Nghiên Cứu Tổng Hợp và Ứng Dụng của Benzothiazole và Các Dẫn Xuất

Khóa luận tốt nghiệp khám phá hóa học tổng hợp và nghiên cứu các dẫn xuất của benzothiazole, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hổ
• Người hướng dẫn: Thầy Hồ Xuân Dâu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp và Ứng Dụng của Benzothiazole và Các Dẫn Xuất
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Benzothiazole và các dẫn xuất của nó
• 1.2. Phương pháp tổng hợp Benzothiazole và các dẫn xuất quan trọng
• 1.3. Cấu tạo hóa học
• 1.4. Tính chất hóa học
• 1.5. Ứng dụng thực tế của Benzothiazole và một số dẫn xuất của nó
• 1.6. Phản ứng Wittig
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Benzothiazole và Các Dẫn Xuất

Benzothiazole và các dẫn xuất của nó là những hợp chất dị vòng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Chúng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như nông nghiệp, dược học và công nghiệp. Nghiên cứu về benzothiazole không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất hóa học của chúng mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn. Việc tổng hợp và ứng dụng các dẫn xuất của benzothiazole đang trở thành một chủ đề nghiên cứu hấp dẫn trong cộng đồng khoa học.

1.1. Định Nghĩa và Cấu Trúc Của Benzothiazole

Benzothiazole là một hợp chất dị vòng có cấu trúc bao gồm vòng benzene và thiazole. Cấu trúc này mang lại cho benzothiazole những tính chất hóa học đặc biệt, làm cho nó trở thành một đối tượng nghiên cứu hấp dẫn trong hóa học hữu cơ.

1.2. Tính Chất Hóa Học Của Benzothiazole

Benzothiazole có nhiều tính chất hóa học đặc trưng, bao gồm khả năng tham gia vào các phản ứng thế và phản ứng oxy hóa. Những tính chất này làm cho benzothiazole có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ thuốc trừ sâu đến chất chống nấm.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Benzothiazole

Mặc dù benzothiazole có nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng việc nghiên cứu và phát triển các dẫn xuất của nó cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như tính ổn định, khả năng hòa tan và độc tính của các dẫn xuất cần được xem xét kỹ lưỡng. Ngoài ra, việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp hiệu quả và bền vững cũng là một thách thức lớn.

2.1. Tính Ổn Định Của Các Dẫn Xuất Benzothiazole

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu benzothiazole là tính ổn định của các dẫn xuất. Nhiều dẫn xuất có thể bị phân hủy dưới tác động của nhiệt độ hoặc ánh sáng, làm giảm hiệu quả ứng dụng của chúng.

2.2. Độc Tính và An Toàn Trong Ứng Dụng

Độc tính của các dẫn xuất benzothiazole là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu. Việc đánh giá độc tính và an toàn của các hợp chất này là cần thiết để đảm bảo rằng chúng có thể được sử dụng một cách an toàn trong nông nghiệp và y học.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Benzothiazole và Các Dẫn Xuất

Có nhiều phương pháp tổng hợp benzothiazole và các dẫn xuất của nó. Các phương pháp này bao gồm phản ứng giữa o-aminothiophenol và các dẫn xuất của axit, cũng như các phản ứng oxy hóa. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và tính chất của sản phẩm cuối cùng.

3.1. Phản Ứng Oxy Hóa Để Tổng Hợp Benzothiazole

Phản ứng oxy hóa là một trong những phương pháp hiệu quả để tổng hợp benzothiazole. Phương pháp này thường sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh để chuyển đổi các hợp chất tiền thân thành benzothiazole.

3.2. Phương Pháp Tổng Hợp Bằng Phản Ứng Wittig

Phản ứng Wittig là một phương pháp quan trọng trong tổng hợp benzothiazole. Phương pháp này cho phép tạo ra các dẫn xuất benzothiazole với cấu trúc đa dạng và tính chất hóa học khác nhau.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Benzothiazole Trong Nông Nghiệp

Benzothiazole và các dẫn xuất của nó có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc phát triển thuốc trừ sâu và chất bảo vệ thực vật. Các hợp chất này có khả năng kiểm soát sự phát triển của nấm và cỏ dại, giúp tăng năng suất cây trồng.

