Tổng Hợp và Nghiên Cứu Dẫn Xuất của Benzothiazole

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc dẫn xuất của 3 hydroxymethyl 2 benzothiazolinone, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Hữu Hiền
• Người hướng dẫn: Cô Trần Thị Tửu
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp và Nghiên Cứu Dẫn Xuất của Benzothiazole
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2000-2004
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Benzothiazole và một số dẫn xuất của nó
• 1.1.1. Khái quát
• 1.1.2. Tổng hợp benzothiazole
• 1.1.3. Khái quát về 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT)
• 1.1.4. Tổng hợp 2-MBT
• 1.1.5. 2-Hydroxybenzothiazole (2-benzothiazolinone)
• 1.1.6. 6-Nitro-3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone
• 1.1.7. Dẫn xuất halogen của benzothiazole
• 1.2. Ứng dụng của Benzothiazole và một số dẫn xuất của nó
• 1.2.1. Trong lĩnh vực cao su
• 1.2.2. Trong lĩnh vực thuốc thử
• 1.2.3. Trong lĩnh vực phẩm màu và nhiếp ảnh
• 1.2.4. Trong lĩnh vực nông nghiệp
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Benzothiazole và dẫn xuất của nó

Benzothiazole là một hợp chất hữu cơ quan trọng trong hóa học hữu cơ, với cấu trúc dị vòng đặc trưng. Hợp chất này có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y học, nông nghiệp và công nghiệp. Các dẫn xuất của benzothiazole được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào tính chất hóa học độc đáo và khả năng tương tác với nhiều loại hợp chất khác. Việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của benzothiazole và các dẫn xuất của nó không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn.

1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất hóa học của Benzothiazole

Benzothiazole có ba đồng phân chính: 1,3-benzothiazole, 1,2-benzothiazole và 2,1-benzothiazole. Các tính chất hóa học của benzothiazole cho thấy nó có khả năng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau, như phản ứng electrophilic. Điều này làm cho benzothiazole trở thành một hợp chất lý tưởng cho việc tổng hợp các dẫn xuất mới.

1.2. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng của Benzothiazole

Benzothiazole đã được nghiên cứu từ thế kỷ 19 và nhanh chóng trở thành một hợp chất quan trọng trong hóa học hữu cơ. Các ứng dụng của nó bao gồm việc sử dụng trong thuốc thử, phẩm màu và trong ngành công nghiệp cao su. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các dẫn xuất của benzothiazole có khả năng chữa bệnh và cải thiện năng suất cây trồng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu Benzothiazole

Mặc dù benzothiazole có nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng việc tổng hợp và nghiên cứu các dẫn xuất của nó vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như hiệu suất tổng hợp thấp, tính ổn định của các dẫn xuất và khả năng tương tác với các hợp chất khác là những yếu tố cần được xem xét. Ngoài ra, việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới và hiệu quả hơn cũng là một thách thức lớn trong nghiên cứu này.

2.1. Các vấn đề trong quá trình tổng hợp Benzothiazole

Quá trình tổng hợp benzothiazole thường gặp khó khăn trong việc đạt được hiệu suất cao. Nhiều phương pháp tổng hợp hiện tại yêu cầu điều kiện khắt khe và sử dụng các hóa chất độc hại, điều này không chỉ làm tăng chi phí mà còn ảnh hưởng đến môi trường.

2.2. Tính ổn định và khả năng tương tác của các dẫn xuất

Các dẫn xuất của benzothiazole có thể không ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau. Điều này làm giảm khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế. Nghiên cứu về tính ổn định và khả năng tương tác của các dẫn xuất là cần thiết để phát triển các sản phẩm mới có giá trị.

III. Phương pháp tổng hợp Benzothiazole hiệu quả

Để giải quyết các vấn đề trong tổng hợp benzothiazole, nhiều phương pháp mới đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ giúp tăng hiệu suất tổng hợp mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc áp dụng các công nghệ mới trong tổng hợp hóa học có thể mở ra nhiều cơ hội cho nghiên cứu và ứng dụng của benzothiazole.

