BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM TPHCM -Í.Ì<& KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC hư Giáo dẫn : Th.S Lê Văn Dang viênớng Sinh viên thực hiện : Mai Xuân Tráng Lớp : Hóa BL - TG - BRVT Khéa : 2002 — 2007 Thanh phô Hô Chí Minh 2007 Khóa luận này được hoàn thành tại bộ môn hóa hữu cơ, khoa Hóa, trường Dai học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh. Với tắm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thay Lê Văn Đăng đã tận tình hướng dan và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơncau Đây cô. rong tổ hóa hữu cơ, qui thay cô trong khoa Hóa cùng các bạn sinh ý ér trong nhóm va người thân đã giúp đỡ và tao mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận này.
Do trình độ, năng lực của bản thân còn nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên khóa luận này không tránh khỏi có nhiều điểm thiếu sót, em xin trân trọngtiếp thu những ý kiến đóng góp quí báu của thầy cô và các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. TPHCM, ngày 20 tháng 5 năm 2007 Sinh viên Mai Xuân Trang Khóa luận tốt nghỉ : Th.S Lê Van Dang Me Sik Cal với sự phát triển của hóa hữu cơ nói chung, từ lâu hóa học các hợp chất dị vòng đã được nghiên cứu va ứng dụng trong nhiều ngảnh khoa học, kĩ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chỉ trong khoảng vai chục nam trở lại đây nó mới được phát triển một cách mạnh mẽ và được nghiên cứu một cách hệ thống, day đủ vả chỉ tiết trên cơ sở tri thức khoa học hiện đại.
Cho tới nay, các hợp chất di vòng đã và đang chiếm một vị trí quan trọng trong ngành sản xuất dược phẩm. đặc biệt là trong các thuốc phòng trừ và điều trị các bệnh hiểm nghéo. Nhiều hợp chat dị vòng chứa nito là chất có hoạt tính dược học quý báu va chính vì thế đối với ngành công nghiệp được phẩm. nhóm hợp chất này được coi là những hợp chất vô cùng quan trọng và được nhiều người quan tâm cả về nghiên cứu lẫn sản xuắt.
Tôi chọn dé tài “Tổng hợp một số hợp chất cacbonyl a, ÿ- không no chứa vòng pyridin” vi những ly do sau đây: Y Nhiều hợp chất chứa vòng pyriđin có tác dụng chữa nhiều bệnh khác nhau và có thể nói rằng pyridin là hợp chất dị vòng có ý nghĩa lớn cả về mặt học thuật lẫn thực tiễn trong số các hợp chất dj vòng. w“ Các hợp chất cacbonyl a, ƒ- không no là mô hình tốt để nghiên cứu ảnh hướng qua lại giữa những nguyên tử trong phân tử. Bước đầu học tập phương pháp nghiên cửu khoa học nhằm tạo điều kiện, tiên dé cho những quá trình học tập cao hơn sau nay. Nhiệm vụ của để tài: Y Tổng hợp 4 hợp chất cacbonyl a, B- không no của pyriđin nhờ phản ứng anđol - croton hóa giữa 4 - focmylpyridin và 4 dẫn xuất thé para của axetophenon.
Y Xác định các tinh chất vật lý của các chất tổng hợp được như: nhiệt độ nóng cháy, chỉ số Ry, dung môi kết tinh. Y Do phé hồng ngoại của 4 chất va phổ cộng hưởng từ hạt nhân của một chất, phân tích phổ và từ đó xác định công thức cấu tạo đúng của các chất đã tông hợp. Phương pháp nghiên cứu: * Nghiên cứu tải liệu. *“ Tiến hành thực nghiệm tại phòng thí nghiệm.
*“ Phân tích pho va rút ra kết luận. Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Trắng Trang 2 Khóa luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Ding PHANI TONG QUAN VE CO SỞ LY THUYET Chương | VAI NET VE CAU TAO VA TINH CHAT CUA PYRIDIN 1. Vài nét về cấu tạo và khả năng phản ứng của pyridin |2]. |4| Theo thuyết obital phan tử thì pyridin có cau tạo vòng phẳng, trong vòng chứa 5 nguyên tử C va một dj tố N.
