Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hóa học hữu cơ, nhóm hợp chất dị vòng ngưng tụ đóng vai trò quan trọng đối với các nghiên cứu lý thuyết cũng như ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp, nông nghiệp và y dược học. Khung phân tử benzothiazole và các dẫn xuất của nó nhận được sự quan tâm nghiên cứu sâu rộng nhờ hoạt tính sinh học đa dạng. Các công trình công bố trước đây đã xác lập mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính: các dẫn xuất thế ở vị trí số 2 của nhân benzothiazole thường biểu hiện tác dụng ức chế nấm, kháng khuẩn lao, chống ký sinh trùng và ngăn ngừa tế bào ung thư; trong khi đó, các dẫn xuất thế ở vị trí số 3 của 2-benzothiazolinone lại có tác động rõ nét đối với sự phát triển hình thái và tính biệt hóa của thực vật.

Tuy nhiên, theo tác giả khóa luận, các hợp chất ester chứa vòng benzothiazole được tổng hợp từ nguồn tiền chất 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT) và 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT) vẫn chưa được khảo sát đầy đủ. Hướng ứng dụng của các hợp chất này phần lớn mới dừng lại ở vai trò làm tác nhân acyl hóa các amine thông thường, chưa chú trọng khảo cứu sâu về mặt cấu trúc cũng như tiềm năng sinh học. Xuất phát từ bối cảnh đó, đề tài "Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của S-benzothiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate và Benzothiazol-2-yl ethyl carbonate từ 2-MBT" được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được phân định cụ thể theo ba nhiệm vụ:

  1. Tổng hợp dẫn xuất thioester S-benzothiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate từ phản ứng giữa 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT) và ethyl chloroformate.
  2. Tổng hợp dẫn xuất ester benzothiazol-2-yl ethyl carbonate từ phản ứng giữa 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT) và ethyl chloroformate.
  3. Nghiên cứu xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được dựa trên các phương pháp hóa lý và phổ nghiệm: phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$) và phép đo nhiệt độ nóng chảy.

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là tiền chất 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật, 2-hydroxybenzothiazole và hai dẫn xuất ester tương ứng. Phạm vi thực nghiệm tổng hợp và phân tích hóa lý được thực hiện tại Bộ môn Hóa Hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân được đo đạc tại Phòng NMR, Viện Hóa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; thời gian hoàn thành khóa luận vào tháng 5 năm 2010.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Về cơ sở lý thuyết, khóa luận tập trung phân tích cấu trúc điện tử và khả năng phản ứng của hệ dị vòng:

  • Vòng 1,3-thiazole: Cấu trúc vòng thơm thỏa mãn quy tắc Hückel ($4n+2$ electron $\pi$, $n=1$), trong đó cặp electron $p$ không chia của dị tố lưu huỳnh tham gia liên hợp tạo vòng kín. Hiệu ứng cộng hưởng làm tăng mật độ điện tích tại vị trí số 2 và vị trí số 5, quyết định phản ứng thế ái nhân ($S_N$) hoặc thế ái điện tử ($S_E$).
  • Vòng benzothiazole: Có công thức phân tử $\text{C}_7\text{H}_5\text{NS}$, khối lượng phân tử 135 đvC, cấu tạo gần như đồng phẳng với hệ liên hợp 10 electron $\pi$, góc nhị diện xấp xỉ $120^\circ 8'$. Do dị tố nitơ có độ âm điện lớn hơn lưu huỳnh và khoảng cách từ lưu huỳnh đến cacbon số 6 lớn hơn khoảng cách từ nitơ đến cacbon số 4, phản ứng thế electrophile ($S_E$) ưu tiên diễn ra tại vị trí C6. Ở nhiệt độ cao ($450^\circ\text{C}$), phản ứng halogen hóa có thể định hướng vào vị trí C2.
  • Hiện tượng hỗ biến (tautomerism): Tiền chất 2-mercaptobenzothiazole ($\text{C}_7\text{H}_5\text{NS}_2$, phân tử lượng 167 đvC, khối lượng riêng $d = 1{,}42\text{ g/cm}^3$) tồn tại cân bằng hỗ biến giữa dạng thiol và dạng thione. Dữ liệu phổ IR, NMR và phép đo moment lưỡng cực chứng minh ở trạng thái rắn 2-MBT tồn tại chủ yếu ở dạng thione với sự hiện diện của liên kết hydro liên phân tử. Tương tự, 2-hydroxybenzothiazole ($\text{C}_7\text{H}_5\text{ONS}$, phân tử lượng 151 đvC) tồn tại cân bằng hỗ biến enol - ketone; giá trị moment lưỡng cực thực nghiệm đạt $3{,}66\text{ D}$ (gần với giá trị tính toán $3{,}8\text{ D}$ của dạng ketone hơn mức $2{,}4\text{ D}$ của dạng enol) xác nhận hợp chất tồn tại ưu thế ở dạng ketone (2-benzothiazolinone), dẫn đến các phản ứng acyl hóa hoặc alkyl hóa chủ yếu thế vào vị trí nitơ số 3.