3.1. Phương pháp tổng hợp truyền thống

Phương pháp tổng hợp truyền thống thường sử dụng các phản ứng hóa học cơ bản như chlor hóa và nitro hóa. Mặc dù hiệu quả, nhưng các phương pháp này thường yêu cầu điều kiện khắt khe và có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.

3.2. Công nghệ tổng hợp hiện đại

Công nghệ tổng hợp hiện đại như sử dụng xúc tác và phương pháp xanh đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường. Những phương pháp này không chỉ giúp tăng cường hiệu quả tổng hợp mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu benzothiazole.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Benzothiazole trong y học

Benzothiazole và các dẫn xuất của nó đã được chứng minh có nhiều ứng dụng trong y học. Chúng có khả năng chữa trị nhiều loại bệnh và được sử dụng trong các loại thuốc khác nhau. Nghiên cứu về ứng dụng của benzothiazole trong y học không chỉ giúp cải thiện sức khỏe con người mà còn mở ra nhiều cơ hội cho ngành dược phẩm.

4.1. Tác dụng chữa bệnh của các dẫn xuất Benzothiazole

Nhiều dẫn xuất của benzothiazole đã được nghiên cứu và chứng minh có tác dụng chữa bệnh, đặc biệt là trong điều trị các bệnh ngoài da. Các hợp chất như 2-alkoxybenzothiazole đã cho thấy hiệu quả cao trong việc điều trị các bệnh này.

4.2. Nghiên cứu và phát triển thuốc mới từ Benzothiazole

Việc nghiên cứu và phát triển các loại thuốc mới từ benzothiazole đang được tiến hành. Các nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc cải thiện hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu tác dụng phụ của thuốc.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu Benzothiazole

Nghiên cứu về benzothiazole và các dẫn xuất của nó đang mở ra nhiều cơ hội mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ y học đến nông nghiệp, benzothiazole có tiềm năng lớn để phát triển các sản phẩm mới có giá trị. Tuy nhiên, việc giải quyết các thách thức trong tổng hợp và ứng dụng vẫn là một nhiệm vụ quan trọng trong tương lai.

5.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu hiện tại

Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng benzothiazole có nhiều ứng dụng tiềm năng trong y học và nông nghiệp. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để khai thác hết tiềm năng của hợp chất này.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực Benzothiazole

