MỞ ĐẦU Các azometin còn được gọi là bazơ Schiff là những hợp chất trong phân tử chứa nhóm liên kết azometin – C = N - kiểu R – CH = N – R`, trong đó R và R` là các gốc ankyl, aryl hoặc hetaryl. Người ta biết đến loại hợp chất này từ lâu song chỉ vài chục năm gần đây, chúng mới được nghiên cứu nhiều, nhất là từ khi phát hiện thấy chúng và các sản phẩm chuyển hoá từ chúng có nhiều hoạt tính sinh học quý giá: như tính kháng khuẩn, chống viêm, diệt nấm và kháng virut. Đặc biệt là tính chất ức chế ăn mòn rất cao với nhiều loại kim loại và hợp kim trong các môi trường khác nhau. Các azometin có khả năng phản ứng cao, có thể tham gia vào nhiều quá trình sinh hoá và chuyển hoá hoá học khác nhau tạo ra nhiều hợp chất có thể ứng dụng trong dược phẩm, trong biến tính cao su, trong hoá phân tích và trong lĩnh vực phòng chống ăn mòn và bảo vệ kim loại… Những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu về azometin chứa nhân thơm, dị vòng đã được công bố.
Nhưng với các azometin chứa dị vòng piriđin ít được đề cập đến. Chính vì vậy luận văn này đặt ra một số nhiệm vụ sau: Tổng hợp các azometin đi từ 2 – amiopiriđin, 3 – aminopiriđin, piriđin-2-anđehit, piriđin-3-anđehit và piriđin-4-anđehit. Tổng hợp các bis-azometin đi từ piriđin-2-anđehit, piriđin-3-anđehit và piriđin-4-anđehit. Chuyển hoá các azometin và bis-azometin thành các dẫn xuất thiazoliđinon-4 tương ứng.
Khử hóa các azometin và bis-azometin thành các amin bậc 2 tương ứng. Thử hoạt tính sinh học của các azometin và bis-azometin đã tổng hợp được. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các azometin và bis- azometin. PHẦN 1: TỔNG QUAN 1|Page Lê Thị Thanh Trà Cao học Hóa – K18 Tổng hợp và chuyển hoá một số azometin chứa nhân piriđin.1 TỔNG QUAN VỀ AZOMETIN: 1.
Cấu trúc điện tử, đồng phân hình học, tính bazơ của azometin. Phân tử azometin có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân cis (syn) và trans (anti). Waren và cộng sự [28] đã nghiên cứu cấu trúc của N-benzyliđenanilin, tính được góc R2NC và thấy rằng dạng syn có giá trị góc 253 0 và dạng anti có giá trị 1170. Momen lưỡng cực của các phân tử này là 1,57 D.Izmailski và cộng sự [25] đã chỉ ra rằng ở các azometin thơm có hai kiểu hệ liên hợp: Sự liên hợp nhờ các điện tử π (liên hợp π-π) và sự liên hợp giữa các cặp điện tử không chia sẻ trên nguyên tử nitơ của azometin và hệ thống điện tử π trong nhân thơm amin (liên hợp n-π).
Chính sự liên hợp n-π này làm cho nhân thơm amin quay một góc nào đó ra khỏi mặt phẳng của phân tử azometin. Minkin và cộng sự [1] đã có một loạt những công trình nghiên cứu về tính đồng phẳng của azometin. Các tính toán lý thuyết cho thấy góc không đồng phẳng là 40-900, còn tính toán bằng phương pháp phổ tử ngoại thì góc không đồng phẳng là 45-600. Nguyên tử nitơ của liên kết azometin có cặp điện tử không chia sẻ, do vậy nitơ là trung tâm bazơ Lewis.
Sự liên hợp n, π có ảnh hưởng nhất định đến lực bazơ của azometin, các nhóm thế ở nhân thơm hợp phần amin có ảnh hưởng rõ rệt đến lực bazơ của phân tử azometin, còn các nhóm thế ở nhân thơm hợp phần anđehit có ảnh hưởng không đáng kể đến tính bazơ của phân tử azometin. Các giá trị pKb của các benzyliđenanilin nằm trong khoảng 9 -13. Để xác định hằng số pKb tương đối của các bazơ azometin, người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ đo thế trong axetonitrin hay trong etanol - nước (1 : 1). Các giá trị pKb nhận được có một sự tương quan tuyến tính tốt với các hằng số nhóm thế Hammelt.
