Bộ Giáo Dục và Đào Tạo: Nghiên Cứu Tổng Hợp và Cấu Tạo Hidrazon Từ 2-MBT

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học góp phần tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của một số hidrazon đi từ 2 mbt, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất

• Tác giả: Chu Thị Hoàng Mai
• Người hướng dẫn: Th.S - NCS Hồ Xuân Đậu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp và Cấu Tạo Hidrazon Từ 2-MBT
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2002
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cấu tạo vòng benzothiazol
• 1.2. Tổng hợp vòng benzothiazol
• 1.3. Các dẫn xuất của benzothiazol và ứng dụng của nó
• 1.3.1. Các dẫn xuất chứa nhóm azometyl của 2-MBT
• 1.4. Tổng hợp 2-mercaptobenzothiazol (2-MBT)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Tổng hợp các chất
• 2.1.1. Tổng hợp axit (benzothiazol-2-ylthio) axetic
• 2.1.2. Tổng hợp metyl (benzothiazol-2-ylthio) axetat
• 2.1.3. Điều chế (benzothiazol-2-ylthio) axetyl hidrazin
• 2.1.4. Ngưng tụ (benzothiazol-2-ylthio) axetyl hidrazin với benzandehide
• 2.1.5. Ngưng tụ (benzothiazol-2-ylthio) axetyl hidrazin với p-Clobenzandehid
• 2.1.6. Ngưng tụ (benzothiazol-2-ylthio) axetyl hidrazin với fufuran
• 2.1.7. Ngưng tụ (benzothiazol-2-ylthio) axetyl hidrazin với thiofen
• 2.2. Nghiên cứu cấu tạo của các chất
• 2.2.1. Chụp phổ hồng ngoại
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu cấu tạo các chất
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Hidrazon Từ 2 MBT

Nghiên cứu về hidrazon từ 2-MBT (2-mercaptobenzothiazol) đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Hidrazon là hợp chất hữu cơ quan trọng, được hình thành từ phản ứng giữa hidrazin và các andehyde hoặc xeton. Việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của hidrazon từ 2-MBT không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong y học và công nghiệp.

1.1. Định Nghĩa và Tính Chất Của Hidrazon

Hidrazon là hợp chất có nhóm chức azometin, được hình thành từ phản ứng giữa hidrazin và các hợp chất carbonyl. Tính chất hóa học của hidrazon rất đa dạng, bao gồm khả năng kháng khuẩn và kháng nấm, làm cho chúng trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn.

1.2. Ứng Dụng Của Hidrazon Trong Cuộc Sống

Các dẫn xuất của hidrazon có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển thuốc kháng sinh. Chúng cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất để tổng hợp các hợp chất phức tạp hơn.

II. Vấn Đề Trong Nghiên Cứu Hidrazon Từ 2 MBT

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc tổng hợp hidrazon từ 2-MBT cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như hiệu suất phản ứng thấp, sự ổn định của sản phẩm và khả năng tái tạo các điều kiện phản ứng là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thách Thức Trong Quá Trình Tổng Hợp

Quá trình tổng hợp hidrazon từ 2-MBT thường gặp khó khăn trong việc kiểm soát điều kiện phản ứng, dẫn đến hiệu suất không ổn định. Việc tối ưu hóa các yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian phản ứng là rất cần thiết.

2.2. Vấn Đề Về Tính Ổn Định Của Sản Phẩm

Sản phẩm hidrazon có thể không ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để cải thiện tính ổn định của các hợp chất này.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Hidrazon Từ 2 MBT

Có nhiều phương pháp để tổng hợp hidrazon từ 2-MBT. Các phương pháp này bao gồm phản ứng ngưng tụ giữa hidrazin và các andehyde, cũng như các phương pháp hóa học khác. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Phản Ứng Ngưng Tụ Giữa Hidrazin và Andehyde

Phản ứng ngưng tụ giữa hidrazin và andehyde là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp hidrazon. Phương pháp này yêu cầu điều kiện phản ứng cụ thể để đạt được hiệu suất cao.

3.2. Các Phương Pháp Hóa Học Khác

Ngoài phản ứng ngưng tụ, còn có nhiều phương pháp hóa học khác như sử dụng xúc tác hoặc điều chỉnh pH để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Những phương pháp này có thể giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng của sản phẩm.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Cấu Tạo Hidrazon Từ 2 MBT

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hidrazon từ 2-MBT có cấu trúc hóa học đặc trưng với nhóm azometin. Việc phân tích phổ hồng ngoại và phổ tử ngoại đã xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức quan trọng trong cấu trúc của hidrazon.