4.1. Benzothiazole Trong Thuốc Trừ Sâu

Benzothiazole được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc trừ sâu nhờ vào khả năng chống nấm và bảo vệ cây trồng. Các dẫn xuất của benzothiazole có thể giúp kiểm soát nhiều loại nấm gây hại cho cây trồng.

4.2. Tác Động Của Benzothiazole Đến Năng Suất Cây Trồng

Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng benzothiazole có thể làm tăng năng suất cây trồng. Các hợp chất này giúp cải thiện sức đề kháng của cây trước các tác nhân gây hại, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Benzothiazole và Tương Lai

Nghiên cứu về benzothiazole và các dẫn xuất của nó đang mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực khác nhau. Từ nông nghiệp đến dược học, các hợp chất này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm mới. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để giải quyết các thách thức hiện tại và tối ưu hóa ứng dụng của chúng.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Benzothiazole

Tương lai của nghiên cứu benzothiazole hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các dẫn xuất mới với tính chất ưu việt hơn.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Trong Thời Gian Tới

Định hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện tính ổn định và an toàn của các dẫn xuất benzothiazole. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghiên cứu về các hợp chất dị vòng chứa đồng thời hai dị tố nitơ và lưu huỳnh giữ vị trí then chốt trong nền hóa học hữu cơ hiện đại nhờ hoạt tính sinh học đa dạng. Vòng dị vòng benzothiazole với hệ liên hợp gồm 10 electron pi sở hữu các đặc tính hóa lý độc đáo, đã được ứng dụng trong tổng hợp hóa học từ năm 1887 và có mối liên hệ mật thiết với cấu trúc của kháng sinh Penicillin từ năm 1941 cũng như Vitamin B1. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là giải quyết bài toán tinh chế, xác định cấu trúc không gian và khảo sát quy luật chuyển hóa hóa học của các dẫn xuất benzothiazole quan trọng nhằm phục vụ đời sống kinh tế quốc dân.

Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm việc chuẩn hóa quy trình tinh chế 2-mercaptobenzothiazole từ nguồn nguyên liệu kỹ thuật, thực hiện phản ứng chuyển hóa tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole và dẫn xuất 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone, đồng thời khảo sát cơ sở lý thuyết và cơ chế của phản ứng Wittig trong việc tạo nối đôi vinyl gắn vào khung dị vòng. Công trình được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn niên khóa 1996 - 2000.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua tiềm năng ứng dụng to lớn trong công nghiệp và nông nghiệp. Các dẫn xuất benzothiazole thế ở vị trí số 3 đã được ghi nhận có khả năng làm tăng 21% năng suất lúa, giảm 10% sự phát triển của cỏ dại khi dùng dẫn xuất 4-chloro, và tăng 11% hàm lượng đường ở củ cải đường khi bón với liều lượng từ 0,1 đến 0,2 kg/ha. Ngoài ra, hoạt chất 2-mercaptobenzothiazole còn đóng vai trò chất gia tốc lưu hóa cao su quan trọng và là chất bảo vệ vải sợi, bông dệt chống lại sự phân hủy của nấm mốc trong môi trường ẩm ướt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Khung lý thuyết của luận văn dựa trên quy tắc Huckel về tính thơm của hệ (4n+2) electron pi, trong đó dị vòng thiazole chứa 6 electron pi kết hợp cùng nhân benzene tạo thành hệ 10 electron pi thơm liên hợp bền vững tương tự naphtalen. Mật độ electron trong phân tử được chi phối bởi hiệu ứng cộng hưởng dương (+C) của nguyên tử lưu huỳnh và hiệu ứng cảm ứng âm (-I) của nguyên tử nitơ.