Phương pháp thực nghiệm được triển khai theo các quy trình hóa học chuẩn xác:

  • Phương pháp tinh chế: Sử dụng kỹ thuật hòa tan 2-MBT kỹ thuật trong dung dịch amoniac $\text{NH}_3$ $26%$ để chuyển thành muối amoni tan, oxy hóa loại tạp chất bằng $\text{H}_2\text{O}_2$ $30%$, hấp phụ màu bằng than hoạt tính, tái kết tủa bằng acid acetic ($\text{CH}_3\text{COOH}$) và kết tinh lại trong hệ dung môi ethanol - nước.
  • Phương pháp tổng hợp hữu cơ: Tổng hợp 2-HBT qua phản ứng oxy hóa 2-MBT bằng thuốc tím $\text{KMnO}_4$ trong môi trường kiềm $\text{KOH}$ ở $80-90^\circ\text{C}$ tạo muối benzothiazol-2-sulfonat, sau đó thủy phân giải phóng khí $\text{SO}_2$ bằng dung dịch $\text{HCl}$ $35%$. Tổng hợp các ester carbonothioate và carbonate bằng phản ứng giữa 2-MBT/2-HBT với ethyl chloroformate ($\text{ClCOOC}_2\text{H}_5$) trong dung môi dichloromethane ($\text{CH}_2\text{Cl}_2$) dưới sự có mặt của base hữu cơ triethylamine ($(\text{C}_2\text{H}_5)_3\text{N}$) làm tác nhân bẫy proton tại nhiệt độ phòng ($25-28^\circ\text{C}$).
  • Phương pháp phổ nghiệm và phân tích cấu trúc: Đo nhiệt độ nóng chảy để kiểm tra độ sạch; đo phổ hồng ngoại (IR) để xác định dao động của các nhóm chức đặc trưng ($\text{C=O}$, $\text{C-S}$, $\text{C-O}$); đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$) để quy kết độ dịch chuyển hóa học của các nguyên tử hydro và cacbon trong khung phân tử.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm các thông số cân đong hóa chất, nhiệt độ, thời gian phản ứng, hiệu suất thu hồi thực tế trong phòng thí nghiệm, giản đồ phổ đo được và các tài liệu tham khảo trong nước, quốc tế về hóa học dị vòng benzothiazole.

Nội dung chính theo từng phần

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày lý do lựa chọn hướng nghiên cứu các hợp chất ester đi từ dẫn xuất benzothiazole, phân tích tổng quan khoảng trống tri thức khi các dẫn xuất ester của 2-MBT và 2-HBT chưa được chú trọng đánh giá đầy đủ. Tác giả xác lập ba mục tiêu cụ thể xoay quanh việc tổng hợp hai hợp chất S-benzothiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate và benzothiazol-2-yl ethyl carbonate, đồng thời sử dụng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại để giải đoán cấu trúc.

