Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực hóa dược và tổng hợp hữu cơ, việc tìm kiếm và phát triển các phân tử mới có hoạt tính sinh học cao luôn là hướng nghiên cứu trọng tâm. Acid salicylic là một hợp chất nền tảng phổ biến, từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi nhờ tác dụng hạ sốt, giảm đau; đồng thời các dẫn xuất của nó thể hiện phổ hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn và kháng nấm. Bên cạnh đó, các hợp chất chứa liên kết azomethine ($-\text{NH}-\text{N}=\text{CH}-$, hay cấu trúc hydrazone/hydrazide N-thế) thu hút sự chú ý đặc biệt do vừa đóng vai trò là chất trung gian chuyển hóa quan trọng trong tổng hợp dị vòng, vừa sở hữu nhiều hoạt tính dược lý giá trị: kháng khuẩn, chống co giật, giảm đau, chống viêm, an thần, chống đông máu, kháng lao và kháng tế bào ung thư. Xuất phát từ giá trị thực tiễn của khung cấu trúc salicylic và nhóm azomethine, tác giả Châu Thị Thanh Thao đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học với đề tài: "Tổng hợp một số 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide N-thế".

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định qua 5 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Từ nguyên liệu acid salicylic ban đầu, tiến hành tổng hợp ester methyl salicylate.
  2. Từ methyl salicylate, thực hiện phản ứng thế iod vào nhân thơm để điều chế methyl 2-hydroxy-5-iodobenzoate.
  3. Từ methyl 2-hydroxy-5-iodobenzoate, chuyển hóa thành 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide thông qua phản ứng với hydrazine hydrate.
  4. Từ 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide, thực hiện phản ứng ngưng tụ với 4 aldehyde thơm (bao gồm: 4-dimethylaminobenzaldehyde, 2-nitrobenzaldehyde, 4-chlorobenzaldehyde và 4-methoxybenzaldehyde) để tạo thành 4 dẫn xuất hydrazide N-thế tương ứng.
  5. Khảo sát tính chất lý - hóa và xác định cấu trúc phân tử của các hợp chất tổng hợp được thông qua đo nhiệt độ nóng chảy, phân tích quang phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình phản ứng tổng hợp hóa học hữu cơ và các hợp chất trung gian, sản phẩm dãy 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide N-thế.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; các phép đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân được thực hiện tại Phòng phổ Cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Hà Nội). Khóa luận được hoàn thành vào tháng 05 năm 2010.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên các quy luật phản ứng kinh điển của hóa học hữu cơ hiện đại đối với hợp chất chứa vòng thơm và dẫn xuất acid carboxylic:

  • Khung lý thuyết và cơ chế phản ứng:
    • Phản ứng ester hóa: Cơ chế thế nucleophile trên carbon-carbonyl ($S_N2$/$A_N$) có xúc tác acid vô cơ ($H^+$), kích hoạt nhóm carbonyl và thúc đẩy sự tấn công của phân tử alcohol.
    • Phản ứng thế ái điện tử vào nhân thơm ($S_E\text{Ar}$): Quy luật định hướng thế của nhóm hydroxyl ($-\text{OH}$, nhóm thế loại I, đẩy electron, tăng hoạt định hướng vị trí ortho/para) kết hợp với hiệu ứng lập thể của nhóm ester/carboxyl định hướng vị trí ưu tiên số 5 trên nhân benzene; vai trò của tác nhân oxy hóa để tạo tiểu phân electrophile $I^+$ từ muối iodide ($KI$).
    • Phản ứng tạo hydrazide và hydrazide N-thế (hydrazone): Cơ chế cộng nucleophile ($A_N$) của hydrazine/hydrazide vào trung tâm carbon-carbonyl, tiếp nối bằng giai đoạn tách phân tử nhỏ (methanol hoặc nước) để hình thành liên kết amide ($-\text{CONHNH}_2$) và liên kết azomethine ($-\text{CONHN}=\text{CH}-\text{Ar}$).
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
    • Phương pháp tổng hợp hóa học hữu cơ: Kỹ thuật đun hồi lưu nhiệt độ kiểm soát, kỹ thuật phân đoạn lỏng - lỏng, phương pháp kết tinh lại trong các dung môi hữu cơ chọn lọc (ethanol tuyệt đối, 1,4-dioxan) để tinh chế sản phẩm rắn.
    • Phương pháp xác định hằng số vật lý: Xác định nhiệt độ nóng chảy bằng phương pháp mao quản trên máy đo chuyên dụng FP62.
    • Phương pháp phổ nghiệm xác định cấu trúc: Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đo ở dải sóng $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$ bằng máy FTIR 8400S (Shimadzu) theo kỹ thuật ép viên với KBr; phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$) đo trên máy Bruker AC 500 MHz, sử dụng chất chuẩn nội tetramethylsilane (TMS) trong các dung môi pha mẫu DMSO-$d_6$ và MeOD.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm nguyên gốc thu được trực tiếp từ các mẻ tổng hợp, số liệu cân khối lượng, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, cùng hệ thống giản đồ phổ IR và $^1\text{H-NMR}$ đối chiếu với các tài liệu tham khảo chuyên ngành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan

