Tổng Hợp và Nghiên Cứu Cấu Trúc Hợp Chất Chứa Dị Vòng 2-Pyrazolin

Khóa luận trình bày nghiên cứu hóa học tổng hợp và cấu trúc của các hợp chất chứa dị vòng 2 pyrazolin, góp phần vào lĩnh vực hóa học hữu cơ.

• Tác giả: Trần Thị Mỹ Châu
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Công
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Và Nghiên Cứu Cấu Trúc Một Số Hợp Chất Chứa Dị Vòng 2-Pyrazolin
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm, phân loại và cấu tạo
• 1.2. Ứng dụng của các hợp chất chứa dị vòng 2-pyrazolin
• 1.2.1. Phản ứng của hidrazin và các dẫn xuất
• 1.2.2. Phản ứng với hợp chất cacbonyl không no
• 1.2.3. Phản ứng với ankyl dihalogenua
• 1.2.4. Phản ứng với hợp chất 2-bromxeton
• 1.2.5. Phản ứng với hợp chất nitril không no
• 1.2.6. Phản ứng cộng của diazoankan vào cacbon nối đôi
• 1.2.7. Phản ứng cộng hợp chất imine vào axetylen
• 1.2.8. Một số phản ứng khác
• 1.3. Các phương pháp tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2-pyrazolin
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Điều chế các hợp chất a,f-xeton không no
• 2.1.1. Điều chế 3-(4-metoxiphenyl)-1-(4-nitrophenyl)prop-2-en-1-on
• 2.1.2. Điều chế 1,5-bis(4-metoxiphenyl)penta-1,4-dien-3-on
• 2.2. Tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng 2-pyrazolin
• 2.2.1. Tổng hợp 1-axetyl-5-(4-metoxiphenyl)-3-(4-nitrophenyl)-2-pyrazolin
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Điều chế các hợp chất a,f-xeton không no
• 3.2. Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp
• 3.2.1. Phổ cộng hưởng từ proton (H-NMR)
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc hợp chất chứa dị vòng 2 Pyrazolin

Nghiên cứu về cấu trúc hóa học 2-Pyrazolin đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Các hợp chất này không chỉ có cấu trúc độc đáo mà còn mang lại nhiều ứng dụng trong y học và công nghiệp. Việc hiểu rõ về cấu trúc của chúng sẽ giúp phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn.

1.1. Khái niệm và phân loại hợp chất chứa dị vòng 2 Pyrazolin

Hợp chất 2-Pyrazolin thuộc nhóm hợp chất dị vòng với cấu trúc đặc trưng. Chúng được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên vị trí của các nguyên tử trong vòng. Việc phân loại này giúp xác định tính chất và ứng dụng của từng loại hợp chất.

1.2. Tính chất vật lý của 2 Pyrazolin

Các hợp chất 2-Pyrazolin có nhiều tính chất vật lý đặc biệt như nhiệt độ nóng chảy và độ hòa tan. Những tính chất này ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau, từ y học đến công nghiệp hóa chất.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hợp chất 2 Pyrazolin

Mặc dù có nhiều ứng dụng tiềm năng, việc nghiên cứu cấu trúc hóa học 2-Pyrazolin vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của hợp chất và hiệu suất tổng hợp là những yếu tố cần được giải quyết để tối ưu hóa quy trình nghiên cứu.

2.1. Độ ổn định của hợp chất 2 Pyrazolin

Độ ổn định của các hợp chất 2-Pyrazolin phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và điều kiện môi trường. Việc nghiên cứu độ ổn định này là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi trong ứng dụng thực tiễn.

2.2. Hiệu suất tổng hợp hợp chất 2 Pyrazolin

Hiệu suất tổng hợp là một trong những yếu tố quyết định đến khả năng sản xuất hàng loạt các hợp chất 2-Pyrazolin. Các phương pháp tổng hợp hiện tại cần được cải tiến để đạt được hiệu suất cao hơn.

III. Phương pháp tổng hợp hợp chất chứa dị vòng 2 Pyrazolin hiệu quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp hợp chất 2-Pyrazolin, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nâng cao hiệu suất sản phẩm.

