Nghiên Cứu Ứng Dụng 2-Mercaptobenzothiazole Trong Công Nghiệp Hóa Học

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp một số dẫn xuất este từ 2 mercaptobenzothizole, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ thể cho vấn đề hóa

• Tác giả: Trần Huy Hùng
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Hồ Xuân Dậu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng 2-Mercaptobenzothiazole Trong Công Nghiệp Hóa Học
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hợp chất dị vòng benzothiazole
• 1.2. Tính chất hóa học
• 1.3. Tổng hợp benzothiazole
• 1.4. Các dẫn xuất khác của benzothiazole
• 2. 2-MERCAPTOBENZOTHIAZOLE (2-MBT)
• 2.1. Tên thương mại và công thức phân tử
• 2.2. Tính chất vật lý
• 2.3. Tính chất hóa học
• 2.4. Tổng hợp 2-mercaptobenzothiazole
• 2.5. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất cao su
• 2.6. Ứng dụng trong công nghiệp phẩm màu và nhiếp ảnh
• 2.7. Ứng dụng trong phân tích định lượng kim loại
• 2.8. Ứng dụng trong nông nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng 2 Mercaptobenzothiazole Trong Hóa Học

2-Mercaptobenzothiazole (2-MBT) là một hợp chất quan trọng trong ngành hóa học, đặc biệt trong sản xuất cao su và các ứng dụng khác. Hợp chất này có cấu trúc hóa học đặc biệt, cho phép nó tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau. Việc nghiên cứu và ứng dụng 2-MBT không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Các ứng dụng của 2-MBT trong công nghiệp hóa học rất đa dạng, từ sản xuất cao su đến chế tạo các hợp chất màu và dược phẩm.

1.1. Đặc Điểm Hóa Học Của 2 Mercaptobenzothiazole

2-MBT có công thức phân tử C7H6N2S2, với tính chất hóa học đặc trưng là khả năng tham gia vào phản ứng thế electrophin. Hợp chất này có thể tồn tại dưới dạng thiol và thion, với tính chất axit yếu và khả năng phản ứng với các tác nhân oxy hóa mạnh.

1.2. Lịch Sử Nghiên Cứu 2 Mercaptobenzothiazole

2-MBT được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1887 và từ đó, nhiều phương pháp tổng hợp đã được phát triển. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng 2-MBT có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nông nghiệp đến y dược.

II. Thách Thức Trong Ứng Dụng 2 Mercaptobenzothiazole

Mặc dù 2-MBT có nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng việc sử dụng nó trong công nghiệp cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề liên quan đến an toàn hóa chất, khả năng phân hủy và tác động môi trường cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc phát triển các phương pháp an toàn và hiệu quả để sử dụng 2-MBT là rất cần thiết.

2.1. Vấn Đề An Toàn Hóa Chất Trong Sử Dụng 2 MBT

2-MBT có thể gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người nếu không được sử dụng đúng cách. Cần có các biện pháp bảo vệ và quy định nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho người lao động và môi trường.

2.2. Tác Động Môi Trường Của 2 Mercaptobenzothiazole

Việc sử dụng 2-MBT trong sản xuất có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nếu không được quản lý tốt. Cần có các nghiên cứu để đánh giá tác động lâu dài của hợp chất này đối với hệ sinh thái.

III. Phương Pháp Tổng Hợp 2 Mercaptobenzothiazole Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp 2-MBT, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chất thải trong quá trình tổng hợp.

3.1. Phương Pháp Tổng Hợp Truyền Thống

Phương pháp tổng hợp truyền thống thường sử dụng anilin và cacbon disunfua. Mặc dù hiệu suất cao, nhưng phương pháp này có thể tạo ra nhiều chất thải độc hại.

3.2. Phương Pháp Tổng Hợp Mới

Các nghiên cứu mới đang phát triển các phương pháp tổng hợp xanh hơn, sử dụng các chất xúc tác thân thiện với môi trường để giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe và môi trường.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của 2 Mercaptobenzothiazole Trong Công Nghiệp

2-MBT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất cao su và phẩm màu. Hợp chất này không chỉ giúp tăng tốc quá trình lưu hóa mà còn cải thiện tính chất của sản phẩm cuối cùng. Các ứng dụng khác bao gồm trong nông nghiệp và y dược, cho thấy tính đa dạng của 2-MBT.