Phần 2: Tổng quan

Nội dung tổng quan được xây dựng có hệ thống qua 6 mục lớn:

  • Khái quát cấu tạo, mật độ electron và phương pháp đóng vòng 1,3-thiazole từ 2-chloroacetaldehyde với methanethioamide.
  • Phân tích cấu trúc phân tử, tính chất vật lý (chất lỏng nhớt, sôi ở $227-228^\circ\text{C}$, nóng chảy ở $2^\circ\text{C}$), khả năng phản ứng thế electrophile và các phương pháp tổng hợp benzothiazole từ $o$-aminophenol, $o$-aminothiophenol, phản ứng Jacobson đóng vòng $N$-phenylthioamide hoặc từ phenylisothiocyanate.
  • Khảo sát chi tiết đặc tính của 2-mercaptobenzothiazole (tính acid yếu do liên kết $\text{S-H}$ phân cực, phản ứng tạo muối với kim loại $\text{Zn}, \text{Pb}, \text{Fe}$, phản ứng oxy hóa và phản ứng thế tại vị trí C2).
  • Khảo sát đặc tính của 2-hydroxybenzothiazole (cân bằng hỗ biến ketone - enol, phản ứng thế tại vị trí N3 với formaldehyde, diazomethane và phản ứng thế electrophile trên nhân thơm).
  • Điểm cứu các công trình điều chế dẫn xuất thế C2 của 2-MBT và thế N3 của 2-HBT từ năm 1945 đến 1999 (bao gồm các công bố của D'Amico, phản ứng Wittig của nhóm nghiên cứu tại Đại học Sư phạm TP.HCM năm 1996, và các dẫn xuất hydrazone trị động kinh).
  • Tổng thuật 7 lĩnh vực ứng dụng của benzothiazole: phụ gia lưu hóa cao su thiên nhiên (chiếm $0{,}5-5%$, tăng độ bền đàn hồi và chống nấm mốc); y học (kháng khuẩn Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis ở nồng độ $50\ \mu\text{g/ml}$, chống ung thư, trị tắc nghẽn mạch máu, giảm đau); công nghiệp thuốc nhuộm và mực in (màu azo Reatex bền sáng, không lem nhòe); kỹ thuật quang điện (màn hình tinh thể lỏng LCD, chất phát huỳnh quang); nhiếp ảnh điện tử (tăng độ nhạy phim); thuốc thử hữu cơ tạo phức phân tích kim loại ($\text{Cu}^{2+}, \text{Cd}^{2+}, \text{Ni}^{2+}, \text{Fe}^{3+}$, vận chuyển chọn lọc $90%$ ion $\text{Ag}^+$ qua màng); và nông nghiệp (chất bảo quản ngũ cốc TCMBT, chất điều hòa sinh trưởng thực vật kiểu auxin nâng tỷ lệ nảy mầm ngô lên $50%$, tăng khối lượng rễ lên $100%$).

Phần 3: Thực nghiệm

Phần này mô tả chi tiết sơ đồ chuyển hóa từ 2-MBT kỹ thuật thành các sản phẩm tinh khiết và thiết lập quy trình hóa học cho 4 nội dung thực nghiệm độc lập:

  1. Tinh chế 2-MBT kỹ thuật: Sử dụng $100\text{ g}$ 2-MBT thô hòa tan trong $2\text{ lít}$ nước cất và $800\text{ ml}$ dung dịch $\text{NH}_3$ $26%$, gia nhiệt $85-90^\circ\text{C}$ tạo muối amoni màu vàng đậm; xử lý bằng $5\text{ ml}$ dung dịch $\text{H}_2\text{O}_2$ $30%$ trong $50\text{ ml}$ nước ấm; lọc sạch màu qua $5\text{ g}$ than hoạt tính; bổ sung $4\text{ g}$ $\text{Na}_2\text{CO}_3$ rồi acid hóa bằng acid acetic; để lắng $24\text{ giờ}$, lọc thu kết tủa và kết tinh lại bằng hỗn hợp ethanol - nước.
  2. Tổng hợp S-benzo[d]thiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate: Hòa tan $8{,}35\text{ g}$ 2-MBT tinh khiết trong hỗn hợp gồm $8{,}4\text{ ml}$ triethylamine và $40\text{ ml}$ $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ trong bình cầu 1 cổ; nhỏ giọt từ từ $7\text{ ml}$ ethyl chloroformate trong 20 phút ở $25^\circ\text{C}$; khuấy tiếp 10 phút; lọc bỏ muối amine hydrochloride tách ra; acid hóa dịch lọc bằng $\text{HCl}$ loãng; cô đuổi bớt dung môi, thu hồi kết tinh và tinh chế lại trong acetone.
  3. Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole: Hòa tan $8{,}4\text{ g}$ $\text{KOH}$ và $16{,}7\text{ g}$ ($0{,}1\text{ mol}$) 2-MBT tinh khiết trong $100\text{ ml}$ nước cất; hòa tan riêng $31{,}6\text{ g}$ $\text{KMnO}_4$ rồi nhỏ giọt vào dung dịch ban đầu ở $20-30^\circ\text{C}$; đun hồi lưu ở $80-90^\circ\text{C}$ trong 5 giờ; lọc bỏ kết tủa $\text{MnO}_2$; acid hóa nước lọc bằng $\text{HCl}$ $35%$ đến khi chỉ thị đỏ Congo đổi màu trong điều kiện nóng (kèm hiện tượng sủi bọt khí $\text{SO}_2$ mạnh); làm nguội thu kết tủa dạng vảy và kết tinh lại trong hỗn hợp ethanol - nước tỷ lệ $1:1$.
  4. Tổng hợp benzo[d]thiazol-2-yl ethyl carbonate: Hòa tan $1{,}51\text{ g}$ 2-HBT tinh khiết trong $1{,}68\text{ ml}$ triethylamine và $8\text{ ml}$ $\text{CH}_2\text{Cl}_2$; nhỏ giọt $1{,}4\text{ ml}$ ethyl chloroformate trong 20 phút ở $25^\circ\text{C}$; tiếp tục khuấy 10 phút ở $28^\circ\text{C}$; lọc bỏ muối trắng; acid hóa dịch bằng $\text{HCl}$ loãng; đuổi dung môi trên bếp cách thủy và kết tinh lại sản phẩm trong acetone.