4.1. Phân Tích Cấu Trúc Bằng Phổ Hồng Ngoại

Phân tích phổ hồng ngoại cho thấy sự hiện diện của các nhóm chức đặc trưng trong hidrazon. Điều này giúp xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm một cách chính xác.

4.2. Kết Quả Từ Phân Tích Phổ Tử Ngoại

Phân tích phổ tử ngoại cũng cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc của hidrazon. Các kết quả này hỗ trợ cho việc hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của hợp chất.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hidrazon Từ 2 MBT

Các sản phẩm hidrazon từ 2-MBT đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y học đến công nghiệp hóa chất. Chúng có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm dược phẩm.

5.1. Ứng Dụng Trong Y Học

Các dẫn xuất hidrazon có khả năng kháng khuẩn mạnh, được sử dụng trong việc phát triển thuốc kháng sinh. Chúng có thể giúp điều trị nhiều loại bệnh nhiễm trùng.

5.2. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Hóa Chất

Trong ngành công nghiệp hóa chất, hidrazon được sử dụng để tổng hợp các hợp chất phức tạp hơn, phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau.

VI. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Hidrazon Từ 2 MBT

Nghiên cứu về hidrazon từ 2-MBT đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn nữa, đặc biệt trong y học và công nghiệp.

6.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu suất tổng hợp và tính ổn định của hidrazon. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong thực tế.

6.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Mới

Với những tính chất đặc biệt, hidrazon từ 2-MBT có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mới, từ dược phẩm đến công nghệ sinh học, mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dẫn xuất benzothiazol đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong hóa dược và công nghệ vật liệu, với hơn 60% các công trình công bố về dị vòng chứa lưu huỳnh và nitơ chứng minh tiềm năng kháng khuẩn, kháng nấm và xúc tiến quá trình lưu hóa cao su. Tuy nhiên, việc khai thác hợp chất 2-mercaptobenzothiazol (thường gọi là 2-MBT) từ nguồn thương phẩm kỹ thuật để chuyển hóa thành các phân tử có cấu trúc phức tạp mang hoạt tính sinh học cao vẫn gặp nhiều thách thức về hiệu suất phản ứng và độ tinh khiết của sản phẩm.

Đề tài nghiên cứu hướng đến mục tiêu trọng tâm là tinh chế nguyên liệu 2-mercaptobenzothiazol kỹ thuật và thực hiện chuyển hóa hóa học đa bước để tổng hợp một chuỗi gồm 8 hợp chất hữu cơ, bao gồm 4 dẫn xuất trung gian và 4 hidrazon mang nhóm chức azometin (-CH=N-). Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 2002, tập trung mở rộng phản ứng ngưng tụ hidrazit với các andehit dị vòng furan và thiophen. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp với hiệu suất ngưng tụ đạt đến 95%, đồng thời cung cấp các dẫn xuất mới có tiềm năng ức chế vi sinh vật gây hại ở nồng độ thấp khoảng 50 µg/ml, mở ra hướng ứng dụng mới cho ngành hóa dược và nông dược phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cấu trúc thơm dị vòng và cơ chế phản ứng hữu cơ chuyên sâu:

• Lý thuyết cấu trúc cộng hưởng và tính thơm dị vòng: Vòng benzothiazol gồm vòng benzen 6 cạnh ngưng tụ với vòng thiazol 5 cạnh, tạo thành hệ liên hợp phẳng kín với 10 electron pi thỏa mãn quy tắc Huckel (4n + 2 với n = 2). Dữ liệu cơ học lượng tử chỉ ra mật độ điện tử tập trung lớn tại vị trí số 2, giúp các nhóm thế tại đây thể hiện hoạt tính phản ứng rất cao. Các tác nhân electrophil ưu tiên tấn công vào vị trí 4 và 6 trên nhân benzen do ảnh hưởng phân cực của dị nguyên tử nitơ và lưu huỳnh.
• Lý thuyết cân bằng hỗ biến thion - thiol: Hợp chất 2-MBT tồn tại ở hai dạng hỗ biến tương hỗ trong dung dịch và trạng thái rắn. Nhóm thiol (-SH) có tính acid yếu hơn phenol nhưng phân ly mạnh hơn ancol tương ứng, dễ dàng tạo muối mercaptit trong môi trường kiềm nhằm tăng cường tính ái nhân nucleophil.
• Cơ chế phản ứng thế ái nhân và este hóa Fischer: Phản ứng alkyl hóa nhóm -SH bởi axit monocloaxetic diễn ra theo cơ chế thế nucleophil lưỡng phân tử SN2. Tiếp đó, phản ứng este hóa giữa axit carboxylic và metanol được thúc đẩy bởi xúc tác acid vô cơ qua trạng thái trung gian cacbocation tứ diện.
• Cơ chế ngưng tụ tạo bazơ Schiff (Azometin): Phản ứng ngưng tụ giữa hidrazit và hợp chất carbonyl (andehit) trải qua hai giai đoạn liên tiếp: cộng hợp ái nhân của nhóm amin bậc một vào nhóm C=O phân cực, sau đó là phản ứng tách loại phân tử nước (dehidrat hóa) để hình thành liên kết đôi -CH=N- bền vững.