4.1. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Cao Su

2-MBT đóng vai trò quan trọng trong quá trình lưu hóa cao su, giúp tăng cường độ bền và tính đàn hồi của sản phẩm. Hợp chất này thường được sử dụng cùng với các chất xúc tác khác để tối ưu hóa quy trình.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Dược

Trong y dược, 2-MBT được sử dụng để điều chế các loại thuốc chống ung thư và điều hòa huyết áp. Nghiên cứu cho thấy hợp chất này có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của 2 Mercaptobenzothiazole

Tương lai của 2-MBT trong công nghiệp hóa học rất hứa hẹn. Với sự phát triển của công nghệ và nghiên cứu, 2-MBT có thể được ứng dụng rộng rãi hơn trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc cải thiện quy trình sản xuất và đảm bảo an toàn sẽ là những yếu tố quyết định cho sự phát triển bền vững của hợp chất này.

5.1. Triển Vọng Nghiên Cứu Về 2 Mercaptobenzothiazole

Nghiên cứu về 2-MBT sẽ tiếp tục mở rộng, với nhiều ứng dụng mới được phát hiện. Các nhà khoa học đang tìm kiếm các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn và an toàn hơn.

5.2. Tương Lai Của 2 MBT Trong Công Nghiệp

Với nhu cầu ngày càng tăng về các hợp chất hóa học an toàn và hiệu quả, 2-MBT có thể trở thành một trong những hợp chất chủ chốt trong ngành công nghiệp hóa học trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, việc nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất các hợp chất dị vòng đang chiếm giữ một vị trí rất quan trọng trong công nghiệp hóa học vì những ứng dụng rộng rãi và thiết thực của chúng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống. Đã từ rất lâu người ta đã biết đến tam quan trọng của benzothiazole và các dẫn xuất của nó đối với nhiều ngành sản xuất : Trong công nghiệp sản xuất cao su, 2-mercaptobenzothiazole một số dẫn xuất khác được sử dụng làm tác nhân xúc tiến quá trình lưu hóa. Trong nông nghiệp, một dẫn xuất của 2-MBT được sử dụng để chế tạo các loại nông dude, chất kích thích sinh trưởng, bảo quản hạt giống, ngũ cốc. Trong y dược, chúng được sử dụng để điều chế các loại thuốc chống ung thư, tiểu đường, điều hòa huyết áp.

Trong lâm nghiệp, các dẫn xuất của 2-MBT đặc biệt là 2- (thiocyanometylthio)benzothiazol (TCMBT) hứa hẹn tương lai sẽ thay thế cho các dẫn xuất clor của benzen trong việc xử lý và bảo quản gỗ. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, một số dẫn xuất của 2-MBT được sử dụng để tổng hợp các hợp chất màu azo ứng dụng làm chất liệu chế tạo đĩa quang học DVD-R. Điều đó cho thấy việc nghiên cứu và khả năng ứng dụng 2-MBT và các dẫn xuất của nó trong sản xuất là rất lớn. Mặt khác, qua thời gian tìm hiểu về tình hình nghiên cứu 2-MBT trong những năm qua, tôi nhận thấy các este là dẫn xuất đi từ 2-MBT chưa được nghiên cứu và ứng dụng nhiều.

Vì vậy, tôi chọn để tài: "Teng hop một số dẫn xuất este di từ 2- meteabÉo Êcnzotltazof” : Livan van tot nghigp ~ Ha Hau Co Seth : Chẩn Huy Hang Khia 26 — Nam : 2000 + 2004 Gohd : Thae st Hi Xuan Daw MUC LUC PHAN 1: TONG QUAN,. c2 20122101111111111 0001000020000 gen 3 K,Ô DENAEERAMN((20:21426/0000026Q0406 2000 scciaaeGSenn 4 Ui CN G0 006012S%22400161-2060 312000080) 0ã666cacaese& 4 2. Tính chất hóa học .-- ¿S11 TH HS gu 4 3. Tổng hợp benzothiaZole .--- (2 S5 22s seo 7 le: DẰŨẰỤẰỤÚẶỤẶ|Ặ|Á.