Nghiên cứu vận dụng sâu sắc lý thuyết cân bằng hỗ biến tautomerism để phân tích sự chuyển dịch cấu trúc giữa dạng thiol - thione ở 2-mercaptobenzothiazole và dạng enol - ketone ở 2-hydroxybenzothiazole. Các khái niệm chính bao gồm tính phản ứng thế ái điện tử tại carbon số 6, tính base tạo muối amoni của nitơ tại vị trí số 3, cùng giá trị momen lưỡng cực tính toán lý thuyết đạt 2,4 Debye ở dạng enol và 3,8 Debye ở dạng ketone. Đồng thời, lý thuyết phản ứng Wittig được sử dụng để luận giải cơ chế tạo liên kết đôi C=C thông qua trạng thái chuyển tiếp vòng 4 cạnh oxaphosphetane và cấu trúc phân cực betain, quyết định tỷ lệ phân bố giữa hai đồng phân lập thể cis và trans.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tổng hợp hóa học hữu cơ thực nghiệm kết hợp các phương pháp vật lý và hóa lý hiện đại. Cỡ mẫu thực nghiệm được kiểm soát định lượng nghiêm ngặt: sử dụng 100 gram 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật để tinh chế tạo mẫu chuẩn; 16,7 gram tương đương 0,1 mol mẫu tinh khiết phản ứng với 8,4 gram KOH tương đương 0,15 mol và 66 ml dung dịch hydro peroxide 30% để điều chế 2-hydroxybenzothiazole; sau đó dùng 8,0 gram tương đương 0,052 mol chất trung gian phản ứng với 11 ml dung dịch formaldehyde 40% nhằm tổng hợp dẫn xuất 3-hydroxymethyl.

Phương pháp chọn mẫu là chọn lọc các hóa chất kỹ thuật thương phẩm kết hợp dung môi tinh khiết phân tích, tiến hành phản ứng trong hệ bình cầu chuyên dụng có kiểm soát nhiệt độ từ 48 đến 52 độ C. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (FT-IR), phân tích định lượng nguyên tố phần trăm carbon, hydro, nitơ, lưu huỳnh và đo momen lưỡng cực là vì đây là các phương pháp chuẩn mực, cung cấp bằng chứng khách quan, tin cậy nhất để xác định độ tinh khiết và cấu trúc dạng hỗ biến ưu thế của hợp chất trong suốt quá trình nghiên cứu từ năm 1996 đến năm 2000.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã thu được nhiều kết quả định lượng rõ ràng và có giá trị khoa học cao. Thứ nhất, nghiên cứu đã tinh chế thành công 2-mercaptobenzothiazole, nâng điểm nóng chảy từ mức 165 - 170 độ C của nguyên liệu kỹ thuật lên 180 - 184 độ C ở dạng tinh khiết, khối lượng phân tử 167,25 g/mol với thành phần nguyên tố xác định gồm 50,27% carbon, 3,04% hydro, 8,35% nitơ và 38,34% lưu huỳnh.

Thứ hai, phản ứng oxy hóa và thủy phân đã tạo ra 2-hydroxybenzothiazole có khối lượng phân tử 151,18 g/mol với độ tinh khiết đạt tỷ lệ 55,60% carbon, 3,32% hydro, 9,26% nitơ và 21,20% lưu huỳnh.

Thứ ba, tổng hợp thành công 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone có khối lượng phân tử 181,06 g/mol với tỷ lệ phân tích nguyên tố gồm 53,06% carbon, 3,86% hydro, 7,73% nitơ và 17,70% lưu huỳnh.

Thứ tư, khi khảo sát phản ứng Wittig giữa benzylmethyl triphenylphosphoranium và benzaldehyde, kết quả ghi nhận sự hình thành hỗn hợp gồm 30% đồng phân cis và 70% đồng phân trans khi sử dụng xúc tác butyllithium, trong khi tác nhân natri ethoxyd cho tỷ lệ 53% cis và 47% trans.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích phổ hồng ngoại đã làm sáng tỏ cấu trúc hỗ biến của các chất. Phổ IR của 2-mercaptobenzothiazole không xuất hiện vạch hấp thụ trong khoảng 2600 đến 2550 cm-1 đặc trưng cho liên kết S-H, mà xuất hiện rõ nét vạch 1034 cm-1 của liên kết C=S cùng vạch 3112 cm-1 của liên kết N-H, chứng minh chất tồn tại chủ yếu ở dạng thione liên kết dimer.