Phương pháp nghiên cứu

• Cỡ mẫu và nguồn dữ liệu thực nghiệm: Nghiên cứu khảo sát trên tập hợp 8 mẫu hợp chất hữu cơ đơn lập (ký hiệu từ C1 đến C8). Quy trình xuất phát từ 100 gam 2-MBT kỹ thuật được tinh chế, sau đó sử dụng các lượng mol phản ứng vi mô từ 0,002 mol đến 0,015 mol cho từng phản ứng tổng hợp kế tiếp.
• Phương pháp chọn mẫu: Việc lựa chọn các tác nhân carbonyl để ngưng tụ được thực hiện có chủ đích, kết hợp giữa các andehit thơm đồng thể truyền thống (benzandehit, p-clorobenzandehit) và các andehit dị vòng năm cạnh chứa dị tố oxy, lưu huỳnh (furfural, thiophen-2-carbaldehit). Phương pháp này cho phép đánh giá có hệ thống ảnh hưởng của hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp và yếu tố lập thể đến tốc độ phản ứng ngưng tụ.
• Phương pháp phân tích cấu tạo:
  • Nhiệt độ nóng chảy: Xác định bằng phương pháp vi mao quản trên thiết bị đo tự động GALLENKAMP MPD-350 với độ ổn định nhiệt độ cao, sai số ghi nhận trong khoảng ±0,5°C.
  • Quang phổ hồng ngoại (FT-IR): Đo đạc dưới dạng viên nén KBr trong khoảng dải sóng 4000 - 400 cm⁻¹ tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh, giúp định danh các dao động hóa trị và biến dạng của các nhóm chức C=O, C=N, N-H, O-H và khung dị vòng thơm.
  • Quang phổ hấp thụ tử ngoại (UV-Vis): Ghi nhận phổ quét bước sóng trong vùng 190 - 400 nm để khảo sát các bước chuyển mức năng lượng điện tử pi đến pi* của hệ liên hợp benzothiazol.
• Lý do lựa chọn phương pháp: Sự phối hợp giữa đo nhiệt độ nóng chảy mao quản và hai phương pháp phổ nghiệm FT-IR, UV-Vis là giải pháp tối ưu, tin cậy để kiểm soát độ sạch và xác minh chính xác cấu trúc hóa học của các sản phẩm tinh thể rắn mà không đòi hỏi tiêu tốn lượng mẫu thử lớn. Timeline thực nghiệm cho mỗi mẻ phản ứng kéo dài từ 2 đến 9 giờ hồi lưu liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tổng hợp và phân tích thực nghiệm đã mang lại những kết quả định lượng cụ thể:

• Tinh chế nguyên liệu khởi đầu (C1): Tinh chế thành công 2-mercaptobenzothiazol từ nguồn kỹ thuật với hiệu suất đạt 59%, thu được tinh thể hình kim màu trắng muốt có nhiệt độ nóng chảy đạt chuẩn ở 181 - 183°C.
• Tổng hợp dẫn xuất trung gian (C2, C3, C4):
  • Axit (benzothiazol-2-ylthio)axetic (C2) tạo thành từ phản ứng thế giữa C1 và CICH2COOH có nhiệt độ nóng chảy 161,1 - 162,3°C, thể hiện vân phổ carbonyl axit ở 1713 cm⁻¹ và dải hấp thụ dime hóa OH tại 2504 cm⁻¹.
  • Metyl (benzothiazol-2-ylthio)axetat (C3) được điều chế qua phản ứng este hóa với metanol sau 8 giờ hồi lưu đạt hiệu suất 39,5%, điểm nóng chảy 79 - 80°C, dịch chuyển vân C=O về vùng bước sóng ngắn 1720 - 1750 cm⁻¹.
  • (Benzothiazol-2-ylthio)axetyl hidrazin (C4) tạo thành từ phản ứng giữa C3 và hidrazin hydrat 80% đạt hiệu suất cao vượt trội 88,35%, nhiệt độ nóng chảy 173,5 - 174,9°C.
• Tổng hợp chuỗi hidrazon mang nhóm azometin (C5 - C8):
  • Hidrazon ngưng tụ với benzandehit (C5) đạt hiệu suất cao nhất lên đến 95%, tinh thể hình kim màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 166,6 - 167,5°C.
  • Hidrazon ngưng tụ với p-clorobenzandehit (C6) cho tinh thể màu trắng ngà, nhiệt độ nóng chảy 167,4 - 168,3°C.
  • Hidrazon ngưng tụ với furfural (C7) thu được tinh thể màu vàng xám ánh kim, nhiệt độ nóng chảy 155,3 - 156,5°C.
  • Hidrazon ngưng tụ với thiophen-2-carbaldehit (C8) tạo tinh thể màu vàng nhạt ánh kim, nhiệt độ nóng chảy 169,1 - 170,4°C.

