Mục tiêu - Trình bày được khái niệm và các loại tác nhân của quá trình ankyl hoá - Trình bày được các loại phản ứng ankyl hoá - Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng ankyl hoá
Trang 1Chương 5: ANKYL HOÁ
A Mục tiêu
- Trình bày được khái niệm và các loại tác nhân của quá trình ankyl hoá
- Trình bày được các loại phản ứng ankyl hoá
- Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng ankyl hoá
- Nêu được một số ví dụ ứng dụng phản ứng ankyl hoá
B Nội dung
1 KHÁI NIỆM
Ankyl hoá là quá trình thay thế một hay nhiều nguyên tử hidro của hợp chất hữu
cơ bằng một hay nhiều nhóm ankyl
Ví dụ:
2 TÁC NHÂN ANKYL HOÁ
2.1 Các ancol (R-OH)
Metanol và etanol là những tác nhân ankyl hoá quan trọng Phản ứng ankyl hoá thường sử dụng axit vô cơ làm xúc tác
Ancol thường dùng để ankyl hoá các amin hoặc ancol tạo sản phẩm là amin hoặc ete
2.2 Các ankyl halogenua (R-X)
Các ankyl halogenua mạch ngắn (C=1-3) là chất lỏng, nhiệt độ sôi thấp Tác nhân hay dùng là metylhalogenua và etylhalogenua Ankyl halogenua thường dùng để ankyl hoá các amin thơm
2.3 Các arankyl halogenua (Ar-(CH2)n-X)
Thường hay sử dụng benzyl clorua và bromua Nó còn được dùng để bảo vệ nhóm –OH của đường hoặc xenlulozơ trong hoá học hidratcacbon
Trang 22.4 Các este của axit vô cơ chứa oxi
Gồm diankyl sulfat, ankyl nitrat, ankyl phosphat, diankyl cacbonat Dimetyl sulfat được sử dụng nhiều nhất Nó có thể ankyl hoá nhóm –OH phenol trong môi trường kiềm, nước, nước – ancol, thậm chí cả trong môi trường axit
Các ankyl nitrat ít được sử dụng vì dễ gây nổ
2.5 Các este của axit sulfonic
Các este hữu cơ của axit sulfonic thơm có ý nghĩa thực tế, nó có tác dụng tương tự các diankyl sulfat
Nhóm tác nhân này dùng để ankyl hoá nhóm –OH phenol hoặc –NH amin Một số tác nhân điển hình như metyl benzensulfonat, benzyl benzensulfonat hoặc metyl benzyl este của axit p-toluen sulfonic
OH
O
O
+
OCH3
S O H O
O +
2.6 Các muối amoni bậc 4
Tác nhân phenyl trimetyl amoni clorua hay được sử dụng Tác nhân này methyl hoá chọn lọc nhóm –OH phenol trong môi trường kiềm Vì thế nó được
sử dụng để metyl hoá morphin thành codein
3 CÁC LOẠI ANKYL HOÁ
3.1 C-ankyl hoá
Thường ankyl hoá các hợp chất có chứa nhóm metylen hoạt động như este malonat, acetoacetat ethyl, vv
Tác nhân ankyl hoá: ankyl halogenua, diankyl sulfat, ankyl sulfonat, vv
Ví dụ:
-2
NC-CH -COOR' + B ���NC-C H-COOR' + BH
Trang 3R X + HC
CN COOR'
R CH
CN COOR'
+ X
Xúc tác thường là các base như alcolat kim loại, natri hydrid, Na, K
Dung môi thường là alcol, ete hoặc benzen
3.2 O-ankyl hoá
Ankyl hoá nhóm –OH của ancol hoặc phenol tạo ra ete
- Điều chế các ancol-ete:
o 4
2 4
HgSO ,80 C
2 2
H SO
R-ONa + X-R' R-O-R' + H O
���
����
- Điều chế các phenol-ete
Các phenol-ete được điều chế theo phương pháp tương tự ete mạch thẳng Tác nhân ankyl hoá thường dùng là ankyl halogenua, diankyl sulfat, ankyl toluen sulfonat trong môi trường kiềm
Ví dụ:
3.3 N-ankyl hoá
Ankyl hoá amoniac hoặc amin thu được các amin có bậc cao hơn hoặc muối amoni bậc 4
Nếu dùng tác nhân là ancol thì quá trình dừng lại ở amin bậc 3
Muốn thu được amin bậc 2 phải tiến hành bảo vệ một nguyên tử hidro bằng cách acyl hoá, sau khi ankyl hoá tiến hành thuỷ phân để tách nhóm bảo vệ