Thông số phản ứng ρ của sự tương quan trên luôn dương (ρ>0) chứng tỏ sự có mặt của các nhóm thế hút điện tử trong nhân thơm sẽ làm giảm mật độ điện tử ở trên nguyên tử nitơ và làm giảm lực bazơ của phân tử azometin và ngược lại.2 Các phương pháp tổng hợp azometin: Các azometin có thể được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau. Sau đây là những phương pháp chính: 1. Phản ứng giữa anđehit và amin bậc một: 2|Page Lê Thị Thanh Trà Cao học Hóa – K18 Tổng hợp và chuyển hoá một số azometin chứa nhân piriđin. Đây là phương pháp thuận lợi nhất để tổng hợp các azometin xuất phát từ chất đầu dễ kiếm, cho hiệu suất cao.
Phản ứng như sau: R1−CHO + R2−NH2 → R1CH=NR2 + H2O Trong đó: R1 và R2 có thể là gốc ankyl, aryl hay dị vòng. Nói chung, các azometin béo điều chế từ anđehit béo và amin béo không bền, các azometin thơm bền vững hơn. Đặc biệt các azometin thơm hoàn toàn thì rất bền vững. Cơ chế của phản ứng giữa anđehit và amin bậc một được biểu diễn bằng sơ đồ tổng quát sau: [7] Khảo sát một số lớn phản ứng loại này bằng quang phổ người ta nhận thấy vạch hấp thụ của nhóm C = O biến đi rất nhanh, thậm chí có khi biến hết trước khi xuất hiện vạch hấp thụ của nhóm C = N; điều này chứng tỏ sinh ra hợp chất trung gian (I).
Xúc tác cho phản ứng là axit hoặc bazơ cho cả hai giai đoạn tấn công nucleophin của amin vào nhóm cacbonyl (1) và giai đoạn tách nước để tạo thành azometin (2). Khi dùng xúc tác axit, cơ chế phản ứng diễn ra như sau: Còn khi sử dụng bazơ làm xúc tác, cơ chế diễn ra như sau: 3|Page Lê Thị Thanh Trà Cao học Hóa – K18 Tổng hợp và chuyển hoá một số azometin chứa nhân piriđin. Đặc trưng của phản ứng là sự thay đổi cơ chế theo sự thay đổi pH của phản ứng [13]. Khi tăng tính axit, pH giảm, tốc độ tách nước tăng nhưng tăng nồng độ amin ở dạng proton hoá, tốc độ phản ứng cộng giảm.
Giai đoạn quyết định tốc độ là giai đoạn cộng nucleophin. Khi tăng giá trị pH, giảm tính axit, sự proton hoá hợp chất cộng giảm, giai đoạn tách nước chậm và trở thành giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng. Phản ứng khử hoá amit thế [7]: PCl5 o -CH3-C6H4-CO-NH-C6H5 o-CH3-C6H4-C=N-C6H5 SnCl2 Cl o-CH3-C6H4-CH=N-C6H5 (62 – 70%) Hạn chế của phương pháp này là việc khử hoá không chọn lọc, đồng thời các sản phẩm trung gian dễ bị thuỷ phân. Đi từ hợp chất azo và metylaren: Phản ứng diễn ra như sau: to cao CH3 – N = N – C6H5 + CH3 – C6H5 C6H5 – N = CH – C6H5 – C6H5NH2 1.
Đi từ hợp chất thơm có nhóm metyl hoạt động và hợp chất nitrozo: 1. Bằng phản ứng giữa anđehit thơm và hợp chất nitro thơm: Phản ứng của anđehit thơm và hợp chất nitro thơm trong cacbon oxit với sự có mặt của hợp chất chứa palađi và các hợp chất có chứa nitơ, photpho và Fe2Mo7O24 cho sản phẩm azometin. Thí dụ hỗn hợp của benzanđehit, nitrobezen, phức Cl2 – piriđin và CO trong benzen ở 150 atm, 230oC trong 5 giờ cho benzyliđen với hiệu suất 71% [10]. 150 atm, 5h C6H5 – CHO + C6H5NO2 C6H5CH = N – C6H5 1.