Chương này hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và các công trình khoa học trong và ngoài nước liên quan đến acid salicylic, hydrazide và hydrazide N-thế:

  • Đại cương về acid salicylic: Cấu trúc phân tử $C_7H_6O_3$, hằng số vật lý ($t^o_{nc} = 159^o\text{C}$, độ tan $0{,}2\text{ g}/100\text{ mL } H_2O$ ở $20^o\text{C}$), lịch sử cô lập từ cây râu dê (meadowsweet) năm 1839 và phản ứng tổng hợp công nghiệp Kolbe - Schmitt (xử lý natri phenolate với $CO_2$ ở $100\text{ atm}$, $150^o\text{C}$). Trình bày các hướng phản ứng chuyển hóa trên nhân benzene (nitro hóa mono ở $40-60^o\text{C}$, dinitro ở $80-90^o\text{C}$; iod hóa tạo dẫn xuất salicylanilide kháng khuẩn Gram(+), Streptococcus faecalis, Staphylococcus aureus), phản ứng trên nhóm $-\text{OH}$ phenol (tạo methoxybenzoic acid với diazomethane, tạo aspirin với acetic anhydride) và phản ứng trên nhóm $-\text{COOH}$ (tạo amide, acyl chloride, ester).
  • Đại cương về hydrazide: Đặc điểm cấu trúc nhóm $-\text{CONHNH}_2$, liên kết hydro liên phân tử tạo trạng thái rắn. Phổ IR đặc trưng có đỉnh hấp thụ $C=\text{O}$ tại $1650 - 1700\text{ cm}^{-1}$, cụm vân $-\text{NHNH}_2$ tại $3200 - 3450\text{ cm}^{-1}$ với đỉnh nhọn $-\text{NH}_2$ gần $3300\text{ cm}^{-1}$. Phân tích các nghiên cứu đóng vòng hydrazide thành dị vòng 1,2,4-triazole, 1,3,4-oxadiazole và muối carbazate có hoạt tính dược lý.
  • Đại cương về hydrazide N-thế: Sự hình thành liên kết azomethine $-\text{NH}-\text{N}=\text{CH}-$. Sự biến đổi phổ IR khi mất tín hiệu $-\text{NH}2$ tự do và xuất hiện đỉnh $C=\text{N}$ tại vùng lân cận $1600\text{ cm}^{-1}$. Tổng hợp dữ liệu dược lý của các dẫn xuất hydrazone: nifuroxazide khử trùng đường ruột, acetylhydrazone và oxamoylhydrazone chống co giật, các dẫn xuất ức chế Mycobacterium tuberculosis $H{37}Rv$, kháng ký sinh trùng sốt rét, chống viêm và ức chế tế bào ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt.

Chương II: Thực nghiệm

Chương II mô tả chi tiết hóa chất, tỷ lệ mol, dụng cụ và quy trình thao tác thực nghiệm tổng hợp từng hợp chất theo sơ đồ 4 giai đoạn:

  • Tổng hợp methyl 2-hydroxybenzoate (A): Đun hồi lưu hỗn hợp gồm $60\text{ g}$ acid salicylic, $100\text{ mL}$ benzene, $150\text{ mL } CH_3OH$ (95%) và $8 - 10\text{ mL } H_2SO_4$ đậm đặc trong $10 - 12$ giờ; tinh chế bằng dung dịch $NaOH\text{ 2N}$, $HCl\text{ (1:1)}$ và $NaCl$ bão hòa lạnh, chiết bằng diethyl ether; thu được $35{,}9\text{ g}$ ester dạng lỏng, không màu, mùi dầu gió.
  • Tổng hợp methyl 2-hydroxy-5-iodobenzoate (B): Cho $9{,}055\text{ g}$ ($0{,}055\text{ mol}$) ester (A) vào $182\text{ mL } CH_3OH$ tuyệt đối, thêm $9{,}96\text{ g } KI$, làm lạnh xuống $0 - 5^o\text{C}$, nhỏ từ từ $90\text{ mL}$ nước Javen ($NaClO$ và $NaOH$). Sau 1 giờ phản ứng ở $0^o\text{C}$, khử $NaClO$ dư bằng $90\text{ mL } Na_2S_2O_3\text{ 10%}$, acid hóa bằng $HCl\text{ 3N}$. Tinh thể kết tinh lại trong $C_2H_5OH$, thu được $11{,}03\text{ g}$ chất rắn hình kim màu vàng nhạt, $t^o_{nc} = 73^o\text{C}$, hiệu suất đạt $68%$.
  • Tổng hợp 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide (C): Hòa tan $20\text{ g}$ ester (B) trong ethanol tuyệt đối, thêm tổng cộng $33\text{ mL}$ hydrazine hydrate 50% chia làm 3 đợt (mỗi đợt $11\text{ mL}$, đun hồi lưu 1 giờ, tổng thời gian 3 giờ); để kết tinh, lọc và tinh chế trong ethanol; thu được $12{,}6\text{ g}$ chất rắn hình kim màu vàng nhạt, $t^o_{nc} = 177^o\text{C}$.
  • Tổng hợp 4 dẫn xuất hydrazide N-thế ($C_1 - C_4$): Đun hồi lưu (C) với các aldehyde tương ứng trong ethanol tuyệt đối, sau đó kết tinh lại trong 1,4-dioxan:
    • Hợp chất $C_1$ [với 4-(dimethylamino)benzaldehyde]: Đun 4 giờ, thu được tinh thể màu vàng đậm.
    • Hợp chất $C_2$ (với 2-nitrobenzaldehyde): Đun 6 giờ từ $1{,}112\text{ g}$ (C), thu được $1{,}1\text{ g}$ tinh thể màu vàng nhạt, hiệu suất $63%$.
    • Hợp chất $C_3$ (với 4-chlorobenzaldehyde): Đun 6 giờ từ $1{,}112\text{ g}$ (C), thu được tinh thể màu trắng hơi vàng.
    • Hợp chất $C_4$ (với 4-methoxybenzaldehyde): Đun 6 giờ từ $1{,}112\text{ g}$ (C) và $2\text{ mL}$ aldehyde, thu được tinh thể màu trắng.
  • Thiết bị đo phổ: Nhiệt độ nóng chảy đo trên máy FP62; phổ IR đo trên máy Shimadzu FTIR 8400S (KBr); phổ $^1\text{H-NMR}$ đo trên máy Bruker AC 500 MHz ($TMS$, $DMSO-d_6$, $MeOD$).

Chương III: Kết quả và thảo luận

Tác giả biện giải chi tiết cơ chế hóa học, các yếu tố kỹ thuật tối ưu hóa hiệu suất và phân tích dữ liệu phổ nghiệm để chứng minh cấu trúc:

  • Biện luận quá trình tổng hợp ester (A): Giải thích cơ chế $S_N2$ xúc tác proton $H^+$. Để tăng hiệu suất chuyển hóa phản ứng thuận nghịch, tác giả áp dụng đồng thời các biện pháp: dùng dư methanol, kéo dài thời gian phản ứng ($>10$ giờ), dùng benzene để lôi cuốn hơi nước và $H_2SO_4$ đậm đặc vừa làm xúc tác vừa hút nước. Sản phẩm có nhiệt độ sôi $217^o\text{C}$, phù hợp tài liệu chuẩn.
  • Biện luận phản ứng iod hóa tạo (B): Phản ứng thế ái điện tử ($S_E\text{Ar}$) vào vị trí số 5 (chịu sự chi phối định hướng mạnh của nhóm $-\text{OH}$ phenol). Hệ $KI/NaClO$ trong môi trường kiềm loãng sinh ra $I_2$ hoạt hóa; nhiệt độ khống chế nghiêm ngặt $0 - 5^o\text{C}$ để tránh phân hủy $NaClO$ và ngăn ngừa sản phẩm phụ thế di-iod. Phổ IR của (B) ghi nhận: đỉnh $C=\text{O}$ ester sắc nhọn tại $1676{,}20\text{ cm}^{-1}$, dao động $C-\text{O}$ tại $1207{,}42\text{ cm}^{-1}$, $C-\text{H}$ no tại $2854{,}26\text{ cm}^{-1}$, $C=\text{C}$ thơm tại $1435{,}83\text{ cm}^{-1}$, $C-\text{H}$ thơm tại $3064{,}42\text{ cm}^{-1}$, liên kết $C-\text{I}$ tại $528{,}58\text{ cm}^{-1}$ và vân $-\text{OH}$ tù rộng ở $3000 - 3200\text{ cm}^{-1}$.
  • Biện luận quá trình tạo hydrazide (C): Cơ chế cộng nucleophile ($A_N$) vào carbon-carbonyl rồi tách $-\text{OCH}_3$. Môi trường kiềm yếu được duy trì tối ưu bằng cách chia nhỏ lượng hydrazine hydrate dư gấp 3 lần thành 3 lần nạp để tránh thủy phân ester trong kiềm mạnh hoặc proton hóa hydrazine trong acid. Phổ IR của (C) cho thấy sự suy giảm tần số $C=\text{O}$ xuống $1626{,}05\text{ cm}^{-1}$ (do hiệu ứng liên hợp của cặp điện tử tự do trên nguyên tử N), đồng thời xuất hiện đỉnh nhọn $-\text{NH}_2$ tại $3404{,}47\text{ cm}^{-1}$, nhóm $>\text{NH}$ tại $3321{,}53\text{ cm}^{-1}$, $C=\text{C}$ thơm tại $1467{,}97\text{ cm}^{-1}$ và $C-\text{I}$ tại $528{,}51\text{ cm}^{-1}$.
  • Biện luận cấu trúc các hydrazide N-thế ($C_1 - C_4$):
    • Trên phổ IR: Tín hiệu mũi nhọn $-\text{NH}_2$ tại $3404{,}47\text{ cm}^{-1}$ hoàn toàn biến mất, chỉ còn lại vân dao động $>\text{NH}$; tần số hấp thụ $C=\text{O}$ dịch chuyển về vùng sóng cao hơn do mở rộng hệ liên hợp toàn phân tử; xuất hiện liên kết $C=\text{N}$.
    • Phân tích chi tiết chất $C_1$ trên phổ IR: $3259{,}81\text{ cm}^{-1}$ (hóa trị $\text{N}-\text{H}$), $1523{,}82\text{ cm}^{-1}$ (biến dạng $\text{N}-\text{H}$), $1633{,}76\text{ cm}^{-1}$ ($C=\text{O}$ và $C=\text{N}$ azomethine), $2894{,}81\text{ cm}^{-1}$ ($C-\text{H}$ no), $1597{,}31\text{ cm}^{-1}$ ($C=\text{C}$ thơm) và $530{,}44\text{ cm}^{-1}$ ($C-\text{I}$).
    • Phân tích phổ $^1\text{H-NMR}$ của chất $C_1$: Tín hiệu singlet cường độ $6\text{H}$ tại $\delta = 3{,}035\text{ ppm}$ tương ứng với hai nhóm $-\text{N(CH}_3)_2$; 3 tín hiệu singlet cường độ $1\text{H}$ ở vùng trường yếu gồm $\delta = 12{,}400\text{ ppm}$ (proton nhóm $-\text{OH}$ phenol), $\delta = 11{,}419\text{ ppm}$ (proton nhóm $-\text{NH}-$ amide) và $\delta = 8{,}316\text{ ppm}$ (proton $-\text{CH}=\text{N}-$ của cầu nối azomethine), phù hợp chặt chẽ với quy luật độ âm điện giảm dần $O > N > C$.