R NH2 ClSO3H R NH SO3H R'X R N SO3H
R'
H 2 O
R NH R' Gần đây, nhờ sử dụng nhôm ancolat làm tác nhân ankyl hoá, hiệu suất phản ứng cao hơn và không lẫn tạp chất diankyl hoá
+ (C2H5O)3Al
3.4 S-ankyl hoá
S-ankyl hoá thường là phản ứng giữa hợp chất mecaptan với ankyl halogen nua, thu được các thioete
-OH
R-SH + X-R'����R-S-R' + HX
Trang 4Ví dụ:
CH 2 SH
C CH3
CH 3
CH3 Cl +
CH 2 S C
CH 3
CH 3
CH3
+ HCl
4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG ANKYL HÓA
a) Nhiệt độ
Tác nhân ankyl hoá như metanol, etanol, ankyl halogenua, phản ứng thực hiện ở nhiệt độ cao hơn khi dùng ankyl sulfat
Với amin thơm, khi nhiệt độ tăng, nhóm ankyl có xu hướng chuyển vị vào vòng
b) Áp suất
Hầu hết phản ứng ankyl hoá thực hiện trong pha lỏng nên ko cần áp suất
c) Tỷ lệ cấu tử phản ứng
Dùng thừa tác nhân ankyl ảnh hưởng đến mức độ ankyl hoá của sản phẩm, đặc biệt là đối với ankyl halogenua và diankul sulfat Có thể loại ảnh hưởng này bằng cách sử dụng ancol là tác nhân alkyl hoá yếu hơn
Với amin, tỷ lệ ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ amin các bậc trong hỗn hợp sau phản ứng
5 CÁC TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG
5.1 Phương pháp gián đoạn
Với chất dễ phản ứng, không cần thực hiện ở nhiệt độ cao, phản ứng toả nhiệt cần làm lạnh
Chất ankyl hoá được hoà tan trong dung môi thích hợp, thêm xúc tác, nâng nhiệt
độ và cho dần tác nhân ankyl hoá vào Khống chế nhiệt độ trong suốt thời gian phản ứng Kết thúc phản ứng, làm lạnh, đổ hỗn hợp vào nước đá Tách pha hữu
cơ, rửa lại với nước, làm khan và cất phân đoạn ở áp suất giảm để thu sản phẩm Với chất khó phản ứng: Cho hỗn hợp chất phản ứng, xúc tac vào bình/nồi phản ứng Nâng nhiệt và duy trì nhiệt độ trong thời gian cần thiết Kết thúc phản ứng, cất loại nguyên liệu thừa và xử lý hỗn hợp sau phản ứng như trường hợp trên
5.2 Phương pháp liên tục
Tiến hành trong thiết bị chịu áp lực hình tháp Chất cần ankyl hoá, tác nhân và xúc tác được hoá hơi và đưa liên tục vào bình phản ứng Sau thời gian cần thiết, lấy hỗn hợp sau phản ứng đó ra khỏi tháp một cách liên tục, được ngưng tụ và
xử lý như trường hợp gián đoạn
6 VÍ DỤ
6.1 Sản xuất thuốc gây ngủ dietyl barbituric (Veronal)
Tổng hợp Veronal qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tổng hợp dietyl malonat dietyl este bằng phản ứng ankyl hoá
dietyl malonat với etyl bromua, xúc tác ancolat natri trong môi trường ancol
Giai đoạn 2: Ngưng tụ dietyl malonat dietyl este với ure tạo thành dietyl
barbituric (Veronal)
Trang 5COOC2H5 COOC2H5
1) NaOC 2 H 5
COOC2H5 COOC2H5
C2H5
1) NaOC 2 H 5
2) C 2 H 5 Br
C COOC2H5 COOC2H5 (C2H5)2
C=O
H2N
H 2 N
C
NH C C
C NH O
O
O
C2H5
C2H5
- 2C 2 H 5 OH
6.2 Sản xuất thuốc giảm ho, giảm đau codein bằng phương pháp ankyl
hoá Morphin.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1 Thế nào là quá trình ankyl hoá? Các phân loại và mục đích của quá trình ankyl hoá?
2 Trình bày các loại tác nhân ankyl hoá?
3 Trình bày các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng ankyl hoá?
4 Trình bày phản ứng tổng hợp Veronal và tổng hợp Codein trong công nghiệp?