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới và cải thiện tính ổn định của các dẫn xuất. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của benzothiazole trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hợp chất dị vòng benzothiazole và các dẫn xuất đóng vai trò thiết yếu trong nền hóa học hiện đại, chiếm tới hơn 35% tổng số các công trình nghiên cứu về khung phân tử có hoạt tính sinh học ứng dụng trong nông nghiệp và y dược. Vấn đề nghiên cứu cốt lõi của đề tài bắt nguồn từ nhu cầu cấp thiết trong việc xây dựng quy trình tổng hợp ổn định, kiểm soát lập thể và nâng cao độ tinh khiết cho các dẫn xuất của 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone, nhằm thay thế các phương pháp cũ có hiệu suất thấp và tạo nhiều phụ phẩm độc hại. Mục tiêu cụ thể là tinh chế nguyên liệu 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật, thực hiện phản ứng chuyển hóa qua 5 giai đoạn liên tiếp để tổng hợp chuỗi dẫn xuất mới gồm các nhóm thế nitro, bromo và chuỗi nhánh acid oxy acetic, đồng thời giải đoán cấu trúc bằng các phương pháp phổ học tiên tiến. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện đồng bộ trong thời gian 4 năm tại hệ thống phòng thí nghiệm chuyên ngành hóa học hữu cơ. Về mặt ý nghĩa thực tiễn, việc tối ưu hóa quy trình giúp nâng hiệu suất phản ứng trung bình lên khoảng 66% đến 74%, giảm thiểu hơn 25% lượng dung môi thải ra môi trường. Các dẫn xuất tổng hợp được mang tiềm năng ứng dụng đột phá trong công nghệ sản xuất chất trợ lưu hóa cao su, thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng đạt hiệu lực trên 80% và các hợp chất ức chế ăn mòn kim loại trong dung dịch muối với thời gian bảo vệ liên tục kéo dài hơn 3500 giờ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết cấu trúc dị vòng thơm, cơ chế thế ái điện tử trên nhân thơm, cơ chế thế ái nhân lưỡng phân tử SN2 và cân bằng hỗ biến tautomer giữa dạng enol và dạng ketone. Các mô hình hóa học lượng tử tính toán momen lưỡng cực khẳng định rằng 2-hydroxybenzothiazole tồn tại bền vững ở dạng ketone (2-benzothiazolinone) với momen lưỡng cực tính toán đạt 3,8 Debye (giá trị thực nghiệm đạt 3,66 Debye), vượt trội hơn hẳn so với dạng enol chỉ đạt 2,4 Debye. Trong hệ dị vòng ngưng tụ benzothiazole, sự phân bố mật độ điện tử không đồng đều giữa dị vòng 5 cạnh chứa nguyên tử lưu huỳnh, nitơ và vòng benzen 6 cạnh làm cho các phản ứng thế electrophin như halogen hóa hoặc nitro hóa luôn ưu tiên diễn ra tại vị trí carbon số 6. Ngoài ra, lý thuyết cân bằng hỗ biến thiol-thione của 2-mercaptobenzothiazole được ứng dụng để định hướng phản ứng alkyl hóa và biến đổi thiono-oxo có chọn lọc, tạo nền tảng vững chắc cho quá trình chuyển hóa nhóm chức ở các bước kế tiếp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ chuỗi 6 quy trình phản ứng hóa học kế tiếp nhau trong phòng thí nghiệm. Cỡ mẫu nghiên cứu bắt đầu từ 100 gam nguyên liệu thô ban đầu, sau đó phân chia thành các mẻ phản ứng chuẩn có khối lượng từ 8 gam đến 33,4 gam (tương ứng với lượng chất từ 0,02 đến 0,05 mol) cho từng công đoạn tổng hợp. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu đồng nhất sau khi đã tiến hành tinh chế nhiều lần qua than hoạt tính và kết tinh lại trong hệ dung môi phân cực, nhằm đảm bảo độ tinh khiết hóa học cao nhất trước khi bước vào các phản ứng thế tiếp theo. Về phương pháp phân tích, đề tài sử dụng kỹ thuật quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) quét trong dải số sóng từ 400 đến 4000 cm⁻¹ kết hợp với phương pháp phổ khối lượng phân giải cao (MS). Lý do lựa chọn hai phương pháp phân tích này là nhằm xác định chính xác các vân dao động đặc trưng của liên kết C=O ketone (1669,8 cm⁻¹), liên kết C-NO2 (1340,2 cm⁻¹), liên kết C-Br (542,0 cm⁻¹) và nhận diện chính xác pic ion phân tử m/z (151 đvc và 181 đvc), giúp khẳng định tuyệt đối cấu trúc không gian của chất tổng hợp và loại bỏ hoàn toàn các giả thiết về sự tồn tại của đồng phân phụ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, quá trình tinh chế 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật (nhiệt độ nóng chảy ban đầu 165-170°C) bằng dung dịch amoniac 26% và hydroperoxide 30% đã nâng nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm sạch lên 180,2-182°C, đạt độ tinh khiết trên 98%. Thứ hai, phản ứng oxy hóa 2-mercaptobenzothiazole thành 2-hydroxybenzothiazole bằng hydroperoxide trong môi trường kali hydroxit kiểm soát ở nhiệt độ 48-52°C đạt hiệu suất 66% (thu được 19,5 gam), điểm nóng chảy ổn định tại 138-141°C. Thứ ba, dẫn xuất 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone được tổng hợp thành công nhờ phản ứng ngưng tụ với formaldehyde 40% đạt hiệu suất 74% (thu được 7 gam), nhiệt độ nóng chảy 99-102°C với khối lượng phân tử m/z = 181 đvc. Thứ tư, các phản ứng thế ở vị trí C-6 diễn ra rất thuận lợi: phản ứng nitro hóa tạo ra 6-nitro-3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone (nhiệt độ nóng chảy 249-251°C) và phản ứng brom hóa tạo ra 6-bromo-3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone đạt hiệu suất 70% (nhiệt độ nóng chảy 227-229°C), làm tiền chất điều chế thành công acid 6-bromo-2-oxo-3-benzothiazolyl methyl oxy acetic có nhiệt độ nóng chảy 217°C và khối lượng phân tử 318 đvc.

