Đề tài Tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn suất của benzothiazole

Trong phần tổng quan chúnh tôi đã tóm tắt những hướng ứng dụng chính của benzothiazole và một số dẫn xuất của nó theo một số hướng cụ thể . Quá trình tổng hợp các dẫn xuất 3- ( 2-R-Vinyl) - 2-benzothiazolinone xuất phát từ 2- MBT kỹ thuật là nguyên liệu dễ kiếm , rẻ tiền . Sau khi tinh chế được 2-MBT tinh khiết, chúng tôi đã thực hiện một chuỗi các phản ứng : oxyhoá 2-MBT , cộng với formaldehyde , thế nhóm hydroxyl bằng nguyên tử chlor , phản ứng với triphenyphosphin và cuối cùng là thực hiện phản ứng Wittig với tác nhân là benzaldehyde và các benzaidehyde thế. Tất cá các quá trình đều được tiến hành nhiều lần để tìm ra phương pháp tốt nhất . Sản phẩm của phản ứng đã được kiểm tra bằng điểm nóng chảy , phân tích nguyên tố và phổ hồng ngoại . Kết quả cho thấy sản phẩm đạt độ tinh khiết khá cao . Áp dụng phản ứng Wittig cho từng quá trình tổng hợp cụ thể , chúng tôi đã có gắng tìm kiếm những điều kiện thích hợp nhất về nhiệt độ , dung môi và đặc biệt là base . Các quá trình chuyển hóa chất trong các phản ứng kế tiếp nhau được theo dõi và kiểm tra trên phổ hồng ngoại . kết quà cho thấy : các vạch đặc trưng trên phổ đã rất phù hợp với các chất trong quá trình chuyển hóa . Cũng từ đây nhấn mạnh thêm vai trò của phổ IR trong việc ứng dụng để theo dõi quá trình phản ứng và xác định cấu trúc của các chất là rất quan trọng

pdf67 trang | Chia sẻ: builinh123 | Ngày: 30/07/2018 | Lượt xem: 447 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn suất của benzothiazole, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
i da . Các dẫn xuất thế ở vị trí 3 của 2-hydroxybenzothiazole như 3- acetonitril - 2- Benzothiazolinone , 3-metyl -4-chlor-2-benzothiazolinone . Các dẫn xuất mà nhóm thế ở vị trí thứ 3 của 2- benzothiazolinone có chứa lưu huỳnh như 3-alkyl-thioalkyleste -2- benzothiazolinone , 3-thioester-2-benzothiazolinone . Các dẫn xuất mà nhóm thế ở vị trí thứ 3 có chứa nitrogen như các amide , các hydrazide , các imidoester , imidoamide , imidoanhydride và các muối amonium bậc bốn của 2-Benzothiazolinone có tác dụng điêu khiển sự phát triển của thực vật. đặc biệt là 3- 2 Acetonitril-2-Benzothiazolinone có tác dụng làm tăng hàm lượng đường của cả cải đường . 3-metyl-4-chlor- 2-Benzothiazolinone có tác dụng làm tăng năng suất lúa và kìm hãm sự phát triển của thực vật. Trong những vấn đề đã trình bày ở trên và các thông tin khác mà chúng tôi đã thu thập dược, chúng tôi nhận thấy rằng : Các dẫn xuất có nhóm thế ở vị trí thứ 3 của 2- Benzothiazolinone có hoạt tính sinh lý mạnh đối với cây trồng .Nhiều dẫn xuất thuộc loại này đã được nghiên cứu và có chất đã áp dụng trong thực tế\ Tuy nhiên chứng tôi cũng nhận thấy dẫn xuất có nhóm vinyl ở vị trí thứ 3 của 2-Benzothiazolinone chưa được nghiên cứu nhiều . Vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu loại dẫn xuất này . Để tổng hợp dẫn xuất có nhóm vinyl ở vị trí thứ 3 của 2-Benzothiazolinone , chúng tôi đã áp dụng phản ứng Wittig trong những điều kiện thích hợp cho mỗi quá trình tổng hợp . Phản ứng Wittig thường được sử dụng để điều chế các olefin có nhóm thế , nó có ưu điểm hơn các phương pháp khác là trong quá trình phản ứng không tạo ra các olefin đồng phần cấu tạo . Áp dụng phản ứng Wittig , chúng tôi đã tổng hợp được các chất có dạng chung là 3- (2-R-vinyl ) 2-Benzothiazolinone . Nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất này dựa vào hằng số vật lý , phân tích nguyên tố, quang phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR ) .Chúng tôi cũng có ý định thử hoạt tính sinh lý của các chất đã tổng hợp , hy vọng tìm ra những ứng dụng thực tế, song vì điều kiện kinh phí không cho phép nên chúng tôi chưa thề tiến hành được . Đây cũng là vấn đê mà chúng tôi mong muốn được phát triển tiếp theo sau khi đã nghiệm thu đề tài, Để thực hiện đề tài này , chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban Giám Hiệu , Phòng Quản lý Khoa Học-Thiết Bị , Trung Tâm Dịch vụ phòng thí nghiệm , Ban Chủ Nhiệm Khoa Hóa và đặc biệt là anh chị em trong Tổ Bộ môn Hoá Hữu cơ. Nhân dịp được nghiệm thu đề tài, chúng tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu , các phồng Ban , các đơn vị và cá nhân đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên chúng tôi cả về vật chất và tinh thần để chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ . 3 I. TỔNG QUAN 4 I.1 BENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CƠ BẢN CỦA NÓ I.1.1 Benzothiazole. Phân tử benzothiazole là trƣờng hợp đặc biệt của hệ thống dị vòng. Những tính chất hóa học và hóa lý chứng tỏ rằng vòng thiazole về bản chất nó không có đặc tính thơm. Thực nghiệm cho biết phản ứng thế electronpin(chlor hóa,brom hóa, nitro hóa) đều xảy ra ở nhân benzen và trƣớc hết là ở vị trí 6 [4] . Ngay cả trong trƣờng hợp của 2-phenyl-benzothiazole phản ứng cũng vẫn xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra ở vị trí 2 của vòng phenyl mới thế vào [5,6] . Dƣới tác dụng của base mạnh, vòng thiazole bị phá vỡ. Sự phá vỡ vòng đƣợc tăng cƣờng khi ở vòng benzen có nhóm hút electron [7] . Bezothiazole có thể điều chế bằng một trong các phƣơng pháp sau: * Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với các dẫn xuất của acid. Từ các dẫn xuất của acid để tổng hợp benzothiazole thƣờng đƣợc dùng nhất là chloride và anhydride acid [8,9,10] . 5 * Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde R=alkyl, hydrogen, aril. * Benzothiazole cũng có thể đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp Jakbson [11] I.1.2 2-Mercaptobenzothiazole( 2-bezothiazolinthione) viết tắt là 2-MBT. Tên thƣơng mại là Kaptax, Vulkaxit, thiotax . Là chất bột mịn màu vàng sáng, có vị cay,mùi đặc trƣng. Nhiệt độ nóng chảy của 2-MBT kỹ thuật là 165-170°C, của 2-MBT tinh khiết là 173-174°C. Khối lƣợng phân tử 167,25. 