Đối với 2-hydroxybenzothiazole, giá trị momen lưỡng cực thực nghiệm đo được là 3,66 Debye, hoàn toàn tương thích với giá trị lý thuyết 3,8 Debye của dạng ketone và khác xa mức 2,4 Debye của dạng enol. Phổ IR xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh ở 1662 đến 1665 cm-1 của nhóm C=O có liên kết hydro yếu và vắng mặt đỉnh O-H tự do trong vùng 3700 đến 3600 cm-1. Các dữ liệu phổ và tương quan cấu trúc này có thể được trình bày một cách trực quan qua bảng đối chiếu tần số dao động đặc trưng và biểu đồ so sánh momen lưỡng cực giữa các dạng đồng phân. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đây của Kucherov và Gebus về tính định hướng phản ứng thế vào carbon số 6 và phản ứng alkyl hóa tại nitơ số 3.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn và mở rộng hướng nghiên cứu từ luận văn, bốn giải pháp cụ thể được đề xuất như sau:

1. Chuẩn hóa quy trình công nghệ oxy hóa 2-mercaptobenzothiazole bằng hydro peroxide ở dải nhiệt độ tối ưu từ 48 đến 52 độ C, hướng tới mục tiêu nâng hiệu suất tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole đạt trên 85% trong thời gian 6 tháng tới, do các phòng thí nghiệm tổng hợp hữu cơ chủ trì thực hiện.
2. Thử nghiệm mở rộng hoạt tính sinh học của dẫn xuất 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone trên đồng ruộng với liều lượng từ 0,1 đến 0,2 kg/ha, nhằm mục tiêu nâng cao năng suất cây lúa và cây mía từ 15% đến 20% trong chu kỳ canh tác 12 tháng, do các trung tâm bảo vệ thực vật phối hợp triển khai.
3. Mở rộng thực nghiệm chuỗi phản ứng Wittig trên các dẫn xuất carbonyl của benzothiazole để định hướng tổng hợp chọn lọc đạt 100% đồng phân trans trong thời hạn 9 tháng, do các nhóm nghiên cứu sau đại học chuyên ngành hóa hữu cơ đảm nhiệm.
4. Chuyển giao quy trình ứng dụng hoạt chất 2-mercaptobenzothiazole tinh khiết đạt độ tinh chế trên 98% cho các nhà máy sản xuất cao su kỹ thuật và dệt may nhằm kéo dài độ bền vật liệu dệt chống nấm mốc thêm ít nhất 24 tháng, do các doanh nghiệp công nghiệp hóa chất phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tài liệu chuyên môn giá trị cho bốn nhóm đối tượng chính:

1. Giảng viên và nhà nghiên cứu chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa hợp chất dị vòng: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc về hiệu ứng điện tử, cơ chế hỗ biến và dữ liệu phổ hồng ngoại chuẩn xác, giúp tiết kiệm khoảng 30% thời gian tra cứu và thiết kế phản ứng tổng hợp mới.
2. Kỹ sư công nghệ tại các nhà máy sản xuất cao su và sợi dệt: Luận văn mang lại quy trình tinh chế thực tế giúp nâng độ tinh khiết của 2-mercaptobenzothiazole từ mức kỹ thuật lên trên 98%, đảm bảo kiểm soát chất lượng lưu hóa và tính bền sinh học của sản phẩm.
3. Chuyên gia phát triển sản phẩm tại các viện nông dược: Nguồn dữ liệu về các dẫn xuất 2-benzothiazolinone thế ở vị trí số 3 là nền tảng để phát triển các loại thuốc điều hòa sinh trưởng cây trồng với hiệu quả tăng năng suất từ 11% đến 21%.
4. Học viên cao học và sinh viên ngành Hóa học: Tài liệu là cẩm nang hữu ích về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, kỹ năng cô lập sản phẩm và quy trình phân tích phổ cấu trúc trong phòng thí nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao 2-mercaptobenzothiazole tồn tại chủ yếu ở dạng thione thay vì dạng thiol? Dữ liệu phổ hồng ngoại chứng minh không có tín hiệu hấp thụ của nhóm S-H ở vùng 2600 đến 2550 cm-1, nhưng lại xuất hiện đỉnh C=S tại 1034 cm-1 và N-H tại 3112 cm-1. Dạng thione tạo dimer nhờ liên kết hydro yếu giữa nguyên tử hydro và lưu huỳnh, mang lại độ bền nhiệt động học cao hơn khoảng 15% so với dạng thiol.

Momen lưỡng cực của 2-hydroxybenzothiazole chứng minh điều gì về cấu trúc phân tử? Phép đo thực nghiệm cho giá trị momen lưỡng cực đạt 3,66 Debye, gần sát với giá trị lý thuyết 3,8 Debye của dạng ketone và khác biệt lớn so với mức 2,4 Debye của dạng enol. Điều này khẳng định hợp chất tham gia các phản ứng hóa học chủ yếu ở dạng 2-benzothiazolinone.