Thảo luận kết quả

Các dữ liệu phổ hồng ngoại chứng minh rõ nét sự chuyển dịch cấu trúc khi vân phổ hấp thụ của liên kết N-H biến mất và thay thế bằng dải hấp thụ mạnh của nhóm OH liên kết hydro nội phân tử tại 3427,8 cm⁻¹, cùng với dao động biến dạng của nhóm CH2 tại 2978 cm⁻¹. Hiệu suất phản ứng brom hóa đạt 70% trong môi trường acid acetic băng ở 37-39°C, cao hơn khoảng 15% so với các quy trình sử dụng dung môi hữu cơ không phân cực thông thường. Toàn bộ thông số về hiệu suất chuyển hóa, dải nhiệt độ nóng chảy và các tần số dao động hồng ngoại của 5 hợp chất có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh hiệu suất và bảng đối chiếu số sóng dao động đặc trưng FT-IR. Trên phổ khối lượng, sự xuất hiện của các pic phân mảnh đặc trưng m/z = 151, 123 và 108 (tương ứng với sự tách các mảnh phân tử CO và NH) khẳng định khung dị vòng tồn tại ở dạng ketone. Khung cấu trúc này tương thích hoàn toàn với các nghiên cứu nông hóa hiện đại, cho thấy tiềm năng to lớn trong việc ứng dụng làm chất kích thích sinh trưởng cây mía và củ cải đường với liều lượng áp dụng thực tế chỉ 0,6 kg/ha trước kỳ thu hoạch.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, mở rộng quy trình tổng hợp dẫn xuất 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone lên quy mô bán công nghiệp (pilot) với mục tiêu tối ưu hóa các thông số phản ứng nhằm nâng hiệu suất chuyển hóa từ mức 74% hiện tại lên trên 85%, thời gian hoàn thành trong vòng 12 tháng do các nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học chủ trì thực hiện.

Hai là, tiến hành thử nghiệm sinh học diện rộng trên đồng ruộng đối với hợp chất acid 6-bromo-2-oxo-3-benzothiazolyl methyl oxy acetic nhằm đánh giá khả năng kích thích tích lũy đường và hoạt tính phòng trị nấm đạo ôn hại lúa với mục tiêu đạt hiệu lực ức chế nấm trên 80%, triển khai trong khung thời gian 6 tháng dưới sự phối hợp của các trung tâm bảo vệ thực vật địa phương.

Ba là, ứng dụng các dẫn xuất 6-nitro và 6-bromo làm chất ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường muối natri clorua 3%, hướng tới mục tiêu kéo dài thời gian chống ăn mòn cho vật liệu đồng và thép hợp kim vượt mức 3500 giờ làm việc liên tục, do các phòng thí nghiệm kỹ thuật điện hóa và bảo vệ kim loại đảm nhận trong lộ trình 2 năm tới.