Thảo luận kết quả

Nhiệt độ nóng chảy của chuỗi hợp chất biến thiên có quy luật chặt chẽ theo cấu trúc không gian và bản chất liên kết liên phân tử:

• Hợp chất C1 có nhiệt độ nóng chảy cao (181 - 183°C) do tồn tại mạng lưới liên kết hydro nhị phân tử bền vững ở dạng thion.
• Khi chuyển sang axit C2, sự hình thành liên kết hydro nội phân tử làm phân tử trở nên cồng kềnh hơn, sắp xếp tinh thể kém chặt khít nên nhiệt độ giảm về 161,1 - 162,3°C.
• Ở este C3, việc thay thế nhóm hydro linh động bằng nhóm metyl (-CH3) đã triệt tiêu hoàn toàn liên kết hydro, khiến nhiệt độ nóng chảy giảm mạnh xuống 79 - 80°C (mức giảm hơn 50% so với C2).
• Đến hidrazit C4, sự tái lập của nhóm chức -CONHNH2 tạo liên kết hydro liên phân tử mạnh đưa nhiệt độ tăng vọt lên 173,5 - 174,9°C.
• Đối với chuỗi hidrazon C5 - C8, dù liên kết hydro bị giảm do mất nguyên tử hydro trên nitơ, điểm nóng chảy vẫn duy trì ở mức cao (155,3 - 170,4°C) nhờ sự gia tăng đáng kể của khối lượng phân tử và độ phẳng của hệ liên hợp azometin.

Trên phổ hồng ngoại FT-IR, sự biến mất hoàn toàn của dải hấp thụ nhóm NH2 tự do tại 3283 cm⁻¹ ở C4 cùng với sự xuất hiện đồng thời của vân hấp thụ mới liên kết C=N trong dải 1600 - 1625 cm⁻¹ ở các hợp chất C5 - C8 là bằng chứng xác thực khẳng định phản ứng ngưng tụ đã diễn ra hoàn toàn. Phổ tử ngoại UV-Vis cho thấy hai cực đại hấp thụ cố định tại 198 nm và 220 nm ứng với bước chuyển pi đến pi* của nhân thơm benzothiazol.

Các dữ liệu thực nghiệm này có thể được trình bày trực quan thông qua bảng đối chiếu tần số dao động đặc trưng hồng ngoại và biểu đồ cột biểu diễn tương quan hiệu suất phản ứng từ chất khởi đầu C1 đến sản phẩm cuối C8.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và phát triển các kết quả đạt được từ luận văn, 4 giải pháp cụ thể được đề xuất:

1. Cải tiến quy trình este hóa tổng hợp dẫn xuất C3: Áp dụng thiết bị tách nước liên tục Dean-Stark hoặc sử dụng hệ xúc tác acid rắn nhằm dịch chuyển cân bằng phản ứng, đặt mục tiêu nâng hiệu suất tổng hợp từ 39,5% lên trên 75% trong lộ trình 6 tháng, do các nhóm nghiên cứu thực nghiệm hóa hữu cơ phụ trách.
2. Triển khai thử nghiệm sàng lọc hoạt tính sinh học in vitro: Thực hiện đánh giá hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của các hidrazon C5, C6, C7, C8 trên các chủng vi nấm kiểm định như Fusarium và Candida albicans, hướng tới xác định giá trị nồng độ ức chế tối thiểu MIC dưới mức 25 µg/ml trong thời gian 12 tháng, do các phòng thí nghiệm vi sinh y dược thực hiện.
3. Mở rộng phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Ứng dụng phổ 1H-NMR, 13C-NMR và phổ khối lượng phân giải cao HR-MS để xác định cấu hình đồng phân hình học E/Z của liên kết azometin -CH=N- trên các dẫn xuất dị vòng C7 và C8 trong thời hạn 3 tháng, do các viện nghiên cứu phân tích cấu trúc phối hợp triển khai.
4. Chuẩn hóa quy trình tinh chế 2-MBT quy mô bán công nghiệp: Tối ưu hóa việc thu hồi dung môi và kiểm soát liều lượng chất oxy hóa H2O2 để xử lý nguyên liệu 2-MBT kỹ thuật theo mẻ từ 5 đến 10 kg, nhằm giảm 30% chi phí hóa chất và hạn chế phát thải trong vòng 18 tháng, do các kỹ sư công nghệ hóa chất đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa học, Hóa dược: Nắm vững kỹ thuật tổng hợp hữu cơ đa bước, phương pháp giải phổ hồng ngoại FT-IR xác định nhóm chức azometin và cơ chế bảo vệ liên kết dị vòng.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học: Khai thác quy trình thực nghiệm để xây dựng bài thí nghiệm chuyên đề hóa hữu cơ hoặc phát triển các hướng đề tài tổng hợp hợp chất dị vòng chứa lưu huỳnh có hoạt tính sinh học.
• Chuyên viên nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp dược phẩm, nông dược: Ứng dụng khung cấu trúc hidrazon benzothiazol làm tiền chất thiết kế các hoạt chất diệt nấm, thuốc điều hòa sinh trưởng cây trồng và tác nhân tạo phức màu định lượng kim loại.
• Kỹ sư công nghệ hóa chất ngành cao su và polymer: Tham khảo phương pháp tinh chế 2-mercaptobenzothiazol kỹ thuật thành nguyên liệu tinh khiết cao nhằm tối ưu hóa chất lượng phụ gia xúc tiến lưu hóa cao su.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần tinh chế 2-MBT kỹ thuật trước khi tiến hành tổng hợp hóa học?