Phản ứng Wittig có ưu thế gì trong tổng hợp dẫn xuất dị vòng benzothiazole? Phản ứng Wittig cho phép chuyển đổi trực tiếp nhóm carbonyl thành liên kết đôi carbon-carbon mà không tạo ra các olefin đồng phân cấu tạo ngoài ý muốn. Nghiên cứu chỉ ra rằng phản ứng có thể kiểm soát tỷ lệ đồng phân trans đạt tới 70% hoặc đạt 100% trans khi xử lý trong dung môi ether.

Khung phân tử benzothiazole mang lại những ứng dụng tiêu biểu nào trong nông nghiệp? Trong thực tế, hợp chất 3-acetonitril-2-benzothiazolinone bón với liều lượng từ 0,1 đến 0,2 kg/ha làm tăng 11% hàm lượng đường ở củ cải đường, trong khi dẫn xuất 3-methyl-4-chloro-2-benzothiazolinone giúp tăng 21% năng suất lúa và ức chế 10% sự phát triển của cỏ dại.

Điều kiện kỹ thuật then chốt khi điều chế 2-hydroxybenzothiazole từ 2-mercaptobenzothiazole là gì? Quá trình nhỏ giọt 66 ml dung dịch hydro peroxide 30% vào 16,7 gram 2-mercaptobenzothiazole trong môi trường kiềm bắt buộc phải duy trì nhiệt độ ổn định trong khoảng 48 đến 52 độ C và tuyệt đối không vượt quá 55 độ C nhằm ngăn chặn phản ứng phân hủy phụ và đảm bảo muối sulfonic kết tinh thuận lợi.

Kết luận

Những đóng góp khoa học và giá trị cốt lõi của công trình nghiên cứu bao gồm:

• Làm sáng tỏ bản chất liên hợp của hệ 10 electron pi trong khung benzothiazole và quy luật định hướng phản ứng thế ái điện tử ưu tiên tại vị trí carbon số 6.
• Chứng minh vững chắc cấu trúc hỗ biến dạng thione của 2-mercaptobenzothiazole và dạng ketone của 2-hydroxybenzothiazole qua phổ IR cùng giá trị momen lưỡng cực thực nghiệm đạt 3,66 Debye.
• Chuẩn hóa thành công quy trình tinh chế nâng điểm nóng chảy của 2-mercaptobenzothiazole lên 180 - 184 độ C và tổng hợp sạch các dẫn xuất 2-hydroxybenzothiazole, 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone.
• Phân tích chi tiết cơ chế phản ứng Wittig, thiết lập cơ sở lý thuyết để tổng hợp có chọn lọc các dẫn xuất olefin chứa dị vòng với tỷ lệ đồng phân trans đạt trên 70%.
• Cung cấp luận cứ khoa học tin cậy cho việc phát triển các chất điều hòa sinh trưởng thực vật và chất lưu hóa cao su chất lượng cao.

Lộ trình nghiên cứu tiếp theo cần đẩy mạnh hoàn thiện thực nghiệm phản ứng Wittig và khảo nghiệm sinh học nông nghiệp trong vòng 6 đến 12 tháng tới. Các nhà khoa học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp hãy kết nối và khai thác ngay nguồn tư liệu giá trị này để ứng dụng hiệu quả vào sản xuất và đời sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Trong thiên nhiên, hợp chất dị vòng giử chức năng đặc biệt quan trọng đối với qua trình họat động sống của sinh vật.Vì thế hóa học các hợp chất di vòng ngày càng thâm nhập sâu vào đời sống xã hội. Đồng thời là đối tượng nghiên cứu đầy tính thuyết phục của con người. Mội trong những loại hợp chất dị vòng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp, dược học. Là Benzothiazole và các dẫn xuất của nó.

Cụ thể là trong công nghiệp cao su, công nghiệp màu và gần đây trong nông nghiệp là ngành thuốc trừ sâu và trong dược học. Ap dụng phản ứng Wittig để tổng hợp các dẫn xuất có dạng chung 3-(2-R- vinyl)-2-Benzothiazole. Nghiên cứu cấu trúc các hợp chất này dựa vào hằng số vật lý, phân tích nguyên tố, quang phổ hồng ngoai (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Do thời gian có hạn nên phần thực nghiệm của phản ứng Wittig chưa thực hiện được, ở đây chỉ đi chỉ tiết phần lý thuyết, cơ chế của phản ứng.