7 Š\ (iu chất GEG o2 nngzcnuuttoitou4cgssuigti1808a060Ÿdg6 7 3, TÍNH CHẤT hóa BDE Gseaeeaaittriiaoatettaaeeittntccoyttooseseesrsevo, § 4. Tổng hợp 2-mercaptobenzothiazole.-- 2-5 5s 5s 10 I Ứng [ẸNGic2c002620522GG00010010G2Ÿ010 ene 12 |. Ung dung trong công nghiệp sản xuất cao su. Trong công nghiệp phẩm màu và nhiếp ảnh.

Ung dụng trong hóa phân tích. -- 2 2 se 55s s12 x7: l6 AC: ca. Phần đu combine: NỘN((14/22126162202000100006002006606%000024026088) 21 |, KH BRB ER hoooniicoaekectoition05/46x86cosioav6(4ý0146631666eseslfaäiae 21 2. Phương pháp điều chế este.

Phản ứng este hóa giữa rượu và cÌlorua aXiL. Phan ứng giữa axit cacboxylic và thionyl clorua. Phản ứng este hóa giữa rượu và axit. ---- -5‹‹<+ 23 ĐWAN (0 PNUG NGHIỆ N:caaẽccaiinuseieRgoaiatdoiotdtiaoigaudiegii 26 I.Q 222222121 52212 cecg 27 Khoa 26 — Nam : 2000 - 2004 _ Gokd : Thee st H8 Naan Dau Ì- Tổng hợp formyl! clorasss235.: ieee: 27 SAGs HINGES ocamcesomanuiinmmaasapvencnnnoannmmnnensesss 27 VR OS | a 27 I: “Tinh chế 2 MBTKW: | k2 061222220(662/020000012 se 27 2.

Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT). Tổng hợp 3-hydroxymetyl-2-benzothiazolinone. Tổng hợp este (2-benzothiazolinone-3-yl)mety! formiat. Tổng hợp este (2-benzothiazolinone-3-yl)mety! benzoat.

2 PHANS “KET OQHÁ £ THÁO DIỄN:c6666020622026i0006só 31 Bi: 'Q88 88 th Dữ co¿ciáoiaueicinadeiyndiniiobiinaaaiiaaada 32 Aye te Ag | "hố 32 2. Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT). Tổng hợp 3-hydroxymetyl-2-benzothiazolinone. Tổng hợp formyÌ cÌorua.

Tổng hợp este (2-benzothiazolinone-3-yl)mety] formiat. Tổng hợp este (2-benzothiazolinone-3-y])metyl benzoat. 35 Bang ï : Tỉnh:chất Vật lO osc con cena 36 Bêng 3: PhS NồnG QO visas csiessiascnsssssasassseacat suuitssscdsanandaasasasarin’ 37 Il. Nhiệt độ nóng chảy và phổ hồng ngoại.

2552555052522 38 Le Be GS nổng clady 0142 v60á dc Riera 38 3 TH HỒNG 2)| ne ce a a ine 40 EO `, 4:. 4I ERAN co cs SPURL GT aincocaaccaboiiiakitozuoGGGGEGtGI i NN 43 TÀI HệuU An TÔ xao beeeeebeseeebeeetoicGetniac0640irio2ceasescat 44 Lun van tết nghisp ~ Hoa Hitu Cơ Seth : Tran Huy Hang Khia 26 — Nam : 2000 - 2004 Gokd : Thac st Hd Naan Dau » PHAN 1: TONG QUAN Hop chất dị vòng benzothiazole (công thức phân Lử C;H;N&) có 3 đồng phân : benzo[a]thiazole benazo[cliaothiazole benzo[clieothiazole Trong dé tai nảy em chi quan tâm đến benzo[d]thiazole (gọi tắt là benzothiazole) va các dẫn xuất ở vị trí 2, 3 của nó. Tài liệu tham khảo chủ yếu dựa trên các dé tài liền quan đã được thực hiện trước đó và tài liệu tra cứu trên mạng Internet. Cấu tao: Benzothiazole là hợp chất dị vòng có 2 dị tố S và N, cấu tạo gồm 2 vòng súc hợp là vòng benzen và vòng thiazole gần như đồng phẳng trong không gian : & `.