2-Mercaptobenzothiazole là chất đƣợc sử dụng sớm nhất để làm tăng tốc độ quá trình lƣu hóa cao su. nó tan trong acetone, ethanol, benzene, chloroform, acetic acid băng,...và thực tế không lan trong nƣớc. 2-MBT lần đầu tiên đƣợc điều chế vào năm 1887 do A.W.Hofmann [8] 6 * Bằng tác dụng của CS2 vào o-aminothiophenol * Bằng tác dụng của NaHS vào 2-chlorobenzothazole * Bằng tác dụng của CS2 với O.O’-diaminodiphenylsulfide * Phƣơng pháp điều chế 2-MBT thuận lợi nhất là xuất phát từ aniline cho tác dụng với CS2 và S dƣới áp suất và nhiệt độ cao : Để thu đƣợc hiệu suất cao nhất, tỷ số mole của các chất phản ứng: Aniline : CS2 : S = 1 : 1,4 : 1,02 * Trong thực tế một số lƣợng lớn 2- MBT đƣợc điều chế bằng cách tinh chế 2-MBT kỹ thuật. [12] 2-MBT tồn tại chủ yếu ở dạng thione[13] , nổ tạo ra sự cộng kết nhờ liên kết hydrogen yếu trong dung dịch cứng nhƣ ở trạng thái rắn. 7 Kết quả này nhận đƣợc dựa trên sự đo momen lƣợng cực [14] . Phản ứng alkyl hóa trực tiếp 2-benzothiazolinthione bằng dẫn xuất halogen sẽ tạo thành 2- alkylthiobenzothiazole. Nếu alkyl hóa bằng dimethyl sulfate ngoài sản phẩm trên còn xuất hiện một lƣợng nhỏ 3-methyl-2-benzothiazolinthione [15] . Ở nhiệt độ trên 200°C bằng tác dụng của iodine dẫn xuất S-alkyl chuyển vị thành dẫn xuất N-alkyl [16] . I.1.3.2-Hydroxybenzothiazole (2-Benzothiazolinone) 2-Hydroxybenzothiazole có thể tồn tại ở hai dạng tautomer: Momen lƣỡng cực tính đƣợc đối với 2-Hydroxybenzothiazole là 2,4D, và đối với 2- benzothiazolinone là 3,8D. Bằng thực nghiệm đã nhận đƣợc là 3,66D, điều 8 đó khẳng định rằng trong các phản ứng nổ tham gia ờ dạng ketone[17] . Kết quả nhận đƣợc phù hợp với các quá trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hóa, acyl hóa hoặc hydroxymethyl hóa. Trong tất cả các phản ứng này ngƣời ta đều thu đƣợc dẫn xuất thế ở vị trí 3 của 2- benzothiazolinone [27] Bằng thực nghiệm ngƣời ta nhận thấy rằng, khi methyl hóa bằng diazo methane trong ether đã xuất hiện 3-methyl-2-benzoth azolinone cùng với 2-raethoxy benzothiazole. H.Zinner và W.Nimmich [19] đã giải thích quá trình phản ứng này nhƣ sau: Trong phản ứng này sản phẩm chủ yếu là 3-methyl-2-benzothiazo-linone. 2-benzothiazolinone phản ứng với formaldehyde tạo thành 3-Hydroxymethyl- 2-benzothiazolinone. 9 Đây là chất đầu thuận tiện cho việc điều chế các dẫn xuất tiếp theo.Thí dụ: bằng tác dụng của thionylchloride thu đƣợc 3-chloromethyl-2-benzothiazolinone, với acetic anhydride thu đƣợc 3-acetomethyl-2-benzothyazolinone, với benzoyl chloride thu đƣợc 3-benzoyl oxymethyl-2-benzothiazolinone. Cấu trúc của 3-chloromethyl-2-benzo thiazolinone đã đƣợc chứng minh bằng phản ứng khử với litiumborhydride xuất hiện 3-methyl-2- benzothiazolinone [20] .Chlor trong 3-chloromethyl-2-benzothiazolinone có hoạt tính hóa học gần tƣơng tự trong các alkylchloride. Trong môi trƣờng kiềm nó phản ứng với thioalcohol hoặc với 2-benzothiazolinone tạo thành bis- 3-(2-benzothiazo linone)methane. Tuy nhiên nếu 3-chloromethyl-2-benzothiazolinone tác dụng với 2- mercaptobenzothiazole sẽ thu đƣợc hợp chất sau [19] . Điều này chứng tỏ rằng khác với 2-benzothiazolinone, 2-mercaptobe zothiazole nó bị alkyl hóa ở vị trí thứ 2[16] . Khi xử lý 2-benzothiazolinonethione với ethylen oxide dƣ có mặt acetic acid xảy ra phản ứng N-hydroxyethyl hóa và có sự biến đổi thiono-oxo tạo thành 3-(2-hydroxyethyl)-2- benzothiazolinone. Sản phẩm này cũng thu đƣợc khi thực hiện phản ứng tƣơng tự với dẫn xuất S-alkylthiobenzothiazole. Một cách tƣơng tự, khi chế hóa các hợp chất có nhóm thế ở nguyên tử nitrogen nhƣ 3-methyl-2- 10 benzothiazolinthione và 2-(2-hydroxyethylthio)benzothiazole cũng xảy ra sự biến đổi thiono- oxo 2-benzothiazolinthione(I) thông thƣờng nó bị alkyl hóa ở nguyên tử lƣu huỳnh, trừ phản ứng Mannich[21] . Ethylene oxide đƣợc dùng để thực hiện phản ứng S-hydroxyethyl hóa của (I) trong dioxane [22] . Phản ứng N-Hydroxyethyl hóa của 2-benzothiazolinthione(I) bằng ethylene oxide trong acetic acid kèm theo sự thay thế nguyên tử lƣu huỳnh bằng nguyên tử oxygen để tạo thành 3-(2-hydroxyethyl)-2-benzothiazolinone (III). Phản ứng này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng lƣợng dƣ 10 lần theo số mole của ethylene oxide trong dung dịch acetic acid ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ . Khi rút ngắn thời gian là một giờ và giữ tỷ lệ số mole (1:1) đã xảy ra phản ứng S- hydroxyethyl hóa tạo thành 2-(2-hydroxyethylthio)-benzothiazole (II). [23,24] , đã sử dụng methanol nhƣ một dung môi. Để chứng minh cấu trúc của (III), 2-benzothiazolinone (VII) đƣợc reflux với 2-bromoethanol có mặt dung dịch natrium hydroxyde, thu đƣợc sản phẩm (21%) đồng nhất với hợp chất (III). 11 Sự biến đổi từ (I) đến (III) qua (II) là sản phẩm trang gian đƣợc biến đổi tiếp theo trong cùng điều kiện. Trong quá trình chuyển hóa trên, ethylene oxide là chất đƣợc dùng để đồng phân hóa các đẫn xuất s và N-methyl, IV,V. Cũng bằng cách này hợp chất S-methyl (IV) đã chuyển thành hợp chất III với hiệu suất 29%. Hợp chất V tạo thành hợp chất oxo tƣơng ứng VI với hiệu suất 88%. Một mình acetic acid đã không có tác dụng lên I, IV hoặc VIII; Điều này đã chứng minh khả năng của ethylene oxide để thực hiện chức năng nhƣ một tác nhân để thay thế nguyên tử lƣu huỳnh bằng nguyên từ oxygen trong dãy benzothiazolinethione. Trong các tài liệu không đƣa ra cơ chế của phân ứng , chúng tôi cho rằng acetic acid cũng tham gia vào phản ứng ở giai đoạn đầu để tạo ra 2-benzothiazolinone. Cơ chế này cũng đƣợc áp dụng cho cả phản ứng của ethylene oxide vào 2- methylthiobenzothiazole trong acetic acid để tạo thành 2-Hydroxy-benzothiazole. Chất này lại tiếp tục phản ứng với tác nhân là ethylene oxide để tạo thành sản phẩm III. 2-Benzothiazolinone đƣợc điều chế bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. V.F Kucherov đã đƣa ra các phƣơng pháp điều chế nổ trong phòng thí nghiệm bằng cách oxyhóa các sulfid trong acetic acid. 12 Trong sản phẩm của phản ứng ngƣời ta đã tách đƣợc cả các dẫn xuất N-acetyl, chƣa có tài liệu nào mô tả chính xác o-acetyl . Nhiều tài liệu mô tả phản ứng acyl hóa xảy ra với sự xuất hiện N-acetyl [25] với một lƣợng dƣới 1% o-acetyl. Từ quan điểm kỹ thuật , có ý nghĩa nhất là oxyhóa 2- mercap tobezo-thiazole bằng hydrogen peroxide trong môi trƣờng kiềm[12] hoặc bằng kali pemanganat [25] sẽ xuất hiện muối kali của sulfoacid tƣơng ứng và sau đó thủy phân trong môi trƣờng acid. Để điều chế dẫn xuất 4-chlor-2-hydroxybenzothiazole , ngƣời ta đã thủy phân dẫn xuất chlor tƣơng ứng là 2,4 -dichlorobenzothiazole theo phƣơng trình sau [20] . 