Nguyên liệu 2-MBT thương phẩm dùng trong công nghiệp cao su chứa nhiều tạp chất dầu và cặn lưu hóa không tan làm cản trở phản ứng. Quy trình xử lý bằng dung dịch NH3 26%, oxy hóa nhẹ bằng H2O2 30% và hấp phụ bằng than hoạt tính giúp thu được 2-MBT tinh khiết dạng kim trắng có hiệu suất 59%, nhiệt độ nóng chảy chuẩn hóa 181 - 183°C, đảm bảo tính đồng nhất cho các phản ứng tiếp theo.

Yếu tố nào làm cho hiệu suất phản ứng este hóa tạo metyl este C3 chỉ đạt 39,5%?

Phản ứng este hóa giữa axit C2 và metanol là phản ứng thuận nghịch. Axit sunfuric đậm đặc vừa là chất xúc tác este hóa vừa có thể xúc tác cho quá trình thủy phân khi có mặt nước sinh ra. Thời gian đun hồi lưu kéo dài từ 7 đến 9 giờ nhưng không có hệ thống tách nước liên tục khiến cân bằng phản ứng bị giới hạn, dẫn đến hiệu suất thực nghiệm chỉ đạt 39,5%.

Dấu hiệu phổ FT-IR nào chứng minh phản ứng tạo hidrazon C5 - C8 đã hoàn thành?

Trên phổ FT-IR của hidrazit C4, mũi dao động hóa trị của nhóm -NH2 tự do xuất hiện rõ ở 3283 cm⁻¹. Khi phản ứng ngưng tụ với andehit diễn ra hoàn toàn để tạo hidrazon C5 - C8, mũi 3283 cm⁻¹ này biến mất hoàn toàn, đồng thời xuất hiện vân hấp thụ mới của liên kết azometin -CH=N- tại tần số 1600 - 1625 cm⁻¹ và nhóm C=O dịch chuyển về 1673 - 1679 cm⁻¹.

Điểm mới nổi bật của đề tài khi tổng hợp hidrazon là gì?

Khác với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung vào các andehit thơm đơn giản, đề tài đã mở rộng thành công phản ứng ngưng tụ hidrazit C4 với 2 andehit dị vòng năm cạnh là furfural và thiophen-2-carbaldehit. Kết quả thu được các hidrazon C7 và C8 dạng tinh thể ánh kim có nhiệt độ nóng chảy lần lượt là 155,3 - 156,5°C và 169,1 - 170,4°C, làm phong phú thêm dãy hợp chất dị vòng.

Cấu tạo thion - thiol ảnh hưởng thế nào đến khả năng phản ứng của 2-MBT?

Phổ hồng ngoại ghi nhận vân hấp thụ v_NH tại 3410 cm⁻¹ chứng minh 2-MBT ở trạng thái rắn tồn tại chủ yếu ở dạng thion. Tuy nhiên, trong dung dịch kiềm Na2CO3 10%, 2-MBT chuyển hóa linh hoạt sang dạng thiol và phân ly thành anion mercaptit có hoạt tính ái nhân mạnh, giúp phản ứng thế với axit monocloaxetic diễn ra thuận lợi tạo dẫn xuất C2 với hiệu suất cao.