Phần 4: Kết quả và biện luận

Tác giả thảo luận về cơ chế phản ứng tinh chế, cơ chế oxy hóa cắt đứt liên kết lưu huỳnh ngoại vòng bằng $\text{KMnO}_4$ kèm theo sự thoát khí $\text{SO}_2$ khi acid hóa, và cơ chế tấn công nucleophile của các nguyên tử dị tố ($\text{S}$ hoặc $\text{O}$) vào nhóm carbonyl của ethyl chloroformate. Phân tích các tín hiệu phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$) nhằm chứng minh cấu trúc hóa học của các sản phẩm tạo thành.

Phần 5: Kết luận và đề xuất

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về hiệu suất điều chế, tính chất vật lý của các chất, khẳng định tính khả thi của quy trình thực nghiệm và nêu ra các khuyến nghị nghiên cứu tiếp theo về hoạt tính sinh học.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thực hiện trọn vẹn quy trình thực nghiệm từ khâu tinh chế nguyên liệu kỹ thuật đến tổng hợp hai dẫn xuất ester chứa dị vòng benzothiazole. Các số liệu định lượng, tính chất cảm quan và hiệu suất phản ứng được ghi nhận cụ thể trong bảng dưới đây:

Giai đoạn thực nghiệm Chất phản ứng ban đầu Tác nhân / Xúc tác / Dung môi Đặc điểm sản phẩm Nhiệt độ nóng chảy thực nghiệm ($^\circ\text{C}$) Nhiệt độ nóng chảy tài liệu ($^\circ\text{C}$) Hiệu suất thu hồi (%)
Tinh chế 2-MBT $100\text{ g}$ 2-MBT kỹ thuật $\text{NH}_3$ $26%$, $\text{H}_2\text{O}_2$ $30%$, than hoạt tính, $\text{CH}_3\text{COOH}$ Tinh thể hình kim màu trắng, vị đắng 180 – 182 180 – 181 61,9%
Tổng hợp S-benzo[d]thiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate $8{,}35\text{ g}$ 2-MBT tinh khiết Ethyl chloroformate ($7\text{ ml}$), $(\text{C}_2\text{H}_5)_3\text{N}$ ($8{,}4\text{ ml}$), $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ ($40\text{ ml}$) Chất rắn hình kim màu trắng 66 66 – 67 70,0%
Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT) $16{,}7\text{ g}$ ($0{,}1\text{ mol}$) 2-MBT tinh khiết $\text{KMnO}_4$ ($31{,}6\text{ g}$), $\text{KOH}$ ($8{,}4\text{ g}$), $\text{HCl}$ $35%$ Tinh thể hình kim trắng dạng vảy 137 – 139 138 60,0%
Tổng hợp benzo[d]thiazol-2-yl ethyl carbonate $1{,}51\text{ g}$ 2-HBT tinh khiết Ethyl chloroformate ($1{,}4\text{ ml}$), $(\text{C}_2\text{H}_5)_3\text{N}$ ($1{,}68\text{ ml}$), $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ ($8\text{ ml}$) Chất rắn màu trắng vàng 61 — 75,0%