Bốn là, chuẩn hóa và bổ sung phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều (1H-NMR, 13C-NMR) để kiểm định độ tinh khiết của chuỗi dẫn xuất tổng hợp đạt ngưỡng tiêu chuẩn phân tích trên 99,5%, hoàn thành trong thời gian 3 tháng bởi các cơ sở phân tích hóa lý chuyên sâu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Các nhà khoa học, nghiên cứu viên và học viên cao học chuyên ngành Hóa học Hữu cơ và Hóa Dược; tài liệu cung cấp chi tiết 6 quy trình thực nghiệm tổng hợp khung dị vòng benzothiazole cùng hệ thống phổ nghiệm FT-IR và MS chuẩn xác với độ tin cậy trên 95%.

Nhóm 2: Kỹ sư công nghệ hóa chất và chuyên viên kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất phụ gia công nghiệp cao su; luận văn hỗ trợ cải tiến công đoạn tinh chế 2-mercaptobenzothiazole thô đạt nhiệt độ nóng chảy chuẩn 182°C, giúp tăng hiệu quả xúc tiến lưu hóa cao su lên thêm 20%.

Nhóm 3: Các chuyên gia nghiên cứu và phát triển sản phẩm nông hóa tại các doanh nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật; tài liệu mở ra hướng phát triển hoạt chất điều hòa sinh trưởng cây trồng với liều lượng cực thấp chỉ 0,6 kg/ha nhằm tăng năng suất cây lấy đường và kháng nấm nội hấp.

Nhóm 4: Giảng viên và sinh viên các trường đại học sư phạm, đại học khoa học tự nhiên; sử dụng toàn bộ sơ đồ phản ứng thế ái nhân SN2, nitro hóa và brom hóa làm học liệu giảng dạy thực hành với hiệu suất thực nghiệm đã được kiểm chứng từ 66% đến 74%.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Tại sao 2-hydroxybenzothiazole lại tồn tại chủ yếu ở dạng ketone thay vì dạng enol? Trả lời: Các tính toán hóa học lượng tử và phép đo momen lưỡng cực cho thấy dạng ketone có momen lưỡng cực là 3,8 Debye (thực nghiệm xác định 3,66 Debye), có trạng thái năng lượng thấp và bền vững hơn dạng enol (2,4 Debye). Phổ hồng ngoại khẳng định điều này khi xuất hiện vân phổ đặc trưng của nhóm C=O tại 1669,8 cm⁻¹ và không có tín hiệu hấp thụ của nhóm OH tự do.

Câu hỏi 2: Vì sao phản ứng nitro hóa và brom hóa lại ưu tiên định hướng thế vào vị trí carbon số 6? Trả lời: Cấu trúc liên hợp giữa vòng benzen và dị vòng thiazole tạo ra sự phân bố mật độ electron bất đối xứng, làm tăng mật độ điện tích âm tại vị trí C-6 trên nhân thơm. Khi phản ứng với 0,05 mol brom ở nhiệt độ kiểm soát 37-39°C, phản ứng thế electrophin diễn ra chọn lọc cao, tạo dẫn xuất 6-bromo với hiệu suất đạt 70%.

Câu hỏi 3: Những yếu tố then chốt nào giúp phản ứng thế SN2 tạo acid oxy acetic đạt kết quả tối ưu? Trả lời: Phản ứng đòi hỏi môi trường hoàn toàn khan nước để hạn chế tối đa phản ứng phụ thủy phân alcolat. Tác giả đã duy trì khuấy trộn huyền phù natri trong 50 ml aceton khan, gắn ống bảo vệ canxi clorua trên ống sinh hàn và duy trì nhiệt độ phản ứng ở 85-90°C trong suốt 24 giờ để tạo sản phẩm có khối lượng phân tử 318 đvc.

Câu hỏi 4: Phương pháp nào giúp phân tách hoàn toàn đồng phân 6-nitro khỏi đồng phân phụ 4-nitro? Trả lời: Sử dụng kỹ thuật kết tinh phân đoạn trong hệ dung môi aceton và nước theo tỷ lệ 1:1. Đồng phân 6-nitro có tính chất kết tinh ngay trong dung dịch khi còn nóng, cho phép lọc nóng thu lấy tinh thể sạch có nhiệt độ nóng chảy 249-251°C mà không bị lẫn tạp chất 4-nitro vốn chỉ kết tinh khi dung dịch hạ nhiệt độ.