13 Trong quá trình thực hiện đề tài này , chúng tôi đã dùng phƣơng pháp oxyhóa 2-MBT bằng hydrogen peroxide trong môi trƣờng kiềm . Để thu đƣợc 2-hydroxybenzothiazole tinh khiết , chúng tôi đã dùng dung môi là hỗn hợp của ethanol-nƣớc (1:1). Đây là dung môi thích hợp nhất. I.1.4 Ứng dụng thức tế của benzothiazole và một số dẫn suất của nó. Hóa học của benzothiazole đang phát triển rộng rãi đặc biệt là việc sử dụng các dẫn xuất của nó trong ngành công nghiệp cao su , công nghiệp nhuộm và trong những năm gần đây cả trong ngành nông nghiệp và dƣợc học . Một dẫn xuất đơn nhất của benzothiazole là 2-mercapto- bentozothiazole đƣợc dùng trong ngành cao su vừa có tác dụng làm tăng tốc độ lƣu hóa , vừa là chất chống nấm bảo vệ cao su trong quá trình sản xuất [26] . 2-MBT cũng đƣợc dùng làm chất chống nấm cho các loại hàng dệt. Bông , vải, sợi sau khi đƣợc xử lý với 2-MBT sẽ chống đƣợc sự phân hủy trong môi trƣờng ẩm ƣớt , có khả năng kháng cự cao đối với ánh sáng , nhiệt độ và sự phân hủy của vi khuẩn . [27] Các dẫn xuất tiếp theo nhƣ 2-hydrazobenzothiazole ,2- alkyl benzothiazole có tác dụng diệt nấm và chống các loại nấm phá hoại hạt giống. [28] Bằng cách theo dõi tác dụng của các nhóm riêng rẽ của benzothiazole , ngƣời ta nhận thấy rằng : Khi đƣa thêm các nhóm thế hoặc khi kết hợp chúng , có thể làm tăng hoạt tính sinh vật học , hoặc có thể định hƣớng chúng theo một mục đích mong muốn. Từ một số lớn thông tin có thể sắp xếp chúng vào một số nhóm: - Nhóm có tác dụng chữa bệnh ngoài da : 2-alkoxy -,2-alkylthio -6- halogenbenzonthiazole [29] ,2-phenoxy- ,2-phenylthio- và 2 -phenylamino - benzothiazole cũng nhƣ các dẫn xuất 2- alkylsulfonyl 2-alkysulfinyl -6 -nitro benzothiazole và các dẫn xuất halogen của benzothiazole . [30] 14 - Những dẫn xuất của benzothiazole có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực vật, tiêu biểu nhất là các dẫn xuất thế ở vị trí 3 của benzothiazolinone . [31-33] Thí dụ nhƣ: 3-acetonitril - 2 - benzothiazolinone (X=H , n = O) có tác dụng lên cây đậu đỏ nhƣ sau : làm dày phiến lá , làm hẹp phiến lá , kìm hãm sự phát triển bề mặt. Tuy nhiên nó lại có tác dụng tốt đối với cây củ cải đƣờng . Ngƣời ta đã làm thí nghiệm thấy rằng khi bón với hàm lƣợng 0,1 - 0,2kg.ha-1 sẽ làm tăng hàm lƣợng đƣờng là 11%[34]. 3-methyl -4- chlor-2- benzothiazolinone có tác dụng làm tăng năng suất lứa tới 21% , trong khi đó lại làm giảm sự phát triển của thực vật vật tới 10% [35] . Các dẫn xuất thế ở vị trí 3 có chứa lƣu huỳnh của 2 - benzothiazolinone cũng có tác dụng điều khiển sự phát triển thực vật nhƣ : Alkylthioalkylester [36] ,thioester [37], và dithiocarbonat [38] . 15 Các hợp chất này cổ tác dụng làm giảm sự phát triển của đậu , làm ngắn thân cây . Ở những nồng độ cao , chúng có tác dụng diệt cỏ . Thuộc nhóm có tác dụng điều khiển sự phát triển thực vật còn có các dẫn xuất của benzothiazole với nguyên tử nitrogen ỏ mạch nhánh nhƣ : các amide [39 ,40], hydrazid [41] imidoester , imidoamide [42] , imidoanhydride [43] và ngay cả các muối amonium bậc 4 [44] . 16 D'Amico J.J đã tổng hợp đƣợc các dẫn xuất tiếp theo và đã thử nghiệm một cách thành công với cây mía đƣờng và cây củ cải đƣờng , là những chất có tác dụng làm tăng hàm lƣợng đƣờng . 17 Công trình này cũng nêu lên rằng : tác dụng của các chất phụ thuộc vào thời kỳ phát triển của thực vật. Lƣợng thực tế đã áp dụng 0,112 - 5.60kg.ha-1 từ 2-10 tuần trƣớc khi thu hoạch . Sutoris V. cùng đồng nghiệp đã tổng hợp đƣợc một số dẫn xuất tiếp theo và nhận thấy rằng các hợp chất 3-benzyloxycarbonylmethyl-2-benzothiazolinone và 4-chlor-3- benzyloxycarbonylrnethyl -2 -benzothiazolinone cũng có hoạt tính cao đối với sự biến đổi của thực vật và có hoạt tính diệt cỏ [45,46] . Sự biến đổi của các mô và các tế bào thực vật bắt đầu chịu tác dụng ở nồng độ 10-4 - 10 -3 mol/dm 3 . Một vài dẫn xuất còn đựơc ứng dụng trong y học . Từ những dẫn xuất của 2- benzothizolinone có tác dụng chống bỏng đặc biệt là : 5 -chlor - 3-[4-(2-acetoxyethyl) - 1 - piperazinyl carbonylmethyl ] - 2 - benzothiazolinone . 18 I.2. PHẢN ỨNG WITTIG Để tổng hợp các dẫn suất thế ở vị trí số 3 của 2-benzothiazolinone , chúng tôi đã sử dụng phản ứng Wittig . Wittig và Geissler [47] vào năm 1953 đã nhận thấy rằng : tác dụng của benzophenone vào methylene triphenyl phosphoran xuất hiện 1,1 diphenyl ethylene và triphenyl phosphine oxide . Phƣơng pháp này đến ngày nay đƣợc sử dụng rộng rãi để điều chế ethylene gắn với các nhóm thế khác nhau hoặc các olefin nói chung.Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sự thế nguyên tử oxygen của nhóm carbonyl bằng liên kế đôi C=C xảy ra không xuất hiện những olefin đồng phân cấu tạo . Sơ đồ chung của phản ứng nhƣ sau : Điều chế các olefin bằng phƣơng pháp tách nƣớc từ alcohol hoặc tách hydrogen halide (HX ) Từ các alkyl halide , nếu xuất phát từ các alcohol hoặc alkyl halide không đối xứng thƣờng tạo thành một hỗn hợp các olefin đồng phân . Phản ứngWittig còn- là phƣơng pháp rất thích hợp để điều chế các carotenoid , methylene steroid và các hợp chất thiên nhiên khác Năm 1919 Staudinger và Mayer [48] đã nhận thấy rằng từ triphenyl phosphine và diphenyldiazomethane khi đun nóng, nitrogen bị phân cắt tạo thành diphenylmethylenetriphenylphosphoran , chất này tác dụng với phenylizocianat tạo thành N- phenylimindiphenylketene. Phƣơng pháp này không đƣợc áp dụng rộng rãi vì các phosphoran loại này rất bền và không phản ứng với các hợp chất carbonyl thông thƣờng . Lý do thứ hai là các phosphoran loại này điều chế rất phức tạp , không đơn giản . 19 Sau này Luscher bằng cách đun nóng phosphoran trên với diphenylketene ở 140°C trong benzene dƣới áp suất đã thu đƣợc tetraphenylallene với hiệu suất xác định . 1.2.1. Cơ chế của phản ứng Wittig . Phản ứng Wittig thƣờng xảy ra giữa alkylidentriphenylphosphoran và hợp chất carbonyl theo cơ chế sau : Giai đoạn đầu của phản ứng xuất hiện cấu trúc phân cực betain , trong đó phospho mang điện dƣơng , oxygen mang điện tích âm , tạo điều kiện để hình thành hợp chất vòng 4 cạnh . Hợp chất này lại phân hủy để tạo thành sản phẩm . Betain bền vững ở nhiệt độ thƣờng nhƣng dễ bị tác dụng của hydrohalogenid , tạo thành muối tƣơng ứng : Bằng tác dụng của một base thí dụ phenyl litium , nó lại trở lại cấu trúc phân cực nhƣ đã nêu . 