Phản ứng acyl hoá sử dụng các tác nhân axit thường tiến hành ở nhiệt độ cao khoảng 200°C.. Các este Các este là tác nhân acyl hoá trung bình và yếu nhưng nó hay được sử dụng trong nhiều
Trang 1Chương 6: PHẢN ỨNG ACYL HOÁ
A MỤC TIÊU
- Trình bày được khái niệm và phân loại phản ứng acyl hoá.
- Trình bày được các tác nhân acyl hoá
- Trình bày được cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng acyl hoá
B NỘI DUNG
1 ĐẠI CƯƠNG
1.1 Khái niệm
Acyl hoá là quá trình thay thế nguyên tử hidro của hợp chất hữu cơ bằng nhớm acyl (RCO-)
R-H + (CH CO) O→R-COCH + CH COOH
Ví dụ:
Acyl là gốc còn lại khi loại đi nhóm –OH từ axit vô cơ chứa oxi, axit cacboxylic hoặc axit sulfonic
Một số nhóm acyl quan trọng như R-CO-; R-SO2-; R-OCO-; R-NH-CO-, trong đó gốc R là hidrocacbon mạch thẳng hoặc nhân thơm
Mục đích của quá trình acyl hoá:
- Tạo ra hợp chất có tính chất mới
- Tạo ra nhóm bảo vệ trong quá trình tổng hợp hoá học một số chất
- Tạo ra hợp chất trung gian trong quá trình tổng hợp hoá học
1.2 Phân loại
a) O-acyl hoá:
Là quá trình thay thế H của nhóm –OH: ancol, phenol, enol hoặc phenol bằng nhóm acyl Sản phẩm là các este hoặc anhidrit
Trang 22 2
ROH + R'COX ROCOR' + HX 2RCOOH (RCO) O + H O
Ví dụ:
b) N-acyl hoá
Là quá trình acyl hoá amoniac hoặc amin hữu cơ để thu được các amid 2
R-NH + R'COX→R-NH-CO-R' + HX
Ví dụ:
c) S-acyl hoá (thay thế H của nhóm –SH)
Là quá trình acyl nhóm –SH của thioancol hoặc thiophenol thu được các thioeste
R-SH + R'COX→R-S-CO-R' + HX
Ví dụ:
d) C-acyl hoá
Là quá trình thay thế H của những hợp chất hữu cơ chứa H hoạt động
Na
C(COOR) + OC H CH(COOR) + C H O
CH(COOR) + CH CO CH CO-CH(COOR
Cl ) +NaCl
Ví dụ:
Trang 32 TÁC NHÂN ACYL HOÁ
Tác nhân acyl hoá có dạng:
2.1 Các axit cacboxylic
Thường dùng để acyl hoá amin và alcol thu được sản phẩm là các este
(không acyl hoá được phenol)
Phản ứng acyl hoá alcol thường là thuận nghịch, nên trong phản ứng thường phải tiến hành tách nước để tăng hiệu suất của phản ứng
Phản ứng acyl hoá sử dụng các tác nhân axit thường tiến hành ở nhiệt độ cao (khoảng 200°C)
Tác nhân acyl hoá hay được sử dụng là axit formic, axit axetic
2.2 Các este
Các este là tác nhân acyl hoá trung bình và yếu nhưng nó hay được sử dụng trong nhiều trường hợp, đặc biệt là những este có chứa nhóm hút điện tử mạnh
Ví dụ:
Clorocacbonat etyl là tác nhân được sử dụng để đưa nhóm etylcacbonat vào phân tử hợp chất hữu cơ
Este được dùng trong các trường hợp O-acyl, N-acyl và C-acyl hoá Tuy nhiên, trong công nghiệp este it được dùng trong phản ứng N-acyl hoá trừ trường hợp điều chế formamid và dimetyl formamid
2.3 Các amid
Các amid là tác nhân acyl hoá yếu nên ít được sử dụng Hai tác nhân hay được sử dụng hơn là formamid (HCONH2) và carbamid (H2NCONH2)
Carbamid được dùng để acyl hoá alcol thành uretan
Trang 42.4 Các anhidrit axit
Anhidrit axit là tác nhân acyl hoá mạnh, có thể acyl hoá được amin, ancol, phenol
Tác nhân hay được sử dụng là anhidrit axetic, nó ít bị thuỷ phân trong nước nên có thể acyl hoá trong môi trường nước hoặc môi trường kiềm
Nếu tác nhân là anhidrit hỗn tạp (anhidrit tạo ra từ 2 axit khác nhau) thì nhóm acyl nào hoạt hoá hơn sẽ thế vào phân tử hợp chất cần acyl hoá
Xúc tác cho phản ứng acyl hoá bằng anhidrit axit thường là các amin bậc 3 như trietylamin, pyridin, vv
Ví dụ 1: Tổng hợp axetanilit
Ví dụ 2: Tổng hợp Aspirin
2.5 Các halogenua axit
Halogenua axit là tác nhân acyl hoá rất mạnh, trong đó clorua axit được sử dụng nhiều nhất
Halogenua axit thường là chất lỏng, dễ bị phân huỷ bởi nước Quá trình acyl hoá thường tạo ra các axit H-Hal nên người ta phải sử dụng các bazơ hữu cơ như pyridin, trietylamin, quinolin, dietylanilin, là chất hấp thụ
Các clorua axit ít bị thuỷ phân bởi nước như clorua axit của axit thơm, sulfonyl clorua, có thể dùng để acyl hoá trong dung dịch kiềm 10-20% hoặc cacbonat kiềm