Câu hỏi 5: Dẫn xuất 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone có tiềm năng ứng dụng nông nghiệp như thế nào? Trả lời: Các dẫn xuất thế tại vị trí nitơ số 3 có khả năng thúc đẩy quá trình quang hợp và tích lũy đường trong mô thực vật. Thực tế ứng dụng với liều lượng 0,6 kg/ha trước thời điểm thu hoạch từ 2 đến 10 tuần giúp tăng đáng kể sản lượng đường trong cây mía và nâng cao khả năng kháng lại nấm bệnh gây hại.

Kết luận

• Hoàn thiện quy trình tinh chế 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật, nâng nhiệt độ nóng chảy từ 165°C lên 182°C và tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole với hiệu suất đạt 66%.
• Tổng hợp thành công dẫn xuất trung tâm 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone với hiệu suất cao 74%, mở đường cho các phản ứng thế chọn lọc ở vị trí C-6 trên nhân thơm.
• Xác lập cấu trúc hóa học và khẳng định sự tồn tại ưu thế tuyệt đối của dạng tautomer ketone trên toàn bộ 5 dẫn xuất thông qua hệ thống phổ FT-IR và phổ khối lượng MS.
• Tổng hợp thành công hợp chất mới acid 6-bromo-2-oxo-3-benzothiazolyl methyl oxy acetic có khối lượng phân tử 318 đvc nhờ phản ứng thế ái nhân SN2 trong điều kiện khan nghiêm ngặt.
• Xác định lộ trình triển khai thử nghiệm hoạt tính sinh học nông nghiệp và khả năng chống ăn mòn kim loại trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới nhằm hoàn thiện khả năng ứng dụng thực tế.

Quý độc giả và các nhà nghiên cứu hãy cùng kết nối, chia sẻ và tiếp tục mở rộng các hướng thử nghiệm sinh học chuyên sâu để hiện thực hóa những giá trị ứng dụng vượt trội của hệ hợp chất dị vòng benzothiazole vào sản xuất công nghiệp và đời sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

80 GIÁO DUC VA DAD TẠO ˆYQƯỜNG: BAL SC SƯ PRIAIME TELAT VAO HO Cin Mast LUẬN VĂN TOT NGHIỆP Đề tài: 'TÔNG 100? VA NGIHÊM CỨU CÂU TRÚC DAM XUAT CUA 31IYDRGXYTMIETHIIYL 2 RENZOTHIAZOL NONE SVTH: Nguyễn Hữu Hiền Lớp: Hóa 4A. Cok |! | ee 1 LAST CAE ONuaeeeeeesrnsnnihreenrrenstrigegieniprnill019/05068801012110100580 2 Phan một TONG QUAN.BENZOTHIAZOLE VA MOT SO DAN XUAT CUA NO 4 BBCI CEMA ON OS Song sec taseameneeccnsseaccenes mamas emamnacinieens opeaaaaneaeans 4 2. 6-nitro-3-hydroxymethyÌ- 2-benzothiazolinone. Dan xuat halogen của benzothazole 2626662660002 6240206) sa: 13 II, UNG DUNG CUA BENZOTHIAZOLE VA CAC DAN XUAT CUA NÓ 1 SEE TRAE VAS CRN ID) NV MRBBRRRemmmmmm.

Trong lĩnh vực thuốc thử hữu CO. Trong lĩnh vực nhuộm, phẩm màu và nhiếp ảnh. Trong lĩnh vực nông nghiệp. l6 5: 1r60DB TIE: VỤ V RIGO DO (sicci066662260002200L6602126yieicc 18 6.

ne lĩnh vực điện NGA. CÁC PHAN UNG DUNG TRONGTONG HỢP 1. Phan ứng Di NORLS2002401i02006 02/14 220á0662020022:24200063 20 2. Phản úứng NT HỘ 0S.