20 Ngoài aldehyde và ketone , phản ứng Wittig còn áp dụng cho cả các ketene và các dẫn xuất cỷa ketene . Thí dụ isopropyliden triphenylphosphoran tác dụng với diphenylketene tạo thành 1,1-dimethyl -3,3-diphenylallene Một điều thú vị là bản thân triphenylphosphine cũng tác dụng với các oxide khác để tạo thành olefin . Thí dụ: Hoặc : Tác nhân của phản ứng Wittig có dạng chung là : (C6H5)3 P = CRR' thu đƣợc bằng phản ứng của base và phosphonium halogenid tƣơng ứng . Chúng là những chất kết tinh màu vàng hoặc không màu . Có thể chia thành hai nhóm của các phosphoran : Nhóm thứ nhất gồm các phosphoran mà trong phần alkyliden chứa các nhóm đẩy electron ( R=R'=H hoặc alkyl ) có khả năng hoạt động đặc biệt, nhanh chóng phản ứng với oxygen , ngoài 21 phản ứng với aldehyde , ketone , nó còn phản ứng cả với nƣớc, alcohol và các hợp chất carbonyl khác nhƣ ester. Nhóm thứ hai, gồm các phosphoran mà trong phần alkyliden có chứa nhóm hút electron ( R=H ; R'= aryl ) có khả năng phản ứng yếu hơn . Thí dụ benzilidentriphenyl phosphoran không phản ứng với ketone [49] , diarylmethylene triphenylphosphoran ( R=R'=aryl ) bền với oxygen và các hợp chất carbonyl thông thƣờng , nhƣng bị mất màu khi phản ứng với nƣớc , alcohol và acide [50] . Điều đó có thể giải thích bằng sự giải toả điện tích âm trên nguyên tử carbon của nhóm methylene : Phản ứng Wittig luôn luôn diễn ra qua hợp chất vòng 4 cạnh nhƣ là một sản phẩm trung gian bền vững ; dạng này xác định tốc độ của phản ứng . Tốc độ của phản ứng không những phụ thuộc vào tác nhân mà còn phụ thuộc vào chất phản ứng và điều kiện phản ứng . Trong nhiều trƣờng hợp đã nhận thấy rõ sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào đặc tính của hợp chất carbonyl ban đầu . Thí dụ theo dõi phản ứng của fluorenyliden triphenyl phosphoran với những hợp chất carbonyl có nhóm thế đã đƣa ra các số liệu sau :[50] 22 Khi nguyên tử carbon của nhóm carbonyl liên kết với các nhóm hút electron làm tăng khả năng phản ứng và hiệu suất phản ứng cũng cao hơn khi nổ liên kết với các nhóm thế đẩy electron . I.2.2 Hóa học lập thể của sự hình thành olefin trong phản ứng Wittig . Khi ylid và hợp chất carbonyl có các nhóm thế không đối xứng , thƣờng xuất hiện một hỗn hợp các đồng phân cis và trans của olefin . Thí dụ phản ứng của alkyliden triphenylphosphoran với benzaldehyde xuất hiện cis và trans 1-phenylbutadiene (1;1 ) . Tỷ lệ các đồng phân cis-trans có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện phản ứng nhƣ: chất phản ứng , tác nhân, xúc tác và base đƣợc sử dụng. Thí dụ acrolein và phosphoran (I) tác dụng với nhau xuất hiện chỉ trans -hydrocarbon II , nhƣng trong phản ứng của alkyliden triphenylphosphoran với aldehyde III lại hình thành hỗn hợp cis và trans hydrocarbon II Tác dụng của benzylmethyltriphenylphosphonium với butanide litium và sau đó với benraldehyde tạo thành hỗn hợp 30% cis và 70% trans stylben [49] . Kết quả này đƣợc giải thích nhƣ sau : 23 Khi sử dụng ethanolat sodium trong alcohol nhƣ một tác nhân base sẽ thu đƣợc hỗn hợp 53% Cis và 47% trans stylben . Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tỷ lệ các đồng phân cis , trans có thể thấy rõ trong thí dụ sau: Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng sẽ cho hỗn hợp hai đồng phân cis -trans,nhƣng khi đun nóng trong ether lh chỉ cho đồng phân trans - trans Nói chung , phản ứng Wittig cho hỗn hợp các đồng phận cis và trans của alkene . Tỷ lệ các dồng phân cis và trans phụ thuộc vào điều kiện phản ứng . sản phẩm của phản ứng đƣợc xác định bằng sự hình thành liên kết đôi giữa nhóm methylene của ylid và nguyên tử carbon của nhóm carbonyl trong hợp chất carbonyl. tỷ lệ các đồng phân cis và trans phụ thuộc cả vào tƣơng tác lập thể của phản ứng . Đồng phân trans đƣợc tạo thành dễ hơn do tƣơng tác lập thể thấp hơn so với đồng phần cis [51] 24 Bằng thực nghiệm theo dõi muối phosphonium hoạt động quang học trong phản ứng đã khẳng định đƣợc rằng : Phản ứng Wittig xảy ra với sự bảo toàn cấu hình của nguyên tử phospho [52] II. THỰC NGHIỆM 25 II.1. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP : Để tổng hợp các dẫn xuất của 2 - benzathiazolinone , chúng tôi đã xuất phát từ 2- mercaptobenzothiazole dựa theo sơ đồ tổng quát sau : II.2. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP CÁC CHẤT. II.2.1. Tổng hợp 2- mercaptobenzothiazole tinh khiết [12] ( I ) 100g 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật đƣợc hoà tan trong 2l nƣớc . Khuấy và đun ở nhiệt độ 85-90°C . Vừa đun vừa cho từ từ 75- 80ml dung dịch amomiac 26% . Trong khi đun với những chất bẩn nổi trên bề mặt dung dịch. Sau khi cho hết dung dịch amoniac,cho từ từ 4- 4,5ml H2O2 30% đƣợc hoà tan trong 50ml nƣớc nóng .Tiếp tục loại các chất bẩn trên bề mặt hỗn hợp phản ứng . Sau khi đun dung dịch màu vàng của muối amonium của 2-MBT tách khỏi chất bẩn ở đáy bình phản ứng . Lọc lấy dung dịch trong màu vàng sáng . Thêm vào dung dịch 5g than hoạt tính , đun sôi và sau đó để nhiệt độ hạ xuống đến 45-50°C, lọc và sau đó thêm nƣớc nóng để đƣợc 3,6 l . Đun sôi , cho thêm 4g Na2SO3 và sau đó 75ml acetic acid trong 200ml nƣớc. Để kết tủa lắng xuống và lọc , rửa bằng nƣớc nóng. Hiệu suất 57,8g ( 57,80% ) (tài liệu 65% ) 26 Điểm nóng chảy 180-183°C (tài liệu 181-183°C ) Công thức phân tử: C7H5NS2; M= 167,25 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 50,27 2,97 8,35 38,34 Phân tích 50,19 3,00 7,72 38,40 Phổ hồng ngoại * Vòng benzen : √(=C - H) : 3040 cm-1 √(C= C) : 1600 cm-1 Dao động vòng , 1500 cm-1 , 1430 cm-1 δ(=C - H) : 755 cm-1 * Vòng 5 cạnh : √(N - H) : 3110 cm-1 √(C - N) : 1320 cm-1 √(C - S) : 670 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=S) : 1245 cm-1 II.2.2. Tổng hợp 2-Hydroxybenzothiazole (2-benzothiazolinone) [12] (lI). Phản ứng đƣợc thực hiện trong bình cầu hai cổ có lắp máy khuấy , phễu nhổ giọt. Hỗn hợp phản ứng gồm 16,7g (0.lmole ) 2-MBT; 8,4g (0,15mole )KOH và 100ml nƣớc. Sau khi khuấy cho hỗn hợp phản ứng tạo thành dung dịch trong suốt. Từ phễu nhỏ giọt cho từ từ 66ml H2O2 30%. Nhiệt độ phản ứng đuợc giữ trong khoảng 48- 52°C. Trong suốt thời gian cho H2O2 phải khuấy liên tục và nhiệt độ không đƣợc vƣợt quá 55°C. Sau khi cho hết H2O2 tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng 3h nữa ở nhiệt độ 45- 50°C.Muối Kali của sulfonic acid từ từ tách ra, sau đó nhiệt độ đƣợc tăng từ từ đến 60OC. Hỗn hợp đƣợc khuấy tiếp tục 2h nữa ở nhiệt độ này. Muối tan tạo thành dung dịch đặc. Sản phẩm phản ứng đƣợc để yên 24h , muối tách ra , lọc tách lấy sản phẩm. Sau khi làm khô ở nhiệt độ phòng , muối kali của sulfonic acid đƣợc hoà tan vào nƣớc, acid hóa bằng HCl đến môi trƣờng acid . Dung dịch đƣợc đun đến 27 khi nào không còn mùi của SO2 bay ra . Chất kết tinh của 2-hydroxy-benzothiazole dần dần tách ra từ dung dịch. Lọc và kết tinh lại bằng hỗn hợp ethanol-nƣớc (1:1) Hiệu suất l0g (66%) Đnc 