3.1. Phản ứng với hợp chất cacbonyl không no

Phản ứng giữa hidrazin và các hợp chất cacbonyl không no là một trong những phương pháp phổ biến để tổng hợp 2-Pyrazolin. Phương pháp này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu trước đây.

3.2. Phản ứng với ankyl dihalogenua

Phản ứng giữa ankyl dihalogenua và hidrazin cũng là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp hợp chất 2-Pyrazolin. Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm với độ tinh khiết cao.

3.3. Phản ứng cộng của diazoankan vào cacbon nối đôi

Phản ứng này cho phép tổng hợp 2-Pyrazolin từ các hợp chất diazoankan, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và phát triển các hợp chất chứa dị vòng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hợp chất 2 Pyrazolin trong y học

Hợp chất 2-Pyrazolin đã được chứng minh có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc mới. Các nghiên cứu cho thấy chúng có khả năng kháng khuẩn và chống viêm hiệu quả.

4.1. Tính kháng khuẩn của hợp chất 2 Pyrazolin

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất chứa dị vòng 2-Pyrazolin có khả năng kháng lại nhiều loại vi khuẩn gây bệnh. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các loại thuốc kháng sinh mới.

4.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh thần kinh

Hợp chất 2-Pyrazolin cũng được nghiên cứu để điều trị các bệnh liên quan đến thần kinh. Các nghiên cứu cho thấy chúng có thể giúp giảm triệu chứng và cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu hợp chất 2 Pyrazolin

Nghiên cứu về hợp chất 2-Pyrazolin đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và y học. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả sẽ giúp khai thác tối đa tiềm năng của các hợp chất này.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất tổng hợp và khám phá thêm nhiều ứng dụng mới của hợp chất 2-Pyrazolin trong y học và công nghiệp.

5.2. Tầm quan trọng của hợp chất 2 Pyrazolin trong hóa học hữu cơ

Hợp chất 2-Pyrazolin không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm mới trong hóa học hữu cơ, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN I. KHÁI NIEM, PHAN LOẠI VA CAU TAO 1.1 Khải niệm và phân loại Pyrazolin thuộc loại hợp chất dj vòng § cạnh không no. Phan tử pyrazolin có vòng 5 cạnh với 2 dị tố N và | liên kết đôi. Dựa vào vị trí của liên kết đôi trong dj vòng.

pyrazolin được chia thành 3 loại: I-pyrazolin: 2-pyrazolin và 3-pyrazolin. v\, : : ( _NH 2? | | \ 1-Pyrazolin 2-Pyrazolin 3-Pyrazolin Trong 3 loại pyrazolin, các hợp chất loại 2-pyrazolin được nghiên cứu nhiều nhất đo có nhiều ứng dụng trong hóa học va y khoa. Do đó trong khuôn khỏ dé tai chúng tôi cũng sẽ nghiên cứu và tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng 2-pyrazolin.2 Cấu tạo Trong giới hạn của dé tai, chúng tôi đi sâu tìm hiểu vẻ cấu tạo của 2- pyrazolin. SVTH: Trin Thị Mỹ Chau Trang $ Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiếa Công Trên vòng pyrazolin của hợp chất 2-pyrazolin thé, & vị trí số Š còn | nguyên tử H; ở vị trí số $ còn 2 nguyên tử H.

Theo [1], 2 nguyên tứ H ở vị trí số4 không tương đương nhau. Điều này được giải thích là do nguyễn tử N ở vị trí số 2 và nguyên tử € ở vị trí số 3 lai hóa sp’ nên chúng đồng phẳng với nhau, trong khí đó nguyễn tứ N ở vị trí số | vả các nguyên tử cacbon còn lại trên vòng đều lai hỏa sp’, dang tứ diện và đồng phẳng với nhau. Do đó 2 nguyên tử Hở vị tri số 4 không cùng nằm trên một mặt phăng mà hướng về 2 hưởng khác nhau so với vòng pyrazolin, Hai proton ở vị tri số 4 không tương đương nhau nên chúng có thé tương tác với nhau va cùng tương tác với proton ở vị trí số 5. Điều nay tạo nên sự khác biệt trên phổ cộng hưởng từ proton 'H-NMR của các hợp chất loại 2-pyrazolin so với các loại khác.