Nguyên tử lưu huỳnh sau khi tham gia liên kết vẫn còn cặp electron tự do tham gia liên hợp với vòng tạo nên tinh thơm của benzothiazole. Tinh chất hóa học : Tính chất đặc trưng của benzothiazole là phản ứng thé electrophin. Thực nghiệm cho thấy trong phản ứng thế electrophin vào vòng benzothiazole sẽ xủy ra trước hết ở vị trí 6. Ngay trong trường hợp 2-phenylbenzothiazole phản ứng thế cũng xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra trên gốc phenyl mới thé vao [14].

Sự : : Sp BUS S 5 N N pS ee Trang 4 Ngoài ra, benzothiazole không bền với tác nhân oxy hóa mạnh và trong môi trường bazơ mạnh. Sự phá vỡ vòng càng được tăng cường nếu trên vòng benzen có nhóm thế rút electron càng mạnh [14]: ON SỐ Hc—đ° ON H On pe EOL ! 3. Tổng benzothiazole hợp : Benzothiazole được tổng hợp từ o-aminothiophenol và axit formic : SH HO (I + m ——ờ On > + 2HạO _ Các dẫn xuất khác của benzothiazole : se Từ o-aminothiophenol khi cho tác dụng với clorua axiL anhydrit axit, andehit, urê, malononitrin {CH;(CN);] : SH SH S CI—C—R -HCI -H;O ~ lt _— ® oO ———_ ®= R O i N NH, 3 NH-C-—R SH SH S H-C—R_ -H,O -Hạ + ll ——_®. _————*® àR O NH, N=CHR N SH ề H,N~C—NH; -2NH, \ + |O ———> / c=o NH, N \ H Luan van tot aghitp ~ Hoa cu Cơ — bales svelte its hey cfeng SH or + CHYCN), ——> Cx.)—CH;—CN -NH NH; e Phương pháp Jakobson [4]: NH-C-R NH—C-—R iT PS I ` Ka[Fe(CNSj| h2 R O UY S Se NaOH N S—COR S—COR NO;“4 NH; a ee _ 150C - ; ŒX NH—~COR ~RCOOH” Cr 5 e Từ N-phenylthioamit dựa theo phương pháp Jakobson [14]: NH~ẾTR— KJIFe(CN)] S : Š NaOH ¿ e 2-clorobenzothiazole được tổng hợp từ phenyl isothiocianat đưới xúc tác photpho pentaclorua : Á ỳ=c= Fh ŒX>¬ S N Kha só — Nam : 2000 - 2004 Gokd : Clfas ss Hd Naan Deu il.

2-MERCAPTOBENZOTHIAZOLE (2-MBT) : Tên thương mại là Kaptax, Vukacid, Thiotax, Dermacid. Công thức phân tử; C; HsNS, (M = 167,25 đvc). Nguyên tử lưu huỳnh trên vòng thiazole có một cặp electron tham gia liên hợp với vòng tạo nên tính thơm của 2-MBT tương tự như benzothiazole. Tính chất vật lý : se 2-MBT ky thuật có dạng bột mịn, màu vàng, có vị đắng, mùi đặc trưng, nhiệt độ nóng chảy 171~174°C.

Ở dang tỉnh khiết, 2-MBT là những tỉnh thể hình kim, màu trắng, nhiệt độ nóng chảy khoảng I81-183°C. ¢ Tan rất ít trong nước (118mg/1 ở 25°C), nhưng tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ như rượu, benzen, axeton, cloroform, axit axetic băng. e 2-MBT tổn tại dưới dạng 2 déng phân tautomer (chủ yếu dudi dang thion) vì có sự tạo thành liên kết hydro liên phân tử : i = Ss. k=s N N Dạng thiol Dạng thion Liên kết hydro liên phân tử của 2-MBT ở dang thion J.