138-141°C (tài liệu : 139-141°C ) Công thức phân từ C7H5NOS ; M= 151,18 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 55,60 3,32 9,26 21,20 Phân tích 55,71 3,28 9,29 21,04 Phổ hồng ngoại * Vòng benzen : √(=C - H) : 3037 cm-1 √(C= C) : 1594 cm-1 Dao động vòng , 1480 cm-1 , 1465 cm-1 δ(=C - H) : 743 cm-1 * Vòng 5 cạnh : √(N - H) : 3109 cm-1 √(C - N) : 1036 cm-1 √(C - S) : 639 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=O) : 1662 cm-1 II.2.3. Tổng hợp 3-hydroxymethyl -2- benzothiazolinone [19] (III) 8g (0,052 mole ) 2- hydroxybenzothiazole đƣợc hoà tan trong 20ml ethanol trong bình cầu 2 cổ có lắp máy khuấy và ống sinh hàn . Sau khi dung dịch trong suốt, cho ngay một lần 11ml dung dịch formaldehyde 40% . Hỗn hợp phản ứng đƣợc đun đến sôi. Làm lạnh nhanh và để dung dịch kết tủa. Để kết tủa tốt hơn, có thể cho thêm vài giọt nƣớc lạnh và để đứng yên . Hiệu suất 7g (74%) Đnc : 99-102°C (t.l . l01 -104,5°C ) Công thức phân tử : C8H7N02S ; M= 181,06 28 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 53,06 3,86 7,73 17,70 Phân tích 53,21 3,92 7,25 17,54 Phổ hồng ngoại : Vòng benzen : √ (=C-H) : 2959 cm-1 √ (C=C) : 1586 cm-1 Dao động vòng : 1471 cm-1 ; 1450 cm-1 δ(=C-H) : 754 cm-1 Vòng 5 cạnh : √ (N-H) :không còn √ (C-N) : 1311 cm-1 √ (C-S) : 669 cm-1 Các nhóm khác : √ (-CH2-) : 2900 cm-1 √ (C=O) : 1640 cm-1 √ (OH) : 3336 cm-1 II.2.4. Tổng hợp 3-chloromethyl-2-benzothialinone [19] (IV) Phản ứng đƣợc thực hiện trong bình cầu ba cổ có lắp máy khuấy , phễu nhỏ giọt và ống sinh hàn . 6g ( 0,033mole ) 3- hydroxymethyl-2-benzothiazolinone cho vào bình cầu , từ phễu nhỏ giọt cho từ từ 14ml thionylchloride. Trong quá trình cho thionyl chloride phải khuấy liên tục và nhiệt độ giữ ở 20-25°C. Sau vài phút, phản ứng xảy ra. Sau khi cho hết thionyl chloride, nhiệt độ tăng đến 25-30°C . Để phản ứng thực hiện ở nhiệt độ này 2h nữa , sau đó để đứng yên ở nhiệt độ phòng 24h. Sau khi phản ứng kết thúc, thionyl chloride dƣ đƣợc cất dƣới áp suất thấp. Chất rắn kết tinh xuất hiện ,đựơc tách và kết tinh lại bằng benzen. Hiệu suất: 4,2g (63,82%) Đnc : 101-103°C (t.l 100-102,5°C) Công thức phân tử : C8H6ClNOS ; M= 199,58 29 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 48,14 3,00 7,01 16,06 Phân tích 48,33 3,14 7,12 16,06 Phổ hồng ngoại: * Vòng benzen : √(=C-H) : 3058 cm-1 √(C=C) : 1588 cm-1 Dao động vòng : 1474 cm-1 , 1438 cm-1 δ(=C-H) : 717 cm-1 * Vòng 5 cạnh: √(N-H) : Biến mất √(C-N) : 1325 cm-1 √(C-S) : 692cm-1 √(-CH2-) : 2900 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=O) : 1681 cm-1 √(C-Cl) : 750 cm-1 II.2.5.Tổng hợp 2-oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenylphosphonium chloride(V ) Bình cầu đáy tròn có lắp ống sinh hàn chứa hỗn hợp phản ứng gồm : 3g (0,015mole) 3-chlormethyl -2- benzenthiazolinone, 4g (0,015g ) triphenyl-phosphine và 13ml benzene . Bình cầu đƣợc đun trên bếp cách thủy lh .Sau khi phản ứng kết thúc , benzene dƣ đƣợc cất dƣới áp suất thấp . thêm acetone khan đun 15 phút và cất acetone dƣới áp suất thấp làm nhƣ thế 2 lần , sẽ thu đƣợc chất kết tinh trắng mịn . Hiệu suất: 3,5g (50,57 %) ; Đnc : 169-274°C Phân tích phân từ C26H21ClNOPS ; M : 461,95 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 60,60 4,58 3,03 6,94 30 Phân tích 67,23 4,83 3,12 7,15 II.2.6. Tổng hợp 3-(2-phenylvinyn)-2-benzothiazolinone (VI) 2,6g (0,005mole ) 2-oxobenzothiazolyl-3-melhyllriphenyl phosphonium chloride đƣợc hoà tan trong 13ml methanol khan ;thêm vào 0,5g (0,005mole) triethylamine. Khuấy hỗn hợp 5 phút ở nhiệt độ phòng sau đó nhỏ dung dịch của 0,53g (0,005mole)benzaldehyde trong 7ml methanol khan trong khoảng 5phút . Hỗn hợp phản ứng dƣợc đun 5h trên bếp cách thủy . Sau khi làm lạnh thêm khoảng 7-l0ml nƣớc lạnh và để hỗn hợp phản ứng đứng yên qua đêm . Chất kết tinh đƣợc lọc và kết tinh lại bằng ethanol. Hiệu suất 0,4g ( 31%), Đnc : 91-93°C Công thức phân tử: C15H11NOS , M = 253,32 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 48,14 3,00 7,01 16,06 Phân tích 48,33 3,14 7,12 16,06 Phổ hồng ngoại : * Vòng benzene : √(=C-H) : 3063 cm-1 √(C=C) : 1584 cm-1 Dao động vòng : 1467 cm-1 ,1447 cm-1 δ(=C-H) : 692 cm-1 ( vòng phenyl ) ,743 (thế 1,2) * Vòng 5 cạnh : √(C-N) : 1315 cm-1 √(C-S) : 642 cm-1 * Nhóm vinyl: √(C=C) :1649 cm-1 δ(=C-H) : 945 cm-1 √(=C-H) : 2922 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=O) : 1677 cm-1 31 II.2.7. Tổng hợp 3 { 2-(4-chloropheny)Vinyl } -2-benzothiazolinone (VII) 2,6g ( 0,005mol ) 2- oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenylphosphonium chloride đƣợc hoà tan trong 0,5g (0,005mole) triethylamine . Sau khi lắc cho muối hoà tan hoàn toàn , cho dung dịch của l,05g (0,005mole ) 4-chloro-benzaldehyde đã hoà tan trong 10ml methanol khan . Hỗn hợp phản ứng đƣợc đun trên bếp cách thủy và khuấy trong 3h . Sau khi kết thúc phản ứng , làm lạnh và cho thêm khoảng 5 ml nƣớc lạnh , để đứng yên 24h . Chất rắn kết tinh đƣợc tách ra và kết tinh lại bằng elhyl ether. Hiệu suất 0,7g (49%) ; Đnc : 132 - 135oC Công thức phân tử : C15H10ClNOS , M = 287,76 Phân tích nguyên tố : %C %H %N %S Tính 62,60 3,49 4,85 11,13 Phân tích 62,30 3,60 4,70 10,97 Phổ hồng ngoại ; * Vòng benzene : : √(=C-H) :2980 cm-1 : √(C=C) :1590 cm-1 Dao động vòng : 1495 cm-1, 1465 cm-1 δ(=C-H) : 745 cm-1 (thế 1,2) : 810 cm -1 (thế 1,2 ) * Vòng 5 cạnh : √(C-N) : 1315 cm-1 : √(C-S) : 641 cm-1 * Nhóm vinyl : √(C=C) : 1650 cm-1 : √(=C-H) : 2925 cm-1 : δ(=C-H) : 960 cm-1 * Các nhóm khác : :√(C=O)) : 1670 cm-1 :√(C-Cl) : 750 cm-1 32 II.2.8. Tổng hợp 3 { 2- (4- nitrophenyl) vinyl } -2- benzothiazoIinone (VIII) 2,3g (0,005mole ) 2-oxobenzotlhiazolyl -3 - ethyltriphenylphosphonium Chloride đƣợc hoà tan trong 15ml methanol khan. Vừa khuấy vừa cho lg (0,005mole) trietylamine trong khoảng 5phút. Tiếp theo đó cho dung dịch của 0,75g (0,005mole)của 4- Nitrobenzaldehyde đƣợc hoà tan trong 7,5ml methanol khan . Hỗn hợp phản ứng đƣợc đun trên bếp cách thủy trong 3h. Sau khi phản ứng kết thúc , làm lạnh bình phản ứng .Chết kết tinh màu vàng tách ra. Sản phẩm đƣợc kết tinh bằng acetone. Hiệu suất 0,9g(60%) ; Đnc : 209 - 212°C Công thức phân tử : Cl5H10N2O3S ; M = 298,32 Phân tích nguyên tố %C %H %N %S Tính 60,39 3,37 9,38 10,74 Phân tích 60,31 3,33 9,29 10,52 Phổ hồng ngoại: * Vòng benzene : √(=C-H) : 2980 cm-1 √(C=C) : 1596 cm-1 Dao động vòng : 1565 cm-1 , 1475 cm-1 δ(=C-H)| : 745 cm-1 (thế 1,2) : 820 cm -1 (thế 