Có thể mô tả cấu trúc của các hợp chất dị vòng 2-pyrazolin như sau: Proton HỶ va 2 proton H”^, H tương tác spin-spin với nhau nên trên pho ‘H-NMR chúng cho 3 tín hiệu dạng doubler-doublet với cường độ tương đổi bảng |. Các proton có độ chuyển dịch khác nhau. thong thường H” cho tín hiệu ở ö= 2.12 ppm, H" cho tín hiệu ở 6= 3,6 + 3,9 ppm vả H’ ớ d= 4.8+ SVTH: Tran Thị Mỹ Chau Trang 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVH: TS.Nguyễn Tin Công 5,9 ppm. Những đặc trưng trên pho 'H-NMR như trên được sử dung trong việc nhận biết các hợp chất chứa di vòng 2-pyrazolin trong tong hợp hữu cơ, ll.

UNG DUNG CUA CAC HỢP CHAT CHUA DỊ VÒNG 2- PYRAZOLIN Với những tính chat đặc biệt vẻ hoạt tinh sinh học cao, các hợp chat dị vòng 2-pyrazolin đã được nghiên cứu từ rất lâu. Qua các nghiên cứu đã được công bố cho thấy các hợp chất chứa dj vòng 2-pyrazolin có tính kháng khuẩn cao khi tiến hành thứ nghiệm trên các loại vi khuẩn gây bệnh, ngoài ra còn được sử dụng dé điều chế các loại dược phẩm như thuốc gây mẽ, giảm căng cơ. thuốc trị bệnh than kinh. Theo [2] hợp chất (5-(4-fluorophenyl)-3-(4-fluorophenyl)-I-isonicotinoyÌ- pyrazoline) sau khi tong hợp được thử nghiệm hoạt tính sinh học cho thấy có khả năng chống lại vi khuẩn Staphylococcus aureus gây ra các bệnh về hô hấp như viêm phế quản hoại tử, viêm phổi.

Theo [3] bằng phương pháp tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng 2- pyrazolin từ hợp chất a,f-xeton không no với thiosemicacbazit đã thu được một số hợp chất có tính kháng khuẩn cao. Rạ R n NaOH N ZA + NH,NHCSNH ——> N 2 2 ctanol N~ s N ° | R, NHạ la: Rị= H; R;= H: R= H Ib: R;=H: R:= CH:: R:= H SVTH: Trin Thị Mỹ Chau Trang 7 Khóa Luận Tốt Nghiệt.Nguyễn Tiến Công H ” mm nu + n — s OCH, @) 2a: Ar = 2-clorophenyl 2b: Ar = p-bromopheny! 2c: Ar=p-toly! 2d: Ar = p-nitrophenyl! 2e: Ar = m-nitrophenyl 2f: Ar = p-dimetylaminophenyl 2g: Ar = indolyl-3 Các hợp chất sau khi tổng hợp đã được các tác giá thử hoạt tính sinh học trên 3 chúng loại vi sinh vật là Staphylococus epidermidis thuộc (Gr+); Entrsbauser (Gr-) và nam men Candida albican. Hoạt tính sinh học của các hợp chất thử nghiệm được đánh giá dựa trên độ lớn của đường kính vòng tròn võ khuẩn. Kết quả thử nghiệm cho thấy tất cá các hợp chất chứa vòng 2-pyrazolin chí có tác dung kháng khuẩn với (Gr-) và chéng nằm ở nông độ 100uil.