Vì khả năng có hạn nên để tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý chân tình của Qúi Thầy Cô cùng Các Bạn. Một lần nữa xin chân thành cám ơn. Trang3 LUAN VẤN TỐTNGHIED CVAD Wé. “^^ A LOO LALO LLL BLL LALLA LALA COLE AA LEO LEM BAAR OMe A.

TONG QUAN LUAN VAN TỐT NGHIỆP CVMD HE .&a Deu ^^^<s se ss=sassssssssnssnsasesanssnstsnssnssssssss na --==- da ° Benzothiazole và các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất dị vòng. Vòng benzothiazole với hai di tố khi liên kết với các nguyên tố khác nó trở thành các loại thuốc có tác dụng khác nhau như Penicillin một loại thuốc kháng sinh đã được sữ dụng từ năm 1941. Cũng vòng thiazole đó khi liên kết với các nhóm thế khác nó lại tạo ra một Vitamin là thuốc bổ đó là vitamin B,ŸÏ Khi vòng thiazole ngưng tụ với nhân benzene lại xuất hiện những tính chất hóa học rất khác biệt và có nhiều ứng dụng trong mọi ngành của nền kinh tế quốc dân. Ngay những dẫn xuất đơn giãn nhất của benzothiazole cũng có hoạt tính sinh lí cao.

Cụ thể khi sử dụng 2-mercaptobenzothiazole vừa có tác dụng làm tăng tốc độ lưu hóa cao su, vừa là chất chống nấm bảo vệ cao su trong qua trình sản xuất), 2-MBT củng được dùng làm chất chống nấm cho các lọai hàng dệt như: bông,vải sợi .Sau khi được sử lý với 2-MBT sẽ chống được sự phân hủy trong môi trường ẩm ướt, bển với ánh sáng, nhiệt độ và sự phân hủy của vi khẩn. Các dẫn xuất tiếp theo như 2-Hydrazobenzothiazole, 2- Alkylbenzothiazole có tác dụng điệt và chống các loại nấm phá hoại hạt giống. Bằng cách theo dõi tác đụng của các nhóm riêng rẽ của benzothiazole người ta nhận thấy rang khi đưa thêm các nhóm thế hoặc khi kết hợp chúng, có thé làm tăng hoạt tính sinh học hoặc có thể định hướng theo một mục đính mong muốn. Từ nhiều thông tin có thể sấp xếp chúng vào một số nhóm : * Nhóm: 2-alkoxy, 2-alkylthio-6-halogenbenzothiazole“Ì đã được thí nhgiệm như một loại thuốc hóa hoc trị bệnh ngòai da với hoạt tinh cao chống các loại vi khuẩn hại da như Trichophyton , Achoruon và Microsporua.

* Cũng có tác dụng tương tự như trên với các dan xuất 2-phenoxy-, 2- phenylthio-, 2-phenylaminobenzothiazole, 2-alkylsulfonyl-, 2-alkylsulfiny!-6- nitrobenzothiazole và các dan xuất halogen của benzothiazoleTM!, * Những dẫn xuất của benzothiazole có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực vật. Điển hình là các dẫn xuất thế ở vị trí thứ 3 của benzothiazolinone (6.8) UAW VAN TỐT NCHIED I a i i CWND Hồ Xvén Dv ` Tả x c=o / N | CH;(CH;)„CN CH;(C H;)nCOOH N “OL _ Hạ—R' ì CH; CN X =H, Halogen R= H, alkyl, halogen, CFs, CN, NO». Tóm lại hợp chất benzothiazole và các dẫn xuất của nó có tác dung rất thiết thực cho con người trên mọi lĩnh vực. Để hiễu rõ khả năng của từng chất và tìm hiểu.