Một số tác nhân acyl hoá halogenua axit điển hình như axetyl clorua, benzoyl clorua, photgen, benzensulfoclorua, vv
Halogenua axit có thể sử dụng để acyl hoá nhóm ancol, amin, vv
2
ROH + R'COX ROCOR' + HX RNH + R'COX R-NHCOR' + HX
Trang 5Ví dụ:
2.6 Xeten
Xeten (CH2=CO) là tác nhân acyl hoá mạnh nhất, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Xeten được sử dụng để acyl hoá các nhóm –OH ancol, -NH amin và –OH axit
Xeten là tác nhân acyl hoá chọn lọc nhóm –NH amin, vì ở nhiệt độ thường
nó phản ứng mạnh với –NH của amin mà không phản ứng với nhóm –OH của ancol
3 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
Liên kết C-X trong RCOX có thể bị phân cắt theo kiểu đồng ly hoặc dị ly
Phản ứng acyl hoá có thể xảy ra theo cơ chế thế gốc, thế ái điện tử hoặc thế
ái nhân
3.1 Acyl hoá theo cơ chế gốc
Dưới tác dụng của tác nhân peroxid, gốc acyl được hình thành và tham gia vào phản ứng theo cơ chế gốc tự do
peroxid
CH C O + CH =CH-CH CH CO-CH -C H-CH
CH CO-CH -C H-CH + H CH CO-CH -CH -CH
→
3.2 Acyl hoá theo cơ chế ái điện tử
Nhóm acyl dễ bị phân cực do đôi điện tử lệch về phía nguyên tử oxi có độ
âm điện lớn hơn Nếu X trong RCOX là nhóm hút điện tử mạnh thì tác nhân này càng dễ bị phân li thành cation acyli (RCO+) Cation này tham gia phản ứng theo cơ chế ái điện tử SE
RCOX + R'OH→RCOOR' + HX
Cơ chế:
R C
O X
R C O + X
Trang 6R C
O
O H R'
O R'
-H R C O R' O
3.3 Acyl hoá theo cơ chế thế ái nhân
Phản ứng acyl hoá theo cơ chế ái nhân ít xảy ra do sự khó khăn trong hình thành anion acyli (RCO-) Các andehit trong môi trường kiềm mạnh tạo thành hợp chất dime là một trường hợp đặc biệt
C O CN
CN
OH C
O
H + CN
C CN
OH
O C H
C CN
OH
C H
O +
C CN
OH
C H
O
C
O
C H
OH -CN
4 CÁC YẾU TỔ ẢNH HƯỞNG TỚI PHẢN ỨNG ACYL HOÁ
4.1 Xúc tác
Phản ứng acyl hoá có thể sử dụng xúc tác axit hoặc bazơ tuỳ thuộc vào tác nhân phản ứng
Acyl hoá ancol hoặc amin bằng tác nhân halogenua axit hoặc anhidrit axit,
sử dụng xúc tác bazơ là các amin bậc 3 như trimetylamin, pyridin, quinolin, 4-dimetyl aminopyridin, một số trường hợp có thể dùng cacbonat kiềm hoặc kiềm
Acyl hoá ancol bằng axit cacboxylic sử dụng xúc tác H2SO4
4.2 Dung môi
Dung môi của quá trình acyl hoá thường là các chất tham gia phản ứng (các ancol hoặc amin) hoặc chính tác nhân acyl hoá
Trường hợp các chất tham gia phản ứng không hoà tan tác nhân acyl hoá thì dùng một dung môi trợ tan thích hợp (benzen, toluen, clobenzen, cloroform, cacbon tetraclorua, diclometan, vv
4.3 Nhiệt độ
Acyl hoá là quá trình toả nhiệt Tuy nhiên, giai đoạn đầu cần cung cấp nhiệt cho phản ứng, sau đó có thể phải làm lạnh để giảm bớt nhiệt của phản ứng Giai đoạn cuối cần cung cấp nhiệt để phản ứng kết thúc
Nhiệt của phản ứng phụ thuộc vào tác nhân tham gia phản ứng
5 MỘT SỐ PHẢN ỨNG ACYL HOÁ
5.1 Điều chế thuốc hạ nhiệt, giảm đau Aspirin
Cho axit salicylic tác dụng với anhidrit axetic, sử dụng H2SO4 làm xúc tác, thực hiện phản ứng ở 80 ÷ 90°C, duy trì thời gian khoảng 30 phút Sau đó để nguội, lọc lấy tinh thể, rửa bằng nước và sấy để thu sản phẩm
Trang 75.2 Bán tổng hợp thuốc sốt rét Artesunat
Acyl hoá dihidroartemisinin bằng anhidrit succinic với chất xúc tác là các amin bậc 3 như pyridin, trietylamin hoặc 4-dimetylamino pyridin
5.3 Điều chế Axetanilid
Axetanilid được điều chế từ phản ứng của anilin và axit axetic ở 140°C, thời gian 8 ÷ 10h
Trong quá trình phản ứng nước sinh ra được cất ra liên tục Sau đó, hỗn hợp được làm lạnh bằng nước đá để thu được tinh thể sản phẩm Rửa lại bằng nước, lọc
và sấy
NH2 + CH3COOH
+ H2O
CÂU HỎI ÔN TẬP
1 Trình bày khái niệm và cách phân loại quá trình acyl hoá?
2 Trình bày các loại tác nhân của quá trình acyl hoá?
3 Trình bày cơ chế và một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình acyl hoá?
4 Trình bày phương pháp tổng hợp aspirin và acetanilid?