Giá trị năng lượng ôn định của vòng kha cao: 134,4kj/mol tương đương với benzen. Ở pyriđin, khoảng cách C - C bằng 1,394A": C - N là 1,340A° do đó phản tử pyridin không phải là vòng lục giác đều như benzen. Như vậy cũng có nghĩa là ở vòng pyridin có sự phân bổ điện tích không đều vả do đó, xuất hiện momen lường cực ( ụ = 2,26D ) gân băng pyrol. _ Trong pyridin, các nguyên tử liên kết với nhau ““ « bằng các liên kết ø của các obital lai hóa sp”.
Ngoài "` —_ ra, mỗi nguyên tử dong góp | electron không lai 6⁄⁄Ô `> hóa vào hệ thông 6 electron n giải tỏa trên toàn ge ao} phan tử. Nhưng trong khi, N ở pyrol thé hiện tính (1` ` On ƒ \ chat cho (e) và đóng góp cả cặp (e) tự dovàohệ = OG lệ thống electron x của vỏng, thi ở pyriđin, N lại có Ê tính chất hút (e) và hút về phía minh tất cả mật độ : (e) của vòng, Mặc dù, N ở cá hai trường hợp đều ở trạng thái lai hóa sp”, nhưng các obital khác nhau của chúng tham gia vào sự xây dựng vòng. Trong trường hợp của pyridin, sự tạo thành 2 liên kết ơ và | liên kết x giữa các nguyên tử C, với dị tố N dẫn tới một điều là cặp j (e) còn lại không liên kết của N ở ngoài vòng. Hình bên mô tả một phân đoạn C—N~C của pyriđin.
Cần nhấn mạnh rằng, khi đưa nguyên tử N vào vòng không chỉ làm thay đổi tính chất bộ khung cacbon của vòng, mà sự liên hợp của các (e) x trong vòng cũng ảnh hưởng đến bản chất của dj tố N. Sự tương tác bổ sung của cặp (e) tự do bên ngoài với hệ (e) x của vòng dẫn tới làm giảm một chit tính bazơ của pyriđin (pK, = 5,2). Tuy nhiên, nhờ có cặp (e) tự do nay mà pyridin chăng những có tính bazơ ma còn dé dàng tạo phức với các axit Liuyt và nhiều ion kim loại. «005 Sự phân bố mật độ (e) trong vòng pyridin tương ứng với kết luận vẻ đặc tính electrophin của vòng và tinh | _x 30,004 nucleophin của N.
Mặt khác, theo thuyết sơ đồ hóa tri, phân _. +0,077 tử pyriđin có thé được giới thiệu một cách hình thức ở dạng —_N một dãy các cấu trúc cộng hướng giới hạn với sự phân chia unu điện tích trong vòng. — ————ễễ————— Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Tráng Trang 3 (I) (il) (itl) (IV) (V) Từ sự so sánh momen lưỡng cực của pyriđin (2,26), thay lớn hơn momen lưỡng cực của piperidin (1,16D), có thé kết luận rang trong trường hợp của pyriđin. sự đóng góp vào lai tạo cộng hưởng của các dang có phân bỏ điện tích (III, IV, V) cũng rat đáng kể.
Cũng từ đây ta thấy sự thé electrophin trên các nguyên tử €, đặc biệt la ở vị trí 2, 4, 6 rất tin tưởng vi ở đó có điện tích đương. Trong các cau trúc (I) và (II), sự thể electrophin chỉ có thé xảy ra ở 3, 5. Dị tố N của pyriđin trong các trường hợp này thể hiện vai trò như một nhóm thé loại 2 do tinh chất hút (e) của nó. Hay nói cách khác, vẻ khả năng thé electrophin thi pyriđin tương đương với nitrobenzen.