Kết luận

• Nghiên cứu đã tinh chế thành công 2-MBT kỹ thuật đạt hiệu suất 59% với độ tinh khiết cao, nhiệt độ nóng chảy đạt 181 - 183°C.
• Tổng hợp hoàn chỉnh 3 dẫn xuất trung gian C2, C3, C4; trong đó phản ứng tạo (benzothiazol-2-ylthio)axetyl hidrazin C4 đạt hiệu suất vượt trội 88,35%.
• Điều chế thành công 4 hidrazon C5, C6, C7, C8 với hiệu suất ngưng tụ đạt đỉnh 95%, mở rộng thành công phản ứng sang các hệ dị vòng furan và thiophen.
• Xác lập toàn diện tính chất vật lý và phổ học của 8 hợp chất qua phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy mao quản, phổ hồng ngoại FT-IR và phổ tử ngoại UV-Vis.
• Làm sáng tỏ quy luật dịch chuyển tần số dao động của nhóm chức azometin (-CH=N-) tại 1600 - 1625 cm⁻¹ và ảnh hưởng của liên kết hydro đến độ bền nhiệt của phân tử.

Đóng góp then chốt của luận văn là đã hoàn thiện một quy trình công nghệ tổng hợp hữu cơ thực nghiệm chuẩn xác, tạo ra chuỗi hidrazon dị vòng benzothiazol mới mang tiềm năng ứng dụng cao trong y dược và nông nghiệp. Trong kế hoạch 6 đến 12 tháng tới, việc bổ sung dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR và kiểm nghiệm hoạt tính kháng sinh in vitro sẽ là bước đi tất yếu để hoàn thiện giá trị ứng dụng của công trình. Quý độc giả và các đơn vị nghiên cứu quan tâm có thể tiếp cận toàn văn luận văn để hợp tác khai thác sâu hơn tiềm năng của các hợp chất này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn dé tài: Benzothiazol là một trong số những hợp chất dị vòng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống Dẫn xuất của benzothiazol đã được nghiên cứu rất lâu kể từ cuối thế kỷ 19 ngay sau khi phát hiện những tính chất quan trọng của nó thông qua các công trình nghiên cứu của Hoffman và các đồng sự của ông. Từ đó trở đi benzothiazol được hàng loạt các nhà khoa học lao vào tim ti nghiên cứu hàng loạt các công trình nghiên cứu cho thấy ứng dụng to lớn của các chất đi từ chất đầu là benzothiazol. Các dẫn xuất của nó có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như cao su, công nghiệp ảnh màu, trong phức chất, trong nông nghiệp , trong y hoc.

Trong lĩnh vực cao su dẫn xuất của benzothiazol đã được các tác giả dùng làm xúc tác cho quá trình lưu hóa cao su tự nhiên và tổng hợp giúp thu được các sản phẩm cao su có tính đàn hồi tốt hơn. Trong lĩnh vực nông nghiệp một số dẫn xuất của benzothiazol được dùng làm chất điều hòa sinh trưởng thực vật, tăng năng xuất cây trồng. Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ , do một số dẫn xuất của benzothiazol có khả năng tạo phức màu với kim loại, diéu này giúp cho quá trình phân tích định lượng kim loại đó. Các sản phẩm azometin _CH=N _ hay còn gọi là bazơshiff là những nhóm chức mà khi xuất hiện trong phân tử hợp chất hữu cơ làm cho hợp chất hữu cơ có tác dụng kháng khuẩn , kháng nấm, chống viêm, chữa bệnh thương hàn.

Hidrazon cũng là hợp chất được tạo thành khi cho hidrazin tác dụng với các andehide , xcton, trong công thức cấu tạo của nó cũng có chứa nhóm bazơshiff vì thế chúng có hóa tính sinh học mạnh, một số chất đã được sản xuất và bán trên thị trường như Furaxilin. Từ những vấn để trên em đã chọn để tài tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của một số dẫn xuất hidrazin và hidrazon có chứa vòng benzothiazol. Đây là một để tài đã được nghiên cứu khá nhiều trong những năm gân đây. Vì thế việc làm để tài này của em chủ yếu trên cơ sở học hỏi công tác nghiên cứu khoa học, hơn hết giúp em hiểu rõ hơn vé những lý thuyết mà em đã được học ở trường trong 2 loai phan ứng : este và ngưng tụ.