1,4) * Vòng 5 cạnh : √(C-N) : 1325 cm-1 √(C-S) : 690 cm-1 * Nhóm vinyl √(C=C) : 1655 cm-1 √(=C-H) : 2920 cm-1 √(=C-H) : 940 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=O) : 1680 cm-1 √as(NO2) : 1515 cm -1 √s(NO2) : 1340 cm -1 33 II.2.9. Tổng hợp 3- { 2- (2.4 -dimethoxyphenyl )vinyl } -2-benzo thiazolinone (IX) Cho 0,23g (0,01mole ) natrium kim loại vào 1ml methanol khan , sau khi tạo thành dung dịch trong , cho tiếp dung dịch của 4,6g ( 0,01mole ) của 2-oxobenzothiazolyl-3- methyltriphenyl phosphonium chloride đƣợc hòa lan trong 10ml methanol khan .Khuấy hỗn hợp phản ứng đến trong suốt rồi cho thêm 2g (0,015mole )2,4-dimethoxybenzaldehyde . Hỗn hợp phản ứng đƣợc đun trên bếp cách thủy 5h . Sau khi kết thúc phản ứng , để nguội, cho thêm vài giọt nƣớc lạnh để đứng yên 48h .Lọc và kết tinh lại bằng ethanol. Hiệu suất 0,8g(26%) ; Đnc: 65 - 68 °C Công thức phân tử : C17H15NO3S ; M= 313,37 Phân tích nguyên tố: %C %H %N %S Tính 65,17 4,82 4,47 10,23 Phân tích 65,11 4,86 4,39 10,25 Phổ hồng ngoại; * Vòng benzene : √(=C-H) : 2980 cm-1 √(C=C) : 1615 cm-1 Dao động vòng : 1580 cm-1 , 1510 cm-1 δ(=C-H)) : 740 cm-1 (thế 1,2) 830 cm-1 (thế 1,4) * Vòng 5 cạnh √(C-N) : 1290 cm-1 √(C-S) : 640 cm-1 * Nhóm vinyl √(C=C) : 1645 cm-1 : √(C=H) : 2940cm-1 : δ(=C-H) : 945 cm-1 * Các nhóm khác : √(C=O)) : 1695 cm-1 √(C-O) : 1030 cm-1 √(CH3) : 2820 cm-1 δ(-CH3) : 1470 cm-1 34 HẰNG SỐ VẬT LÝ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN TỐ CỦA CÁC HỢP CHẤT ĐÃ TỔNG HỢP Hợp chất Công thức phân tử M Tính / phân tích Hiệu suất Đnc.°C %C %H %N %S I C7H5NS2 167,25 50,27 50,19 2.92 3,00 8,35 7,72 38,34 38,40 57.80 180-183 II C7H5NOS 151,18 55,60 55,71 3,32 3,28 9,26 9,29 21,20 21.04 66 138-141 III C8H7N02S 181.06 53.06 53,21 3,86 3,92 7,73 7,25 17,70 17,54 74 99-102 IV C8H6C1N0S 199,58 48,14 48,33 3,00 3,14 7,01 7,12 16,06 16,06 63,82 101-103 V C26H21ClNOPS 461,95 67,60 67,23 4,58 4,83 3,03 3,12 6,94 7,15 50,57 269-274 VI C15H11NOS 253,32 71.11 71,14 4,37 4,42 5,52 5,60 12,65 12.70 31 91- 93 VII C15H10ClNOS 287,76 62,60 62.30 3,49 3,60 4,85 4,70 11,13 10,97 49 132-135 VIII C15H10N2O3S 298,32 60,39 60.31 3.37 3,33 9,38 9,29 10,74 10,52 60 209-212 IX C17H15NO3S 313,37 65.17 65,11 4,82 4,86 4,47 4,39 10,23 10,25 26 65-68 III. KẾT LUẬN 35 III.1 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP - HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG Mục đích của đề tài là tổng hợp một số dẫn suất của benzothiazole và nghiên cứu cấu trúc của chúng . Nguyên liệu chính của quá trình tổng hợp của chứng tôi là 2-MBT kỹ thuật . Quá trình tinh chế 2- MBT phải tuân theo một cách nghiêm ngặt nhƣ chúng tôi đã trình bày . Khi thực hiện phản ứng oxy hóa 2-MBT thành 2-hydroxybenzothiazole điều quan trọng nhất là phải khống chế nhiệt độ khi thực hiện phản ứng . Phản ứng của 2-hydroxybenzothiazole với formal-dehyde cần phải làm lạnh nhanh vì nếu để lâu sẽ có phản ứng phân hủy của sản phẩm : Vì vậy muốn đạt hiệu suất cao phải làm lạnh nhanh ngay sau khi phản ứng kết thúc .Chlor hóa 3-hydroxymetyl-2-benzothiazolinone xảy ra tốt nhất khi lấy dƣ thionyl chloride . Khi sử dụng những dung môi khác nhƣ benzene , tetrahydrophuran , chloroform ... hiệu suất đạt thấp hơn ( 40-50% ) Giai đoạn tiếp theo điều chế 2-oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenyl -phosphonium chloride tiến hành nhƣ cách chúng tôi đã trình bày sẽ thu đƣợc kết quả dễ dàng Quá trình tiếp theo là sử dụng muối 2-oxobenzothiazolyl -3-methyltriphenyl phosphonium chloride để thực hiện phản ứng Wittig với benzaldehyde và benzaldehyde có các nhóm thế khác nhau theo cơ chế chung nhƣ sau : 36 Trong phản ứng Wittig chúng tôi đã sử dụng triethylamine làm base hiệu suất cao hơn khi sử dụng sodium methoxide . Riêng trƣờng hợp tổng hợp hợp chất IX , khi sử dụng Et3N là base đã không thành công. Chúng tôi đã phải sử dụng MeONa làm base , tuy nhiên hiệu suất phản ứng vẫn thấp hơn so với khi tổng hợp các chất VI, VII,VIII. Nhƣ đã trình bày về cơ chế của phản ứng Wittig , hiệu suất của phản ứng phụ thuộc không những vào chất phản ứng , tác nhân và điều kiện tiến hành phản ứng , cùng điều kiện phản ứng , thì hiệu suất của phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào chất phản ứng . Khi ở chất phản ứng có các nhóm thế hút electron sẽ làm tăng lốc độ phản ứng và cung làm tăng hiệu suất. Ngƣợc lại khi ở chất phản ứng có các nhóm đẩy electron sẽ làm cho phản ứng khó khăn và hiệu suất phân ứng thấp . 37 Trong quá trình tổng hợp các hợp chất VI , VII, VIII,IX đã xác nhận lại điều này .[53] Hiệu suất (%) VI VII VIII IX 0 +0,227 +0,778 -0,268 31 49 60 26 Nguyên tử chlor và nhóm nitro đều là nhóm hút electron ( σ >0) nhƣng nhóm nitro hút mạnh hơn σP-NO2 > σP-Cl nên hiệu suất của phản ứng cao hơn . Nếu so sánh hợp chất VI và hợp chất IX . Ở hợp chất IX khi không để ý đến nhóm OCH3 ở vị trí ortho chỉ xét nhóm -OCH3 ở vị trí para σP-OCH3 = -0.268 , nhóm -OCH3 là nhóm đẩy electron nên hiệu suất thấp hơn ở benzaldehyde (σP-H =0 ) . Trong phần hóa lập thể của phản ứng Wittig chúng tôi đã trình bày ; sản phẩm của phản ứng Wittig tạo thành đồng phân trans dễ hơn do tƣơng tác lập thể thấp hơn. Kết quả trên phổ hồng ngoại cho thấy dao động biến dạng của nguyên tử 38 hydrogen ở nhóm vinyl có tần số nằm trong khoảng 940 - 960 cm-1 chứng tỏ các hợp chất này tồn tại chủ yếu ở cấu hình trans. III.2. PHỔ HỒNG NGOẠI Các vạch hấp thụ đặc trƣng phổ IR của các chất đã tổng hợp , đƣợc trình bày tƣơng đối chi tiết trong các bảng 2 và 3 . Trong bảng 2 chúng tôi đã trình bày các tần số dao động đặc trƣng đƣợc rút ra từ phổ IR của 2-MBT chuẩn để so sánh với các tần số dao động đặc trƣng rút ra từ phổ của 2-MBT (I) đã tổng hợp đƣợc . Sau đó là các tần số dao động đặc trƣng đƣợc rút ra từ phổ IR của các chất theo quá trình chuyển hóa từ chất I đến chất IV . Chất khởi đầu cho sự chuyển hóa là 2- MBT ( I ) mà chúng tôi đã điều chế đƣợc có các tần số hấp thụ đặc trƣng tƣơng tự với mẫu chuẩn .Có nhiều vạch trùng nhau , có một vài vạch có sai lệch nhỏ không đáng kể . Trong phần tổng quan chúng tôi đã nêu : 2-MBT có thể tồn tại ở 2 dạng tautomer thiol và thione Tài liệu [13] đã cho biết nó tồn tại chủ yếu ở dạng thione nhờ liên kết hydrogen yếu giữa nguyên tử hydrogen và lƣu huỳnh tạo thành dạng dimer Tài liệu [14] cũng khẳng định cấu trúc của dạng thione bằng cách đo momen lƣỡng cực. Trên phổ IR của chất chuẩn cũng nhƣ chất chúng