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài đã:

  • Chuẩn hóa điều kiện tinh chế 2-MBT thương phẩm dạng thô (vốn lẫn tạp chất màu vàng sáng, nhiệt độ nóng chảy thấp $165-170^\circ\text{C}$) đạt tới độ tinh khiết cao (nhiệt độ nóng chảy $180-182^\circ\text{C}$), đáp ứng yêu cầu phản ứng tổng hợp hữu cơ.
  • Xây dựng thành công quy trình điều chế hai hợp chất ester chứa khung benzothiazole trong điều kiện nhiệt độ phòng êm dịu ($25-28^\circ\text{C}$), thời gian phản ứng ngắn (dưới 30 phút), thao tác tách chiết đơn giản và đạt hiệu suất tương đối cao ($70%$ và $75%$).
  • Xác lập đầy đủ các thông số hóa lý (hình dạng tinh thể, nhiệt độ nóng chảy) và dữ liệu phổ nghiệm đối chứng cho các hợp chất tổng hợp được.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tồn tại một số giới hạn thực nghiệm được rút ra từ nội dung văn bản:

  • Hiệu suất tổng hợp hợp chất trung gian 2-hydroxybenzothiazole bằng phản ứng oxy hóa với $\text{KMnO}_4$ chỉ đạt mức $60%$, thấp hơn đáng kể so với hiệu suất được ghi nhận trong các tài liệu tham khảo ($90%$). Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ sự hao hụt sản phẩm trong quá trình hấp phụ trên khối kết tủa $\text{MnO}_2$ và giai đoạn kết tinh lại.
  • Phạm vi nghiên cứu dừng lại ở mức độ tổng hợp hóa học và xác định cấu trúc phân tử; đề tài chưa triển khai thử nghiệm hoạt tính sinh học thực tế (kháng nấm, kháng khuẩn hay thử nghiệm kích thích sinh trưởng thực vật) trên hai ester thu được, dù phần tổng quan đã chỉ ra tiềm năng dược tính rất lớn của hệ dị vòng này.
  • Quy mô phản ứng thực nghiệm còn ở mức phòng thí nghiệm nhỏ ($1{,}51\text{ g}$ đến $16{,}7\text{ g}$ chất đầu).

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung:

  • Cải tiến quy trình tổng hợp 2-HBT nhằm nâng cao hiệu suất, xem xét chuyển đổi sang các tác nhân oxy hóa khác đã được tổng quan nhắc tới như phản ứng với $\text{H}_2\text{O}_2/\text{KOH}$ hoặc sử dụng oxy phân tử với xúc tác $\text{FeCl}_3$ dưới áp suất nhằm tránh tạo bùn thải $\text{MnO}_2$.
  • Tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro của S-benzothiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate và benzo[d]thiazol-2-yl ethyl carbonate đối với các chủng vi khuẩn, nấm gây bệnh hoặc khảo sát hoạt tính điều hòa sinh trưởng cây trồng.
  • Mở rộng tổng hợp các ester tương tự với các gốc alkyl, aryl chloroformate khác nhau để khảo cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược và Công nghệ Hóa học đang nghiên cứu về các hợp chất dị vòng chứa nguyên tố nitơ và lưu huỳnh.
  • Cán bộ kỹ thuật làm việc trong lĩnh vực tổng hợp chất phụ gia cao su, chất bảo vệ thực vật hoặc chất trung gian tổng hợp dược phẩm.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong văn bản:

  • Bức tranh tổng quan lý thuyết toàn diện tại Phần 2, hệ thống hóa đầy đủ cơ chế thế electrophile trên nhân benzothiazole, cơ sở lý thuyết về dạng hỗ biến thione/thiol của 2-MBT, dạng ketone/enol của 2-HBT và danh mục 7 nhóm ứng dụng công nghiệp, nông sinh và y dược.
  • Quy trình thực hành tinh chế 2-MBT kỹ thuật được mô tả định lượng rõ ràng tại Phần 3 (mục I), cung cấp giải pháp làm sạch hóa chất đầu vào hiệu quả với hiệu suất trên $60%$.
  • Phương pháp luận phản ứng alkoxycarbonyl hóa bằng ethyl chloroformate sử dụng triethylamine làm chất xúc tác/bẫy acid trong môi trường dung môi dichloromethane ở nhiệt độ phòng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT) tồn tại chủ yếu ở dạng hỗ biến nào và bằng chứng thực nghiệm là gì? Trong dung dịch và trạng thái rắn, 2-MBT tồn tại cân bằng hỗ biến giữa dạng thiol ($\text{-SH}$) và dạng thione ($\text{=S}$). Dữ liệu phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ (NMR) và giá trị moment lưỡng cực đo trong dung dịch 1,4-dioxane cũng như $n$-hexane cho thấy 2-MBT ở trạng thái rắn tồn tại chủ yếu ở dạng thione, đồng thời có sự xuất hiện của liên kết hydro liên phân tử.

2. Phản ứng chuyển hóa 2-MBT thành 2-HBT được thực hiện qua các giai đoạn hóa học nào? Quá trình điều chế 2-HBT gồm hai giai đoạn chính: đầu tiên, 2-MBT được oxy hóa bằng dung dịch $\text{KMnO}_4$ trong môi trường kiềm $\text{KOH}$ ở $80-90^\circ\text{C}$ trong 5 giờ để tạo muối potassium benzothiazol-2-sulfonat và kết tủa $\text{MnO}_2$. Sau khi lọc bỏ $\text{MnO}_2$, nước lọc được acid hóa bằng $\text{HCl}$ $35%$ ở nhiệt độ nóng đến khi đổi màu chỉ thị đỏ Congo; muối sulfonat bị thủy phân tạo 2-hydroxybenzothiazole kết tủa dạng vảy đồng thời giải phóng khí $\text{SO}_2$.

3. Vai trò của triethylamine ($(\text{C}_2\text{H}_5)_3\text{N}$) trong phản ứng tổng hợp hai dẫn xuất ester là gì? Triethylamine đóng vai trò là một base hữu cơ làm tác nhân nhận proton (bẫy $\text{HCl}$). Trong phản ứng giữa 2-MBT hoặc 2-HBT với ethyl chloroformate, khi dị tố tấn công thế vào nhóm carbonyl, một phân tử $\text{HCl}$ được giải phóng. Triethylamine phản ứng với $\text{HCl}$ tạo thành muối triethylamine hydrochloride kết tủa màu trắng tách ra khỏi dung môi $\text{CH}_2\text{Cl}_2$, giúp chuyển dịch cân bằng phản ứng về phía tạo thành sản phẩm ester.

4. Hiệu suất và nhiệt độ nóng chảy của hai dẫn xuất ester thu được trong khóa luận là bao nhiêu? Dẫn xuất S-benzo[d]thiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate thu được ở dạng chất rắn hình kim màu trắng với hiệu suất phản ứng đạt $70%$ và nhiệt độ nóng chảy là $66^\circ\text{C}$ (phù hợp với nhiệt độ nóng chảy trong tài liệu tham khảo là $66-67^\circ\text{C}$). Dẫn xuất benzo[d]thiazol-2-yl ethyl carbonate thu được ở dạng chất rắn màu trắng vàng với hiệu suất đạt $75%$ và nhiệt độ nóng chảy đo được là $61^\circ\text{C}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Vĩnh Hảo đã hoàn thành việc tinh chế tiền chất 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật và tổng hợp thành công hai dẫn xuất ester dị vòng là S-benzo[d]thiazol-2-yl O-ethyl carbonothioate cùng benzo[d]thiazol-2-yl ethyl carbonate. Quy trình thực nghiệm sử dụng tác nhân ethyl chloroformate trong hệ dung môi dichloromethane với sự hỗ trợ của triethylamine diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ phòng ($25-28^\circ\text{C}$), mang lại hiệu suất tổng hợp cao lần lượt là $70%$ và $75%$. Độ tinh khiết và cấu trúc hóa học của các hợp chất tạo thành được kiểm chứng qua phép đo nhiệt độ nóng chảy cùng các phương pháp phổ nghiệm hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$), cung cấp dữ liệu thực nghiệm tin cậy cho hướng phát triển các hợp chất dị vòng benzothiazole có hoạt tính sinh học.