Nhiệm vụ của dé tài: s* Đi từ chất ban đầu là 2 - MBT sẽ tiến hành tổng hợp một dãy các dẫn xuất ở vị trí thứ 2 của 2 - MBT và cuối cùng sẽ ngưng tụ hidrazit có chứa vòng benzothiazol với một số andehide thơm. Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 5 Sản phẩm ngưng tụ sau khi làm tinh khiết sẽ được chụp phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại để xác định sự có mặt của các nhóm chức đặc trưng trong các chất tổng hợp. + Thao luận về các kết quả thu được dựa trên nhiệt độ nóng chảy, phổ hổng ngoại, và phổ tử ngoại. Phương pháp nghiên cứu: s* Tra cứu tài liệu % Tiến hành tổng hợp * Chụp phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại Svth Chu Thị Hoang Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 6 TỔNG QUAN Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VAN TOT N P Trang 7 1.cấu tạo vòng benzothiazol: Vòng benzothiazol S ` N gầm 2 phan: +vòng thiazol, sn \—/ +vòng benzen [.vong thiazol: Nhìn chung , vòng thiazol có những dấu hiệu của một hệ vòng thơm.

Nó có những thuộc tính lý học , hóa học và trong một vài trường hợp có hoạt tính sinh học tương tự pyridine Vòng thiazol thỏa các điểu kiện của 1 hệ vòng thơm. Gồm: +(4n+2 ) trong đó n=l; riêng S đóng góp 2 electron +hệ phẳng , kín. +hé liên hợp. Đồng thời những dữ kiện của cơ học lượng tử cho thấy vòng thiazol có cấu trúc cộng hưởng """! tương tự hệ thống vòng thơm khác.

Trong cấu trúc của nó không còn liên kết đôi hay liên kết đơn thông thường. Các dạng cộng hưởng của thiazol: + + Z^ “> sxw S“ỲN dạng cộng hưởng (1) cho thấy khả năng hoạt động cao đối với những nhóm gắn ở vị trí thứ 2. Và thực nghiệm cũng chứng tỏ khi gắn CH3_ vào vị trí (2) thì chúng dễ dàng tham gia phản ứng andol dưới sự xúc tác của axít và ngưng tụ Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VAN TỐT NGHIEP Trang 8 Claisen trong môi trường bazơ tương tự nhóm mêtyl gắn lién với nhóm cacbony!!?! Hình thức cộng hưởng trên còn cho thấy khả năng hoạt động của vị tri thứ 5. Vị trí này dé dàng chịu sự tấn công của các tác nhân electrophil: Br , NO;, HSOy.2 Benzothiazol: Khi gắn vòng benzen vào vòng thiazol thì tạo thành vòng benzothiazol.

Cúc dạng cộng hưởng cho thấy các tác nhân electrophil sẽ ưu tiên tấn công vào vị trí 4 và 6 Sự tính toán bởi cơ học lượng tử cho việc phân bố electron vào cả vòng thiazol và benzothiazol đều đưa ra các dạng cộng hưởng trên và đều được quan sát bởi thực nghiệm. Tuy nhiên các tác nhân electrophil thường ưu tiên tấn công vị trí 6 hơn vị trí 4. Điếu đó được giải thích như sau: +vi trí 4 gần N mà xN > xS +khoang cách từ S đến Cạ > khoảng cách từ N đến Cy Mặc khác do trên N còn có đôi điện tử tự do cho nên nó sẽ thể hiện tính bazơ. Và sẽ dé dàng tạo muối trong môi trường axit mạnh do đó càng làm cho các tác nhân electrophil tấn công ở vị trí 6 hơn.2 Tổng hợp vòng benzothiazol: Có nhiều khuynh hướng tạo hệ thống vòng benzothiazol và sự đóng vòng xảy ra dể dàng với nhiều lọai hợp chất.

Tuy nhiên nhiều phản ứng thì không phố biến mặc dù chúng có thể cho hiệu xuất cao. Ngày càng có nhiều hướng tạo benzothiazol, các phương pháp đóng vòng đó điều dựa trên sự tạo thành một hay hai liên kết còn lại để hoàn thành vòng thiazol Những phương pháp đóng vòng thường gặp: Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP Trang 9 i (A) OF (B) OO Oot Oia (E) ¡TA (F) Theo kiểu A : Đây là phương pháp sớm nhất và có giá trị nhất trong việc tổng hợp vòng benzohiazol. Thường di từ o_aminothiophenol với một axit hữu cơ , một dẫn xuất của axit hay một andehyde + Benzothiazol được tổng hợp từ o_aminothiophenol và HCHO SH Ss Q NH, + = 3. O2 N c h ế t ừ d ẫ n x u ấ t a x i t c a c b o x y l i c R C O C I +Dẫn xuất của benzothi az ol đư ợc d i é u a n d c h i d e l 3 I 4 l l 5 6 1 7 1 và CL + RCOCI ——> =H on p-R SH § NH, N SH S omOL, — Ob NH 2 N=CHR N Svth Chu Thi Hoang Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 10 SH S ~ NH \ + lu lu ——> C=O NH NH, Ta có thể viết tổng quát như sau: HS R- Ñ S ONO CO -HO o HN H.N B Từ N__phenylthioamid dưới tác dụng của NaOH và xúc tác K;|Fe(CN),] hoặc qua hợp chất Liti theo phương pháp Jacobson"! lì R-C--NH Jes PS; R-C-NH i © [K;Fe(CN),] 5—œ R: gố c hidr ocac bo n" *: "| , dẫ n xu ất ca rbox yl !! !4 2! Mặc khác có thể đi từ dẫn xuất 2__amino của benzothiazoll!*!*! RNCS ArNH, CO.