tôi đã tổng hợp đƣợc đều nhận thấy điều đó một cách rõ ràng . Trong cả hai phổ đều không có vạch có tần số dao động nằm trong khoảng 2.600 - 2.550 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị 39 của liên kết S- H , mà lại có một vạch ở tần số 1034 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C=S. Trong phổ IR của cả chất chuẩn và chất thu đƣợc của 2-MBT cũng không có vạch nằm trong khoảng 2185 - 2120 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C=N, chi có vạch ở 1320 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C-N và vạch ở 3110 - 3111 cm -1 đặc trứng cho dao động hóa trị của liên kết N- H . Vậy chúng tôi có thể khẳng định rằng hợp chất I tồn tại ở dạng thione là chủ yếu . Khi thực hiện phàn ứng oxyhoá 2- MBT bằng hydrogen peroxide trong môi trƣờng kiềm và sau đó thủy phân trong môi trƣờng acid , chủng tôi đã thu đƣợc hợp chất II Hợp chất II về mặt lý thuyết nó có thể tồn tại ở 2 dạng tautomer . enol và ketone . Về mặt cấu trúc , dạng enol không bền bằng dạng ketone . Tài liệu [17] đã nêu một dữ kiện thực nghiệm chứng minh nhận xét này. Momen lƣỡng cực tính đƣợc đối với dạng enol là 2,4D dạng ketone là 3,8D . Thực nghiệm ngƣời ta đã thu đƣợc 3,66D . Vậy hợp chất II tồn tại chủ yếu ở dạng ketone . Trên phổ IR mà chúng tôi thu đƣợc của hợp chất II cũng đã phù hợp với nhận định trên . Phổ IR của hợp chất II không có vạch nằm trong khoảng 3700-3600 cm- 1 hoặc 3500-3300 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm OH mà lại có một vạch ở tần số 1662 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm C=O có liên kết hydrogen yếu . Mặt khác phổ IR của chất II cũng không có vạch nằm trong khoảng 2185 -2120 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C=N mà lại có vạch ở 1306 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C-N,và một vạch ở 3109cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết N-H . Nhƣ vậy từ phổ IR của chất chúng tôi 40 đã tổng hợp hoàn toàn phù hợp với kết luận từ các tài liệu đã đƣa ra . Hợp chất II tồn tại chủ yếu ở dạng ketone . Thực hiện phản ứng của hợp chất II với dung dịch formaldehyde 40% trong dung môi là ethanol chúng tôi đã thu đƣợc hợp chất III Trên phổ IR của hợp chất III chúng tôi đã nhận thấy nhữhg điểm khác so với phổ IR của hợp chất II . Vạch hấp thụ đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết N-H đã biến mất, và xuất hiện một vạch mới mạnh và rộng ở 3336 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm OH có liên kết hydrogen nội phân tử. Một vạch có cƣờng độ trung bình ở 2900 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm -CH2- . Một vạch yếu ở 1353 cm-1 đặc trƣng cho dao động biến dạng của nhóm OH. Hợp chất III phản ứng với thionyl chloride trong benzene khan tạo thành hợp chất IV tƣơng ứng : Về mặt cấu tạo , hợp chất IV có bộ khung giống hợp chất III , chỉ khác là nguyên từ chlor đã thay thế cho nhóm hydroxyl. Trong phổ IR của hợp chất IV ,vạch đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm hydroxyl đã biến mất và xuất hiện một vạch 41 mới cƣờng độ mạnh và sắc ở 750 cm-1 đặc trƣng cho dao dộng hóa trị của liên kết C-Cl. Các hợp chất từ I đến IV có bộ khung là vòng benzothiazole giống nhau nên các tần số dao động của vòng bezene, vòng năm cạnh nhƣ (=C-H) , (C=C) , (C=C-H) , (N-H) , (C-H) , (C-S) của các hợp chất này đƣợc thể hiện trên phổ IR những vạch gần trùng nhau và có dạng tƣơng tự . Riêng hợp chất III do có liên kết hydrogen nội phân tử nên các tần số dao động này chuyển về vùng bƣớc sóng thấp hơn một chút . Họp chất IV do có nguyên tử chlor hút điện tử làm cho các tần số dao dộng của các vạch này chuyển về vùng sóng dài hơn một ít so với hợp chất I và II . Sau khi thu đƣợc hợp chất IV chúng tôi cho phản ứng với triphenyl phosphin trong benzene khan , chúng tôi thu đƣợc muối 2-oxobenzothiazolyl-3-methyltriphenyl phosphonium chloride (V) Từ muối V , chúng tôi áp dụng phản ứng Wittig với các tác nhân là các aldehyde thơm có các nhóm thế khác nhau , chúng tôi đã thu đƣợc các hợp chất VI, VII, VIII, IX . 42 Trong bảng 3, chúng tôi trình bày các tần số đặc trƣng của các hợp chất VI, VII, VIII , IX đƣợc rút ra từ phổ IR của các hợp chất này . Trên phổ IR của 4 hợp chất này không có vạch ở tần số 1245 cm-1 đặc trƣng cho đao động hóa trị của liên kết C=S , xuất hiện những vạch có cƣờng độ mạnh ở bƣớc sóng từ 1670 đến 1695 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm C=O trong từng hợp chất. Trên phổ IR của 4 hợp chất này không còn vạch ở bƣớc sóng 3500-3100 đặc trƣng cho đao động hóa trị của liên kết N-H , mà xuất hiện những vạch mới biểu hiện sự có mặt của nhóm vinyl thế 1,2 và vòng benzene với các nhóm thế khác nhau . Tần số dao động hóa trị của liên kết đôi C=C trong nhóm vinyl tăng dần từ hợp chất VI đến hợp chất VIII có thể giải thích nhờ hiệu ứng electron của các nhóm thế |δP-CL|<|δP-CL|. Tần số dao động hóa trị của liên kết đôi C=C trong 43 44 45 Nhóm vinyl của hợp chất IX nhỏ hơn so với các hợp chất trên có thẻ giải thích do hiệu ứng orttho của nhóm OCH3. Tần số dao động biến dạng của liên kết =C-H trong nhóm vinyl của hợp chất này nằm trong khoảng 940 – 960 cm-1 , chứng tỏ các hợp chất này đƣợc sắp xếp ở cấu hình E-(trans) đối với mặt phẳng của liên kết đôi , điều này hoàn toàn trùng hợp với phần tổng quan đã trình bày về cơ chế và hóa lạp thể của phản ứng Wittig. Cũng giống nhƣ các hợp chất I IV . Các hợp chất , VI , VII , VIII , IX có bộ khung và vòng benzothiazloe giống nhau nên các tần số dao dộng đặc trƣng của các liên kết trong bộ khung này hầu nhƣ trùng nhau và các vạch đƣợc biểu thị trên phổ IR có dạng tƣơng tự nhau . III.3. PHỔ CỘNG HƢỞNG TỪ HẠT NHÂN : Để xác định một lần nữa cấu trúc của chất đầu cho quá trình tổng hợp chúng tôi đã chụp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 12C của 2- mercapto-benzothiazole cho kết quả nhƣ sau : 1. 13C vòng thơm (110 – 140 ppm) Bảng trị số ppm (CD3OD) 46 2. Phổ tƣơng quan 1H- 13C: Biết đƣợc bản chất của 13C → 1H . 3. Dung môi CD3 - OD và DMSO - d6 : Đặc trƣng cho vùng cộng hƣởng của nhân thơm : 4H _ Hc gần nhóm hút electron nên cộng hƣởng ở từ trƣờng 7,53ppm. _ Hd,e,f cộng hƣởng từ 7.20-7,45ppm . Đây là hệ 4 spin ghép phức tạp. _ Trong dung môi DMSO -d6 , vùng 7,2 - 7,45ppm tƣơng đƣơng với 4H, điều này cho thấy ngoài Hd,e,f vùng cộng hƣởng này còn có thêm một li ứng với nhóm NH . 