Ngưng tụ các hợp chất nitro béo hay thơm béo có nhóm α – metylen với các nitrozoaren: Phản ứng này xảy ra với sự có mặt của natri hiđroxit hay natri xianua [19]. Bằng phản ứng giữa nitroaren và các α – hetarylaxetonitrin: Phản ứng xảy ra khi có mặt kiềm, hiệu suất đạt từ 50 – 80%. 4|Page Lê Thị Thanh Trà Cao học Hóa – K18 Tổng hợp và chuyển hoá một số azometin chứa nhân piriđin. Đi từ các dị vòng chứa nitơ có nhóm metyl hoạt động và các nitrozoaren: Phương pháp này đạt hiệu suất từ 50 – 70%.
Trong các phương pháp tổng hợp azometin đã nêu trên thì phương pháp đi từ anđehit và amin bậc 1 là thuận lợi và phổ biến hơn cả. Phổ của azometin: 1. Phổ hồng ngoại của azometin: Trong phổ hồng ngoại của các azometin có đỉnh hấp thụ nằm trong vùng 1590 – 1690 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm liên kết azometin. Vị trí vạch hấp thụ này phụ thuộc vào bản chất của các nhóm gắn với nhóm liên kết azometin.
Thường thì các azometin béo có vạch υ C=N nằm ở số sóng cao hơn các azometin béo thơm và thơm. Dung môi ảnh hưởng không đáng kể đến cường độ và vị trí của vạch này, nhưng khi thay đổi nhóm thế hút điện tử thì cường độ của vạch υC=N giảm đi và ngược lại. Tính đồng phẳng của phân tử cũng có ảnh hưởng đến cường độ của vạch này. Phổ tử ngoại của azometin: Phổ tử ngoại của azometin cũng phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các nhóm thế gắn với liên kết azometin, vào tính đồng phẳng của phân tử và vào bản chất của dung môi.
Số dải hấp thụ có thể là 2, 3 hoặc 4 dải tuỳ theo từng dãy azometin, song thường chỉ có từ 2 – 3 cực đại hấp thụ nằm trong vùng 210 – 230, 240 -270 và 320 – 390nm, cực đại hấp thụ thứ 4 nằm trong vùng 420 – 480nm với cường độ yếu và đôi khi xuất hiện dạng điểm uốn và đặc trưng cho bước nhảy điện tử n – π*. Cực đại hấp thụ ở vùng 240 – 270nm đôi khi tách thành hai dải. Phổ khối lượng của các azometin: Phổ khối lượng của các azometin thường cho pick ion phân tử rất mạnh, chính vì vậy phổ khối lượng là phương pháp phân tích hiệu quả nhất trong việc chứng minh cấu trúc của các azometin. Ngoài ra dựa vào tỷ lệ chiều cao giữa các 5|Page Lê Thị Thanh Trà Cao học Hóa – K18 Tổng hợp và chuyển hoá một số azometin chứa nhân piriđin.
pick trong phổ đồ chúng ta có thể dễ dàng tính được công thức cộng của azometin và kết quả này là một yếu tố góp phần khẳng định cấu trúc phân tử chất đã tổng hợp. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của các azometin: Phổ 1H-NMR là phương pháp chứng minh chính xác nhất cấu trúc của azometin. Trên phổ 1H-NMR của các azometin thường thấy xuất hiện tín hiệu cộng hưởng nằm trong khoảng từ 8-9 ppm, đặc trưng cho proton ở liên kết -CH=N-. Thông thường proton này cho tín hiệu ở dạng singlet với cường độ mạnh, tuỳ thuộc vào nhóm thế trong phân tử azometin mà độ dịch chuyển hoá học của proton này có sự khác nhau chút ít.
TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT THIAZOLIĐINON-4: 1. Tổng quan: Thiazolidinon–4 là dẫn xuất của thiazolidin có nhóm (C = O) ở vị trí số 4. Có công thức như sau: Nhiều hợp chất dị vòng thiazolidinon-4 đã được biết đến nhờ những hoạt tính sinh học đa dạng.