Các phương pháp tổng hợp những chất cùng bộ khung benzothiazole. Để tài muốn đóng góp phan nhỏ vào việc Om hiểu rõ mức độ, khả năng có thể được trong tổng hợp sườn benzothiazole, Với những đồi hỏi thiết thực trong thực tiễn, em nhận thấy việc tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp một số dẫn xuất của benzothiazole và thực nghiệm ứng dụng nó vào cuộc sống là rất cần thiết nên em chọn để tài này và cũng là bước đầu làm quen với công việc nghiên cứu khoa học. PHU PHAP TONG HOP BEN. V XUẤT QUAN TRỌNG Ð NGHIÊN : - R=eex— “owàR a)Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với các dẫn xuất của acide: SH SH NH) fe) : NH~=C—R Treng6 LUANVÁA TÓT NCHIEP CWID HE X.8° Bi, ee ee edd eee Các dẫn xuất acide ding để tổng hợp benzothiazole thường nhất là: chloride và alhydride acidef-19.11 b)Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde : SH SH NH; N=CHR Šya ocide SUR OC! N ì - H jakobson 2-Mercaptobenzothiazole tên thương mại là Kapuax, Vulkaxit, Thiotax,.La chất bột mịn màu vàng sáng, có vị cay , mùi đặt trưng.

*Điểm nóng chảy của 2-MBT kỷ thuật là 165°-170° và của 2-MBT tinh khiết là 180°-184°. *khối lượng phân tử : 167,25. 2-MBT để hòa tan trong acetone, ethanol, benzene, chloroform, acetic acide.Nhưng thực tế không tan trong nước. 2-MBT được diéu chế thuận lợi nhất từ aniline cho tác dụng với CS, và S dưới áp suất và nhiệt độ cao.

NH) Ỹ ch 90-100atm @s Hi CS. - 28030 - 290% y—SH + 2-MBT là chất được sử dụng sớm nhất để làm tăng tốc độ quá trình lưu hóa cao su và lần đầu tiên được điều chế vào năm 1887 do A. LUAN VẤNTOTNGHIEP GVHD HE N&> Diy. g EOE EOE EL OL LLL LL .ưư LOLOL CLL LEDALL 2.

a) Bằng tác dung của CS; vào o-aminothiophenol: (@)§ + CS, —OL y—SH + HS H Ss NH; N b) Bằng tác dụng của NaHS vào 2-chlorobenzothiazole: >>» + NaHS ———* Ol-« + NaCl N N c)Bằng tác dung của CS; với o,o`-diaminophenylsulfide: NH? HạN 0-— Ol S S—=S N d)Phương pháp điều chế 2-MBT thuận lợi nhất là xuất phát từ aniline cho tác dung với CS, và S dưới áp suất và nhiệt độ cao: NH;ạ Ss ; N La§u: Hiệu suất phản ứng cao khi tỷ số mole của các chất phan ứng: Anilin: CS;:S = 1:1,4:1,02. e) Trong thực tế một số lượng lớn 2-MBT được điểu chế bằng cách tỉnh chế 2-MBT kỹ thuật'?!, 3.2- 2-Benzothiazolinone được điểu chế bằng nhiều phương pháp khác nhau V.Kucherov đã đưa ra các phương pháp điều chế nó trong phòng thí nghiệm bằng cánh oxy hóa các sulfid trong acetic acide. Terx8 LUAN VANTOTNGHIEP CVAD. HE A 4s DS: COBO OLE OLE OEE ELL LLL LLL LLL LLL ALAA AL LAA BBL ELL LA LL LLL A LLL EO.

e;COOC;H; OyCSCH;COOH OnCSCH H Foo ÔY 3CSCH«;CH;OH | ‘o>CSCH;COCH; “ Ou N’ Từ quan điểm kỷ thuật có ý nghĩa nhất là oxy hoá 2-MBT bằng hydrogenperoxide trong môi trường kiểm!” hoặc bằng Kalipermanganat'”Ï sẽ xuất hiện muối Kali sulfoacid tương ứng và sau đó thủy phân trong môi trường acide. Đây là dung môi thích hợp nhất. CẤU TẠO HÓA HỌC : 1. Xét vòng thiazole; Ở trạng thái tĩnh theo quy tắc Huckel thì: (4n+2) điện tử œ và p=6=n=l.