4. Phổ J-RESOLVE biểu thị mối lƣơng quan δ-J của hệ 4 Spin He,d,e,f Theo lài liệu 47 F 8,12 Jde = 7,5 Jdf = 1,5 Jef = 8 Kết quả trên phổ đã thu đƣợc của 2 – mercaptobenzothiazol: Jcd = 8 ; Jce = 1,5 ; Jef = 0,5 Jde =7,5 Jdf = 1,5 Jef = 8 III.4 CÁC Ý KIẾN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trong phần tổng quan chúnh tôi đã tóm tắt những hƣớng ứng dụng chính của benzothiazole và một số dẫn xuất của nó theo một số hƣớng cụ thể . Quá trình tổng hợp các dẫn xuất 3- ( 2-R-Vinyl) - 2-benzothiazolinone xuất phát từ 2- MBT kỹ thuật là nguyên liệu dễ kiếm , rẻ tiền . Sau khi tinh chế đƣợc 2-MBT tinh khiết, chúng tôi đã thực hiện một chuỗi các phản ứng : oxyhoá 2-MBT , cộng với formaldehyde , thế nhóm hydroxyl bằng nguyên tử chlor , phản ứng với triphenyphosphin và cuối cùng là thực hiện phản ứng Wittig với tác nhân là benzaldehyde và các benzaidehyde thế. Tất cá các quá trình đều đƣợc tiến hành nhiều lần để tìm ra phƣơng pháp tốt nhất . Sản phẩm của phản ứng đã đƣợc kiểm tra bằng điểm nóng chảy , phân tích nguyên tố và phổ hồng ngoại . Kết quả cho thấy sản phẩm đạt độ tinh khiết khá cao . 48 Áp dụng phản ứng Wittig cho từng quá trình tổng hợp cụ thể , chúng tôi đã có gắng tìm kiếm những điều kiện thích hợp nhất về nhiệt độ , dung môi và đặc biệt là base . Các quá trình chuyển hóa chất trong các phản ứng kế tiếp nhau đƣợc theo dõi và kiểm tra trên phổ hồng ngoại . kết quà cho thấy : các vạch đặc trƣng trên phổ đã rất phù hợp với các chất trong quá trình chuyển hóa . Cũng từ đây nhấn mạnh thêm vai trò của phổ IR trong việc ứng dụng để theo dõi quá trình phản ứng và xác định cấu trúc của các chất là rất quan trọng . Rất tiếc là vì điều kiện kinh phí chúng tôi chƣa thực hiện đƣợc việc thử hoạt tính sinh lý của các chất đã tổng hợp để tìm ra những ứng dụng thực tế. Chung tôi hy vọng sẽ đƣợc tiếp tục tổng hợp thêm một số dẫn xuất nữa để đƣa ra những kết luận về ảnh hƣởng của các nhóm thế đến hiệu suất của phản ứng Wittig . Thử hoạt tính sinh lý của các chất đã tổng hợp và tìm ra những chất có ứng dụng trong thực tế nông nghiệp . 49 IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 1. Walter W.Linslromberg , Organic Chemistry , D.C.Heath and company . 1966. 2. J.Halgas ,V.Sutoris ,V.Sekerká , P.Foj.timová and E.Soleaniova .Chem .Zvesti 37 (5), 663 - 676 . 1983. 3. Holbvá F , Odlerová Z . : Chem .Zvesti 34 , 399 , 1980 4. Todesco P.EBall . Sci . Fac .Chim Ind . Bologna , 23 . 107 , 1965 5. Bartoli , Todesco P.E /tetrahedron 32 . 399 . 1976 . 6. Jansen L. , Wibant J . P: Ree . Trav.chim . 56, 699 , 1937 . 7. Bartoli G ., Ciminale F. ,Todesco P.E. : J.chem - Soc .Perkin 2 ,1472 , 1975 . 8. Hofmann , Ber , 12 ,2359 . 1897 ,138 ,1223 , 1980 ; 20 , 1793 ,1887 . 9. Bogertet al. , J.Am chem . Soc , 46 ,1308 . 1924 ,_48 , 248 , 1926 ; 49 , 1315 , 1927; 54 ,3393, 1932. 10. Zubarovskij, Zun . obsc.Chim 17 , 613 , 1947 . 11. Jacohson . Ber, 19 , 1067 ,1811, 1886 ; 20 . 1895 , 1837 , 22 , 904 , 1889 ; 26 ,2363 , 1893 . 12. Sutoris .V,Foltimová P. Blockinger G., Chem .Zvesti , 275 . 698 702 , 1973. 13. Sexton . Pink : J-chem. Soc. . 1717 . 1948 . 14. Lipumova G.N. akol : Z . org .Chem. 12 , 2460 , 1976 . 15. Hunter R . F : .1 . chem . soc . 125 . 1930 . 1755 . 1935 . 16. Reed F , Robertson A . , Syyton W . A . : J . Chem . Soc 473 , 1939 . 17. Grazan V . A . , Poznanskaja N . A . : Zur . Fiz . chim 45 , 197.1 . 18. Hunter R . F .: J . chem . Soc 1755 , 1935 . 19. Zinner H. , Nimmich W : J .parkt . chem . 14,139 , 1961 . 20. Sobar P . , Denny G . II , Babson R . D . J . Heterocycl chem . 5 ,769 , 1968 . 21. K . N .Ayad , F . B .Mecall .A.J. Neale , and L . M . Jackman . .J . Chem . Soc , 2072 . 1962 . 22. P . M . Downey . United Stater patent 2 . 513 . 922 , 1950 . 23. W . A . Sexton , J. chem .Soc ., 470 , 1939 . 24. V . F .Kucherov . 2h . Obshch -Khim . 19 , 725 , 1949 . 25. Rozkova N.K. . Tsutervanik I . P . : uzbek . Khim . Zb . N6 , 51 . 1961 . 26. Weight D ; Seller. D .A.J,: Brit . pat . 873 602 , 1957 , chem . Abslr . 56 , 2454 , 1962 . 27. Modi J . R .. Vijoykumar V. Shah R. C . , Desaj . G- :Jj-Text.. Assoc . 43 .46 . 1982 ; chem . abstr . 98 , 55431 , 1983 . 50 28. Kurono U. , Shioyamal, : Jap . pat. 7 301 107 , 1969 . 29. Cossey H. D. , Judd . J . , Stephans F. F . : J .chem . Soc , 954 , 1965 . 30. Popoff I . C , Buchholz B , Miller H . J . : USA pat 3519630, 1970 ; chem . Abst. 73 ,76154 , 1970. 31. D'Amico J . J . USA pat. 4 049 419 ; chem . Abslr . 88 , 17327 , 1978 . 32. D'Amico J . J . : USA pat. 4 282 029 ; chem Abstr . 95 , 203933 , 1981 . 33. D'Amico J . J . : Eur . pat. prihl. 22353 , chem . Abslr . 95 , 7267 , 1981 . 34. D'Amico J . J . : USA pat. 3 993 468 ; chem . Abstr . 86 , 66853 , 1977 . 35. Sumirnoto chemical co Ltd : Jap . pat. Vyhl . Spis , 80 , 105 605 chem . Abstr. 93 ,216681 , 1980. 36. D'Amico J . J .: USA pat. 4 149 871 ; chem Abstr . 91 , 85279 , 1979 . 37. D'Amico J . J .: USA pat. 4 229 578 ; chem . Abstr . 94 , 84 111, 1981 . 38. D'Amico . J . J .: Juhoafr . pat. 7 902 418 ; chem . Abstr . 94 , 103349 , 1980 39. D'Arnico J.J: USA pat. 4 057 216 chem . Abstr . 88 , 190814 , 1978 . 40. D'Amico J.J: Eur . pat. prihl. 3075 , chem . Abstr . 92 , 76488 , 1980 . 41. D'Amico J . J. : Eur . pal. prihl 2613 ; chem . Abstr . 92 ,41933 , 1980 . 42. D'Amico . J. J . : Eur . pat . prihl. 7772 ; chem . Abstr . 93 , 150241 , 1980 . 43. D'Amico J.J. Eur. pat. prihl. 24889 ; chem . Abstr . 95 , 115525 , 1981 . 44. D'Amico J . J. : USA pat. 4 185 990 ; chem . Abstr 92 , 181 168 , 1980 . 45. Sutoris . V . , Mikuláek S - , Sekerka V. , Koneeneý V . Csl. PV 1727-84 . 46. Varkonda S . Hýblová O . ,Sutoris V . , Koneeneý V . , Mikulásek. S. : csl . PV . 2969 - 84 . 47. Wittig Geissier : Ann , 580 , 4 1 . 1953 . 48. Staudingcr , Meyer : Helv . Chim . Acta , 2 , 619 , 1919 . 49. Wittig G . , Haag W . , Ber . 88 . 1654 , 1955 . 50. Meiyer J . , Melv . Chim . Acta , 40 , 1052 , 1957 . 51. Saul patai, The chemistry of the alkene . 263 , 1964 . 52. John . ca count : Tetrahedron 9 , 130 , 1960 . 53. Trần Quốc Sơn , Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ tập 1. NXB Giáo Dục , 1982 . 54. Phan Tống Sơn , Lê Đăng Doanh, Thực hành Hóa Hữu Cơ . Tài liệu dịch , NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1976 .

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnkkh_tong_hop_va_nghien_cuu_mot_so_dan_suat_cua_benzothiazole_0346.pdf
Luận văn liên quan