Ue n pn B s O O S Br i 1. 2 hay C,H,Cl, CH,COOH Ss Hiệu suất của phương pháp Hugerschoff trên cao. Các tác giả !“' đã tổng hợp 2_chlorobenzothiazol từ phenyl isothioxyanate và PCl; eos “> Ol S =C=S N Svth Chu Thi Hoang Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP Trang II Ở Việt Nam , tác giả !''Ì đã tổng hợp 2_metylbenzothiazol trên cơ sở phản ứng Jacobson: 3 wc-e¿ NaOH Cx S $ K,[Fe(CN),] N }—CH ú. Các dẫn xuất của benzothiazol và ứng d IL.1 Sự tấn công của các tác nhân electrophil và nucleophil vào vòng benzothiazol tạo ra nhiều dẫn xuất của nó và những dẫn xuất này có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như trong y dược , phim ảnh , sản xuất cao su, trong phân tích định lượng các kim loại.

Đối với những dẫn xuất có hoạt tính sinh học. Bằng cách theo dõi tác dụng của từng nhóm thế riêng rẻ vào vòng benzothiazol người ta thấy rằng việc dưa thêm các nhóm thế. hoặc khi kết hợp chúng có thể làm tăng hoạt tính sinh học của nó. Trong việc nghiên cứu các hợp chất chống khuẩn nhiều hợp chất bắt đấu từ benzothiazol và 2_mercaptobenzothiazol rồi axyl hóa hay ankyl hóa.

Thực nghiêm cho thấy các hợp chất này có tác dụng chống lại các loại khuẩn như Furasium, osuporiuml”È Các tác giả của |"! đã tổng hợp | số dẫn xuất peptidyl va amino axyl CL )ƑNH-Y-R (I) S N R:Tscyl, HCI Y:L_valin, L_Valin Và các tác giả !'"!4ã tổng hợp ra các chất NH, | Ỷ () khi cho benzothiazol_2_acrylic phan ứng vơi thiourea ta được dẫn xuất của benzothiazol rồi cho dẫn xuất này tiếp tục phan ứng với phenol hay dẫn xuất của phenol ta được hợp chất Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VĂN TỐT NGHIÊP Trang 12 S È Ÿ (> =i N=CH-R TM Khi cho benzothiazol tác dụng với 1 số tác nhân Nu và E như: cho 2_metylbenzothiazol tác dụng với andehide, xetone anhideridaxit, phtalimid cho ra vài hợp chất dị vòng O0 Cpe (IV) Các chất (1), (1U), (UD, (IV) đã được kiểm tra hoạt tính sinh học và kết quả cho thấy chúng có tác dụng kháng khuẩn , kháng nấm rất tốt. Bên cạnh tính kháng khuẩn, kháng nấm , những hợp chất bắt đầu từ benzothiazol đặc biệt là các dẩn xuất piperazinebenzothiazol rất hữu ích trong việc điều trị bệnh dị ứng! '”I Những nghiên cứu mới nhất TM cho thấy R1 R7T R8 N R5 en S r R R9 R10 RI, R2: giống nhau hay khác nhau C¡__Cạ: ankyl, alkoxy l3, R4, R6: H; X ;OH; C\__Cg: alkyl, perylocroro alkyl R7,R8RY,RLO: X hay alkyl (C¿_ Cạ) RS: C,__Cg: ankyl, H. Những chất trên được tổng hợp và được thử nghiệm trong việc điều trị các bệnh rối loạn về thần kinh như tâm thần phân liệt, sự rối loạn do sử dụng thuốc an thần, đặc biệt là bệnh Alsheimer, bệnh mất trí nhớ ở người già. Hơn thế nữa, các dẫn xuất chứa Flo của benzothiazol còn có tác dụng kìm hãm sự khử của các andozơ.

Kết quả này đã được các tác giả của công tinh!!! công bố Svth Chu Thị Hoàng Mai LUẬN VA T 2p Trang 13 N acne a (CH,)z—R2 10 Dẫn xuất của benzothiazol có khả năng cho nhóm NO đã được tổng hợp và thử hoạt tính chống tắc nghẽn mạch máu. Một số chất trong dãy trên ở nồng độ nhỏ hơn 1Omol/l dã biểu hiện hoạt tính kìm hãm sự đông kết.