thành mới tan hết, hiệu suất thu được thấp Để tiếp nước cái lâu ngày có bổ sung lượng NH4OH để trung hoà thì ta còn có thể thu thêm được một ít sản phẩm có màu xám và ờ dạng kết tinh rất mịn, lọc rừa và kết tinh lại trong etanol

Trong giai đoạn tổng hợp amin, chúng tổi thực hiện quá trình khừ nhóm

nitro bằng thiếc với HC1 (d=l,19) ở nhiệt độ từ 70-75°C Phản ứng tiến hành rất

chậm trong điều kiện đun cách thuỷ êm dịu Khi đun và khử trong khoảng 4 giờ liên tục Sau đó pha loãng dung dịch và trung hoà, hoà tan muối thiếc bằng một lượng dung dịch NaOH 40% Amin được tách ra ờ dạng tinh thể màu xám, rất mịn Lọc và kết tinh bằng rượu metylic (Nên dùng bộ Soxhlet để chiết) Sau khi kết tinh lại thu được amin ờ dạng tinh thể có màu vàng nhạt

Amin (IV) đã tổng hợp được cho 2 đinh hấp thụ của nhóm NHo ờ 3400- 3200cm 1 đặc trưng các amin bậc 1 trong phổ hồng ngoại và điểm nóng chảy là 100-102°C

2.2 Về tổ ng hợp c á c azom etin dãy 2-metyl-5-amino- benzothiazol

Các azometin (VI) được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ giữa 2-

metyl-5-aminobenzothiazoI với các benzandehit thế khác nhau (H, p-NOn, p-

Cl, /7-N(CH3)2, 2,4-(OH)2, 2-OH-5-C1, 2-OH-5-Br) trong dung mỏi etanol khan với sự có mặt cùa piperidin làm chất xúc tác Qui trình tổng hợp chung như sau:

Hỗn hợp đẳng phàn tử của andehit và amin hoặc lượng dư 5% của

andehit hay amin trong ancol khan được đun hồi lưu cách thuỷ trong một vài giờ Chúng tôi đã dùng lượng dư andehit (0,i2mol) so với amin (0,1 moi) và

dùng etanol khan làm dung môi với sự tham gia của vài giọt piperidin làm xúc tác Hỗn hợp phản ứng được đun cách thuỷ từ 1 đến 2 giờ.

Nhiệt độ tiến hành phản ứng phụ thuộc vào các nhóm thế ở trong vòng benzen của cấu phần andehit Với các nhóm thế hút điện từ (có ơ>0, hiệu ứng -

c hay -I) thì phản ứng có thể tiến hành ờ nhiệt độ cao hon so với các nhóm thế đẩy điện từ (có ơ<0, hiệu ứng +c, +1 hay + 0 -1 ) Các azometin với nhóm thế

nitro ipưra, meta, ortho) ở cấu phần andehit tạo thành với hiệu suất 79-87% khi

tiến hành phản ứng ở 90-95°C Trong khi đó với các azometin có các nhón thế

para và ortho-mctoxy, para-hidroxy, 2,4-dihidroxy, 5-brom-2-hidroxy và 5-

clo-2-hiđroxy thì nhiệt độ tiến hành phản ứng thấp hon nhiều (65-75°C) Các azometin còn lại tống hợp ở nhiệt độ từ 75-80°C

Bánq I Các azometin dãy 2-metyl-5-amino-benzothiazol

Số R|, Rị Đ ° c Hiệu suất Phân tích nguyên tố, %N

i

Các azometin nhận được là những chất rắn kết tinh, có nhiệt độ nóng chày cao, có màu từ vàng nhạt đến da cam, không tan trong nước, tan ít trong metanol, etanol, axeton tan được trong benzen, toluen, DMF, etyl axetat

Being 2 Phổ hồng ngoại và tủ ngoại của các azometin

dãy 2 -metyl-5-amino-henzothiazof

CH3^

N-Số Ri> Ri PhổHN Phổ tử ngoại (trong xiclohexan)

3 S ố liệu ph ổ tử ngoại được dẫn ra theo tài liệu [5Ị.

Để khẳng định cấu trúc của các azometin đã điều chế, chúng tôi đã tiến hành phân tích nguyên tố (C,H), ghi phổ hồng ngoại (ở dạng rắn, ép viên với KBr) và phổ từ ngoại (trong dung môi etanol tuyệt đối với nồng độ O IO '5 mol/1) Các kết quả phân tích nguyên tố phù hợp với công thức cộng (xem bảng

1).