Tính chất hóa học : Do có tính thơm tương tự như benzothiazole nên phản ứng đặc trưng của 2-MBT là phản ứng thế electrophin vào nhân thơm. Trong phản ứng thế electrophin (clo hóa, brom hóa, nitro hóa) cũng sẽ ưu tiên thế trước nhất vào vị trí 6 trên vòng. Ngoài ra, do có nhóm thiol hay mercaptan (-SH) nên 2-MBT có tinh axit yếu, dé tác dụng với dung dịch kiểm mạnh (NaOH, KOH, .) và dé bị oxi hóa với các tác nhân oxi hóa như H;O;, NaClO, KMnO,, K;Cr;O;,.{ 12] se 2-MBT trong môi trường KOH bị H;O; oxi hóa ở 50°C thành muối kali benzothiazole-2-sunfonat, thủy phân muối này trong môi trường axit sẽ thu được dẫn xuất 2-hydroxybenzothiazole (2-HBT). (Ls rete (sox H+ oe © 2-MBT bị oxi hóa bởi oxy phân tử với xúc tác sắt (II) clorua, ở nhiệt độ 50- 150C, áp suất 0,3-0,7 MPa tao thành 2-HBT với hiệu suất loom “50-150°C— _O;/FeCl; _ 0.3- 07MPa eooe S Trang 8 e 2-MBT tác dụng với axit hữu cơ và rang (COC];) (trong dung môi hữu cơ) với xúc tác kiểm tạo thành các este.

Vai trò của photgen trong phản ứng là chuyển axit thành clorua axit: S Cr.— CI—C—R NaOH nn - HCl a iy e 2-MBT tham gia phản ứng manhic với dietylamin, urê, thiuré. ở các điều kiện khác nhau. *x Ví dụ phản ứng manhic giữa 2-MBT và dietylamin : nọ1 > )—$-CH;—N S C;H; Cx )—su + (C,Hs),NH + HCHO ——= N CH, e Phan ứng alkyl hóa với dimetyl sunfat (xúc tác kiểm) hay alkyl halogenua (xúc tác FeX;) : (CH;);SO, Cr )—S—CH, + Cr \k=s S S : NaOH N N N de Cx, = Ss RX ) e Tác dụng với halogen trong cacbon tetraclorua hay benzen : Cr) al > (CC) oe Bie S CoH + Cl, HCl Lua n ca n to t sg gh — cÑ 6a c a u C a = S Ế : C h ẩ n f H iun g - N e aea o t h e h a s e n 0xx e© Tác dụng với axit formic (phản ứng formyl hóa), sản phẩm tùy thuộc vào điều kiện phản ứng : Cr È—S-cH;0H + Cr xs Ss S HCHO \ S " N Cr p—sH CH,OH N sa )‹ (CL es S S CHO ` piperidin N N HạC=N ) e 2-MBT có thể chuyển hóa theo sơ đồ sau : S Ore Cr ys Coli NH, N hy“) “tà S r > © C CeO 4. 2-mercaptobenzothiazole Tổng hợp : 2-MBT được Hoffman tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1887, từ đó các phương pháp tổng hợp 2-MBT không ngừng được phát triển và ngày càng hoàn thiện.

e Trên quy mô công nghiệp. 2-MBT kỹ thuật được điều chế bằng cách cho anilin tác dụng với cacbon disunfua và lưu huỳnh ở nhiệt độ và áp suất cao, hiệu suất khoảng 90%. Ngoài sản phẩm chính là 23% Luan can tốt ngập — Cfoac mức cine 2-MBT, ta còn thu được sản phẩm phụ là benzothiazole (5%). Dé thu được hiệu suất cao nhất thì tỷ lệ mol các chất trong hỗn hợp phản ứng là [CsHsNH, : CS, : S] = 1:1,4:1,02.

( + CS, + § ——> °C, P —m + Hạ§ e Dun nóng benzothiazole với lưu huỳnh trong thời gian từ 0,5-3 giờ với tỷ lệ số mol 1:0,9; hiệu suất đạt 90%.