Ngoải ra còn rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thé giới vẻ những tính chất quý vả ứng dụng cao của các hợp chất dị vòng 2-pyrazolin trong lĩnh vực y học hửa hẹn sé tim ra nhừng được phẩm mới chữa trị những bệnh nan y hiện nay. SVTH: Trần Thị Mỹ Châu Trang 9 Khó. Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiến Công ——-»> SQH c -_ 5 ie) NH.OH HCI N—N 2 F + ° S O N—N D- Re R G3aj) 3a: R = 3,4,5-Trimetoxypheny! 3f: R= 4-Florophenyl 3b: R = 3-Phenoxypheny! 3g: R = 2-Hidroxy-4-metoxypheny! 3c: R = 4-Metoxyphenyl 3h: R = 2-Nitropheny! 3d: R = 2-Cloropheny! 3i: R = 4-N_N-Dimetylaminopheny! 3e: R = 4-Hidroxyphenyl 3j: R = 2-Thienyl SVTH: Trin Thị Mỹ Chau Trang 10 Khóa Luan Tết Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiến Công Ngoài ra các hợp chất 2-pyrazolin còn được Karolin Alex Annegret Tillack va Nicolle Schwarz [6] dùng đẻ tong hợp các hợp chat chứa di vòng pyrazol. Hợp chất 3-butynol được cho phan ứng với dẫn xuất pheny] hidrazin trong dung môi tetrahydrofuran (THF) với kẽm triflometansulfonat (Zn(OTĐ:) lam xúc tác trong 24 giờ ớ nhiệt độ 100°C.

San phẩm là các hợp chứa dị vòng 2-pyrazolin tiếp tục được dun trong môi trường axit axetic ở 50°C trong thời gian là 25 đến 72 giờ thu được san phẩm cuối cùng có chửa di vòng pyrazol. `»1 : A\ HạN F xa Zn(OTf); | + Z THF, 24h, 100°C SQ xX, | 2 NG 34 - 72h, 50°C SS | FR Nghiên cứu và tổng hợp các hợp chat có chứa dị vòng 2-pyrazolin đóng vai trỏ quan trọng cho sự phát triển của tổng hợp hữu cơ và nhất lả hóa học các hợp chất đị vòng. CÁC PHƯƠNG PHAP TONG HỢP MOT SO HỢP CHAT CHUA DỊ VÒNG 2-PYRAZOLIN H1.1 Phản ứng của hidrazin và các dẫn xuất LII.1 Phản ứng với hợp chất cacbonyl không no Một trong những phương pháp tong hợp các hợp chat chứa dj vỏng 2-pyrazolin được nghiên cứu vả sử dụng rộng rải nhất hiện nay lá đi từ phan ing ngưng tụ cua hidrazin vả các dẫn xuất với hợp chat cacbony! không no. SVTH: Trin Thị Mỹ Chiu Trang 11 Khỏa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiến Công Nghiên cứu của Emil Fisher va Otto Knoevenagel (năm 1887) vẻ phan ứng giữa tolylhidrazin và acrolin trong 24 giờ thu được sản phẩm là tolylpyrazolin (nhiệt độ nóng cháy $1- $2°C) với hiệu suắt 20-22%.

H6 »=eene k2 ⁄ \ NHNH, ———*> R—= Re 2- CHy, p- CHy Năm 2002 Davood Azarifar va Maseud Shaebanzadeh [7] tiền hành tổng hợp các hợp chất a,B-xeton không no bảng phan ứng của |-axetylnaphthalen hoặc các dẫn xuất của I-axetylnaphthalen với I-naphthaldehit hoặc 4-dimetylamino-l- naphthaldehit trong dung môi etanol/NaOH.f-xeton không no sau khi tống hợp lần lượt được cho phản ứng với hidrazin; phenylhidrazin và semicarbazit trong môi trường lả axit axetic thu được sản phẩm là các hợp chất chứa dị vòng 2-pyrazolin. SVTH: Trần Thị Mỹ Chau Trang 12 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiền Công HạCO CHO Rì NaO R2 Rạ R ; = H. R¿=Ph i, Ry = CONH, n¬e"on R, = O H. R; = Me, R; = NMe; R, = H, R; = Cl, R; = NMe; Các hợp chất di vòng 2-pyrazolin 6ag - 6fk được các tác giả thử nghiệm va nhận thay khá năng khang được 6 chúng loại vi khuẩn gồm Escherichia coli, SVTH: Tran Thị Mỹ Châu Trang l3 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Tiền Công Staphylococcus aureus, Klebsiella pneuwmomiae, Proteus mirabillis, Shigella dysentry va Salmonella typhii ở nồng độ là 100mg/ml.