; Các công thức cộng hưởng (1) vả (II) đóng góp nhiều nhất vào sự lai tao cộng hưởng của pyriđin. Ta thấy ở các vị trí 2 và 6, điện tích dương lớn hơn một chút so với ở vị trí 4, điều này chắc chắn gắn với hiệu ứng cảm ứng âm của N. Tử đó cho thấy sự thé Sp chỉ có khả năng xảy ra ở các vị trí 3, 5 trong các điều kiện rất nặng nẻ. Ở các vị trí 2, 6 cũng có thẻ diễn ra sự thé Sy.
Vị trí 4 thé Sy khó hon vị trí 2, 6. N trong pyridin thê hiện tính bazơ, có thé tạo muối với proton cũng như tiếp nhận sự tân công của các tác nhân electrophin như phản ứng ankyl hóa chẳng hạn. Tinh chất hóa học [2] 1. Tính bazơ Pyriđin có thể tạo muối kết tỉnh bền vững với đa số các axit protonic.
4 ⁄Z ` * W% => Brˆ Do đó, pyridin thường dùng lam dung môi có tính bazơ có tính trung hòa các axit tạo ra trong phản ứng hoặc dé dn định các anion kém bén như BE;, BCI,. Pyridin có thé tác dụng dé đàng với nhiều tác nhân electrophin cho muối pyridin do có cặp electron trên nguyên tử N. Ví dụ: a Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Trang Trang 4 Khóa luận tốt nghiệp Giáo hướngviên dẫn: Th.S Lê Văn Đăng i O;ÑBF/ee,20% |> /— š No BF, | N-Nitropyridin bo tetraflorua & O _ §Oy/CH;Cl;, 20°C ( _“— O-(90%) _ \ 'b / N kẽ Pyridin-N-sunfonat hay pyridin sunfotrioxit C¿H„COCl/etxang. 7 coat Cl N-Benzoyipyridin clorua N-Metylpyridin iodua 1.
Phan ứng thé electrophin (Sp) Phan ứng thé electrophin trên các nguyên tử C của vòng pyridin khó khăn hơn nhiều so với benzen vả tương tự như với nitrobenzen. Đó là do hai nguyên nhân sau: Do sự rege abe ex trong nhân pyridin (chủ yếu ở các nguyên tử C) như đã phân tích ở phần Do pvt kẻ phảo đóng Không ð dịng tr: A mn đã bị do địGg da de tác nhân electrophin (H', NO,, SO .) thành dạng piriđini mà hoạt tính của nó với các tác nhân thế electrophin đã giám đi 10' ~ 10'` lần so với benzen. Chính vi vậy, các phản ứng nitro hóa, sunfo hóa, halogen hóa pyridin chỉ thực hiện được với hiệu suất thập trong các điều kiện khắc nghiệt vào vị trí số 3; các phản ứng Friđen-Crap không xảy ra. Vi dụ: Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Trang Trang 5 Khóa luận tốt nghỉ Giáo viên h : Th.S Lê Văn Đăng HNO„zH1;SO,¿, 300°C _ CY k (6%) N “H,0 Sy 3-Nitropyridin :afs — = e o f 3 (hi ệu suấ t rất SO3H thấ p, nế u có xú c tác -HạO `” là muối Hg”" có thể đạt 70%) 3 Axit pyridin -3-sunfinic Br Br„.
„H an y" ce Z ¬ vaoc, |” N a (') (II) (III") Trong các cau trúc giới hạn trên, cấu trúc (II) của sự tắn công vào C) va cau trúc (II'") của sự tắn công vào C¡ đặc biệt không bén vì cấu tao bát tử của nguyên tử N âm điện bị vi phạm va sự định vị điện tích đương trên nguyên từ N âm điện làm tăng nội năng của trạng thái chuyển tiếp so với trạng thái chuyển tiếp của sự tắn công electrophin vào vị trí 3. Sinh viên thực hiện: Mai Xuân Tráng Trang 6 Khóa luận tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lé Văn Dan ph Tạp P [ o ) + QGumă Secor, É J hà fA + LH 4-benzylpyridin 1.