Chương IV: Kết luận và đề xuất

Tóm tắt toàn bộ chuỗi tổng hợp thực nghiệm, khẳng định việc làm chủ quy trình tổng hợp qua 4 giai đoạn từ acid salicylic và xác lập đầy đủ cấu trúc hóa học của các sản phẩm; đề xuất hướng tiếp tục đánh giá hoạt tính sinh học trên các chủng vi sinh vật và dòng tế bào thử nghiệm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và thông số thực nghiệm

Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình điều chế và thu được các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối với các thông số vật lý, hiệu suất rõ ràng:

Ký hiệu Tên hợp chất Trạng thái / Màu sắc Nhiệt độ nóng chảy ($t^o_{nc}$) / Nhiệt độ sôi ($t^o_s$) Khối lượng thu được / Hiệu suất
(A) Methyl salicylate Dạng lỏng, không màu, mùi dầu gió $t^o_s = 217^o\text{C}$ $35{,}9\text{ g}$
(B) Methyl 2-hydroxy-5-iodobenzoate Tinh thể hình kim, màu vàng nhạt $t^o_{nc} = 73^o\text{C}$ $11{,}03\text{ g}$ (Hiệu suất $68%$)
(C) 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide Tinh thể hình kim, màu vàng nhạt $t^o_{nc} = 177^o\text{C}$ $12{,}6\text{ g}$
($C_1$) $N'$-(4-(dimethylamino)benzylidene)-2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide Tinh thể màu vàng đậm Đã đo hằng số vật lý và phổ Đã tổng hợp thành công
($C_2$) $N'$-(2-nitrobenzylidene)-2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide Tinh thể màu vàng nhạt Đã đo hằng số vật lý và phổ $1{,}1\text{ g}$ (Hiệu suất $63%$)
($C_3$) $N'$-(4-chlorobenzylidene)-2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide Tinh thể màu trắng hơi vàng Đã đo hằng số vật lý và phổ Đã tổng hợp thành công
($C_4$) $N'$-(4-methoxybenzylidene)-2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide Tinh thể màu trắng Đã đo hằng số vật lý và phổ Đã tổng hợp thành công

Đóng góp khoa học của đề tài

  • Hoàn thiện chuỗi quy trình tổng hợp 4 bước ổn định đi từ acid salicylic để gắn chọn lọc nguyên tử iod vào vị trí số 5 trên nhân benzene và tạo cấu trúc khung hydrazide N-thế mang nhóm azomethine.
  • Tối ưu hóa điều kiện phản ứng: khống chế nhiệt độ $0 - 5^o\text{C}$ trong phản ứng iod hóa bằng $KI/NaClO$, phân chia tỷ lệ nạp hydrazine hydrate thành 3 giai đoạn để kiểm soát môi trường kiềm yếu, lựa chọn hệ dung môi kết tinh lại (1,4-dioxan) cho các hydrazide N-thế.
  • Cung cấp bộ dữ liệu phổ nghiệm chi tiết (FTIR, $^1\text{H-NMR}$) phục vụ việc quy kết cấu trúc hóa học chính xác cho dãy dẫn xuất 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide N-thế mới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Khóa luận tập trung hoàn toàn vào phạm vi tổng hợp hữu cơ thực nghiệm và xác định cấu trúc phân tử; chưa tiến hành thử nghiệm sinh học trực tiếp (in vitro hoặc in vivo) trên các chủng vi khuẩn, nấm hoặc dòng tế bào ung thư đối với các sản phẩm $C_1 - C_4$ vừa tổng hợp được do giới hạn thời gian và trang thiết bị chuyên ngành vi sinh/dược lý.
  • Hướng phát triển:
    • Mở rộng phản ứng ngưng tụ của hợp chất (C) với các dẫn xuất aldehyde thơm và dị vòng khác nhằm đa dạng hóa thư viện cấu trúc phân tử.
    • Tiến hành thử nghiệm sàng lọc hoạt tính kháng khuẩn (Gram dương, Gram âm), kháng nấm, kháng lao ($M. tuberculosis$) và hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất $C_1 - C_4$ đã tạo thành.
    • Nghiên cứu các phản ứng đóng vòng tiếp theo từ hydrazide N-thế để tổng hợp các hệ dị vòng phức tạp như 1,3,4-oxadiazole hay thiazolidinone.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Hóa học (Hóa hữu cơ, Sư phạm Hóa học) và Hóa dược: Làm tài liệu tham khảo trực tiếp về kỹ thuật thực hành tổng hợp hữu cơ đa bước, kỹ thuật bảo vệ/chuyển hóa nhóm chức trên nhân thơm mang nhóm thế hỗn hợp, và phương pháp xử lý - tinh chế sản phẩm rắn bằng kỹ thuật kết tinh lại.
  • Người nghiên cứu cấu trúc hóa hữu cơ: Tham khảo phương pháp phân tích, quy giải các tín hiệu phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$) cho các hợp chất chứa liên kết azomethine, liên kết amide và nhóm thế halogen trên nhân thơm.
  • Các nhóm nghiên cứu phát triển tiền chất dược dụng: Sử dụng quy trình iod hóa chọn lọc vị trí $C_5$ của nhân salicylate bằng hệ tác nhân thân thiện $KI/NaClO$ làm tài liệu quy trình chuẩn để phát triển các dẫn xuất mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất ban đầu được sử dụng trong khóa luận là gì và sơ đồ tổng hợp gồm bao nhiêu giai đoạn?
Nghiên cứu sử dụng acid salicylic làm nguyên liệu ban đầu. Sơ đồ thực nghiệm gồm 4 giai đoạn phản ứng liên tiếp: (1) Ester hóa tạo methyl salicylate; (2) Iod hóa nhân thơm tạo methyl 2-hydroxy-5-iodobenzoate; (3) Phản ứng hydrazin phân tạo 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide; (4) Phản ứng ngưng tụ với 4 aldehyde thơm tạo 4 dẫn xuất hydrazide N-thế ($C_1 - C_4$).