Cũng tổng hợp các hợp chất dị vòng 2-pyrazolin tir phan ứng ngưng tụ của hidrazin và các dẫn xuất với hợp chất œ-xeton không no Ji Tai Li, Xiao Hui Zhang va Zhi Ping Lin (năm 2007) [8] đã đẻ xuất phương pháp tăng hiệu suất của phan ứng bằng cách sử dụng các bức xạ siêu am. Khi cho hợp chất œ.-xeton không no tác dụng với phenylhidrazin hidrocloric trong môi trường là dung dịch natri axetat và axit axetic, khuây hỗn hợp ở nhiệt độ 108°C. trong 4 giờ thi hiệu suất của phản ứng đạt được là 76%. Băng biện pháp dùng các bức xạ siêu âm chiếu liên tục vào hỗn hợp phản ứng, hiệu suất phản ứng tăng thành 83-96% vả phan ứng xảy ra êm dịu ở nhiệt độ phỏng trong thời gian là 2 giờ.

Như vậy với việc dùng bức xạ siêu âm sẽ tạo điều kiện cho phán ứng tông hợp các hợp chất dị vòng 2-pyrazolin diễn ra êm địu, hiệu suất cao và rút ngắn được thời gian phản ứng. Kết quả tổng hợp được trình bày ở bảng 2. Ca | SR renee |e Ee SVTH: Tran Thị Mỹ Chau Trang l4 ea [es ce [oe [once [a | 7 | B— LHI 1.2 Phan ứng với ankyl dihalogenua Năm 2006 Yuhong Ju và Rajender S. Varma [9] tiến hành phan ứng tổng hợp các hợp chất dị vòng 2-pyrazolin bang phan ứng giữa các hợp chất alkyl dihalogenua với các dẫn xuất hidrazin trong môi trường K;CO;-NaOH.

Phản ứng được thực hiện trong lò vị sóng với công suất 70-100W, nhiệt độ được duy tri ở 120°C trong thời gian là 20 phút. Hiệu suất phản ứng dat từ 60- 85%. : K;CO; , NaOH R~ “ni at” — MW (70- 100W) —< 24 ` R = aryl; alkyl X=Br; Cl R = aryl; alkyl 11.3 Phan ứng với hợp chất 2-bromxeton Khi cho hợp chắt 2-brom-l-phenylpropan-l-on phản ứng với (2.4- đinitrophenyl)hidrazin trong dung mdi là axit axetic, ở nhiệt độ 100°C trong 60 giờ. Wiley [10] đã thu được hợp chat 1-(2,4-đinitrophenyl)-3-phenyl- 4,5-dihydro- -H-pyrazole.

SVTH: Train Thị Mỹ Chau Trang l§ Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS. Cong NHNH; NO; C——CHWCH; + | — 0 NO; C——CHBrChH, | N _ACOH a, 4 Su, NO; nN HHI.4 Phản ứng với hợp chat nitril không no Khi cho (4-elorophenyl)hidrazin phan ứng với acrylnitril trong dung môi etanol, xúc tác Na va đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng trong 24 giờ thu được sản phẩm 1-(4-clorophenyl)-4,5-dihidro-lH-pyrazol-3-amin. Phản ứng xảy ra bằng cách cộng vào nhóm nitril; imin tạo thành có sự chuyến vị sau đó cộng vào cacbon mang nổi đôi. SVTH: Tran Thị Mỹ Châu Trang l6 Khỏa Luận Tốt Nghiệp GVHL: TS.Nguyén Tiến Công NHNH; Lai H ¡ tàu lu ` Na/ EtOH CH, CH, là —ờừ CH; ci CỊ ci 111.2 Phan ứng cộng của diazoankan vào cacbon nối đôi Các hợp chất diazoxiclobutan khi cho phan ứng với hợp chất không no thu được pyrazolin.

Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ từ -40°C đến 0°C với dung mỏi thường dùng là đietyl ete, metylenclorua hoặc hỗn hợp ete-benzen. Phản ứng này tạo thành hợp chất dang 2-pyrazolin sau đó chuyển thành 1-pyrazolin.