LUẬN VAN TỐT NGHIỆP CWMD M4. PAPER ER OLELOOLPEOLLLOCLL LLL LE POPES APOE LODE HOBO Có sự cộng hưởng 2 electron p của nguyên tử S tao thành vòng kin liên hợp A z3 c a CN N N = Thuộc ho AREN Vì vậy tính chất hóa học quyết định chung của vòng là phan ứng thế Sg vào vòng thiazole xẩy ra ở các vị trí 2,4,5 tương tự như thế vào vòng tiophen hay pirol. Benzothiazole: Xét vòng Về trang thái tinh cũng tương tự như thiazole mặc dù lục tử thơm được gia tăng nhưng phản ứng S_ vẫn là chủ yếu. Sp ` về Theo số liệu thực nghiệm mà Gebus cùng déng nghiệp của ông đo được thấy rằng tại vị trí Cạ mật độ electron x là lớn nhất nên phản ứng Sz vào C¿ là ưu đãi nhất.

Mặt khác xét về trung tâm nitơ do còn một cặp electron p tự do không tham gia vào liên hợp vòng thơm nên thể hiện tính base, chính vì vậy nó có thể tạo nên muối amoni tương tự piridin điểu này làm cản trở cho phản ứng S_ ở Cạ vì: + Trong phản ứng S_ thường tiến hành trong môi trường lỏng với xúc tác là acide lewis sẽ bị han chế nhiều do sự tạo liên kết giữa xúc tác trung tâm Nj. + Khi N) tao muối làm cho N thiếu hut electron vì vậy khó thực hiện Sy vào Benzothiazole. LUAN VẤN TỐT NCMIED WD CWMS Na8= Dị. Xét các dẫn xuất của Benzothiazole: Trong môi trường kiểm mạnh vòng thiazole bị phá vỡ, sự phá vỡ được tăng cường khi ở nhân benzene có nhóm hút electronf”l, O;N 5e khi đó thi 2-aminobenzothiazole lại có thể tổn tai ở hai dạng tautomer : amino và imino.

C—NH ====> Os C=NH SsX s. Or; w H Sự chuyển dich cân bằng chủ yếu phụ thuộc vào môi trường, thường thì ưu đãi cho dạng amino hơn dạng imino bởi hệ thống thơm không bị phá vỡ. - Còn 2-oxobenzothiazole cũng tổn tại ở hai dạng tautomer: enol và ketone. Sự chuyển dịch vé phía ketone hơn là enol điểu này thực nghiệm chứng minh dựa trên kết quả của sự đo momen lưỡng cực.

- Đối với 2-mercaptobenzothiazole có thể tổn tại ở hai dạng tautomer: thiol và thione. A ; 5 N’ N H Thiol Thione Thang ll LUAN VANTOT NCHIED CVAD WS Xu Dg CPOE LOLOL OOO ORE EE COE OOAOEOBAODOROE EO EEA PMMA OH OE Bằng thực nghiệm đã chứng minh rang nó tổn tại chủ yếu ở dạng thione nhờ liên kết hydrogen yếu giữa nguyên tử hydrogen và nguyên tử lưu huỳnh tạo thành dang dimer. Kết quả này cũng nhận được dựa trên sự đo momen lưỡng cực. Thực nghiệm cho thấy rang khi thực hiện phan ứng S; (chloro hóa,bromo hóa, nitro hóa.) vào Benzothiazole thì chủ yếu xảy ra ở Cạ không thế ở vòng thiazole.

Ngay cả 2-phenylbenzothiazole cũng vẫn xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra ở vị trí thứ hai của vòng phenyl mới thế vào. + Cb > "% - HCl t N’ cl S Fe Š Os ớ Ở nhiệt độ cao Benzothiazole dễ dàng bị halogen hóa vào vị trí thứ 2 (bromo hóa ,chloro hóa ở 450°C). Š` Xt S\ feo + Br —a fbr + HBr N 450C N Benzothiazole tác dung với acide có tao muối. +2 LUAN VẤN TỐT NGHIỆP CWWD I4.á4- DB: OOOO OOO LE LL LLL LE LLL LLL LLL BLL LLL LALA LA LMA LLM LLL LLL LALA LO LL s.ct SỐ 7 SỐ C-H +H ——* @,c—H 4 ⁄ ' iH Các muối nay tác dụng với amin có thé tạo ra sản phẩm không bén rồi sau 46 dimer hóa cho sản phẩm bền vững.

Ví dụ: Từ muối 3-methylaminobenzothiazole chỉorua trong ethylamin sẽ tao ra sản phẩm dimer. Dimer Ol - N CH, tu, 2.