2. Phản ứng iod hóa methyl salicylate được thực hiện bằng hệ tác nhân nào và cần khống chế điều kiện nhiệt độ ra sao?
Phản ứng sử dụng hệ tác nhân gồm potassium iodide ($KI$) và nước Javen ($NaClO$ kết hợp $NaOH$) trong dung môi methanol. Nhiệt độ phản ứng bắt buộc duy trì nghiêm ngặt trong khoảng $0 - 5^o\text{C}$ nhằm ngăn ngừa sự phân hủy của $NaClO$ thành oxy nguyên tử tự do và hạn chế tối đa sự hình thành sản phẩm phụ bị thế iod ở cả hai vị trí trên vòng benzene.

3. Làm thế nào để nhận biết sự tạo thành liên kết azomethine ($-\text{NH}-\text{N}=\text{CH}-$) trên phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$)?
Trên phổ IR, tín hiệu mũi nhọn cường độ mạnh của nhóm $-\text{NH}_2$ tự do (tại $3404{,}47\text{ cm}^{-1}$ ở chất đầu hydrazide) hoàn toàn biến mất, đồng thời xuất hiện vân hấp thụ của liên kết $C=\text{N}$ và $C=\text{O}$ liên hợp. Trên phổ $^1\text{H-NMR}$, liên kết azomethine được khẳng định bởi sự xuất hiện của mũi cộng hưởng singlet đặc trưng cho proton nhóm $-\text{CH}=\text{N}-$ ở vùng trường yếu ($\delta = 8{,}316\text{ ppm}$ đối với chất $C_1$).

4. Dẫn xuất $N'$-(4-(dimethylamino)benzylidene)-2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide ($C_1$) có các tín hiệu cộng hưởng proton nào ở vùng trường yếu ($\delta > 8\text{ ppm}$)?
Trên phổ $^1\text{H-NMR}$ của hợp chất $C_1$, ở vùng trường yếu có 3 tín hiệu singlet ứng với 3 proton đơn lẻ ($1\text{H}$): proton của nhóm $-\text{OH}$ phenol tại $\delta = 12{,}400\text{ ppm}$, proton của nhóm $-\text{NH}-$ amide tại $\delta = 11{,}419\text{ ppm}$ và proton $-\text{CH}=\text{N}-$ của cầu nối azomethine tại $\delta = 8{,}316\text{ ppm}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Châu Thị Thanh Thao đã hoàn thành trọn vẹn chuỗi quy trình tổng hợp hữu cơ 4 giai đoạn từ acid salicylic để tạo ra dãy 4 hợp chất 2-hydroxy-5-iodobenzohydrazide N-thế ($C_1 - C_4$). Cấu trúc hóa học và độ sạch của các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối đều được xác lập rõ ràng thông qua nhiệt độ nóng chảy, phổ IR và phổ $^1\text{H-NMR}$. Công trình đóng góp quy trình thực nghiệm ổn định và cung cấp hệ thống dữ liệu phổ nghiệm giá trị cho hướng nghiên cứu hóa học các hợp chất chứa khung azomethine định hướng hoạt tính sinh học.