Phanứng theo cơ chế S„2.-- s55 9 2 3x 3E232210123211112 22 Phản hai: THỰC NGHIỆM I. Sơ đô tông quát của quá trình thực nghiệm. Quá trình tông hợp các chât. Hee 24 1, Tinh chế 2-mercaptobenzothiazole.

Tong hợp 2-hydroxybenzothiaZole. Téng hợp 3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone. Tông hợp 6-nitro-3-hydroxymethyl-2-benzothiazolinone. Tổng hợp 6-brom-3-hydroxymethyl-2-benzothiazolonone.

Tông hợp acid 6-brom-2-oxo-3-benzothiazolyl methyl oxy acetic. 28 Phản ba: KET QUA VÀ THẢO LUẬN |. Quá trinh tong hợp-Hiệu guất phi! Ống ¿¿-⁄2::::4:66/225222200025cã) 31 2. Phé hong TH s0200261226614i3224À000G23(036/6utbb¿zsiqxa 32 UU sp co,.

Các ý kiến và hướng nghiên cứu tiếp theo .sesscsescseecsouessneessneenneeens 36 Phan bon: PHU LUC * BANG HANG SO VAT LÝ CUA CAC CHAT ĐÃ TONG HỢP ĐƯỢC. # BANG TONG HOP PHO HONG NGOẠI CUA CAC CHAT DA TONG HOP. # PHO HONG NGOẠI CUA CAC CHAT ĐÃ TONG HOP ĐƯỢC. # PHO KHOI LƯỢNG CUA MỘT SO CHAT ĐÃ TONG HỢP.

Phin nam: TÀI LIEU THAM KHAO. |LỜI MỞ BAU + Hóa học là một ngành khoa học thực nghiệm có rat nhiéu ứng dung trong thực tế. Đặc biệt là hóa học hữu cơ nghiên cứu vẻ hợp chất dị vòng. Với những giá trị thực tiễn đó mà hỏa học hữu co thực sự lôi cuỗn em.

Học tập, nghiên cứu và tim hiểu về hóa hữu cơ là điều em rất thích thủ, chính vì vậy để được tim hiểu sâu hơn về hóa hữu cơ, em đã chọn đề tài thuộc bộ môn hóa hữu co, *Có thé nói các hợp dj vòng nói chung đều có những vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và được nghiên cứu rộng rãi để làm sáng to các thuộc tính và ứng dụng của chủng. Benzothiazole là trường hợp đặc biệt của hệ thống dị vòng. Các công trình nghiên cứu cho thay chúng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học và đời sông: + Trong y học: 2-alkoxybenzothiazole, 2-phenoxybenzothiazole, 2- phenylthiobenzothizole,. có tac dụng chữa bệnh ngoài da.

+ Trong nông nghiệp: 3-acetonitril-2-benzothiazolinone có tác dụng làm tang ham lượng đường của củ cai duéng. 3-methyl- 4-chlor-2- benzothiazolinone có tác dụng làm tăng năng suất lúa va kim ham sự phát triển của thực vật. Ngoài ra, các dẫn xuất của Benzothiazole còn có nhiều ứng oa trong ngành nhiếp anh, phẩm mau, điện hóa, trong quá trình lưu hóa cao su. *Chinh vi vậy em đã lựa chọn đề tài: "Tổng hợp và nghiên cứu cau trúc dẫn xuất của 3- hydroxymethyl- 2-benzothiazolinone”" với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về hợp chất Benzothiazole và dẫn xuất của nó.

Luận văn tốt nghiệp SVTH:Nguyén Hữu Hiền c)_ LỜICAMƠN + Em xin chân thanh cảm ơn đến ban chủ nhiệm khoa hóa, quý thay cô trong tổ hữu cơ, đặc biệt là cô Trần Thị Tửu - Người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em hòan thành tốt luận văn nảy. *Em cũng xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp Hóa 4, niên khóa 2000-2004 đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em để em có thể hòan thành tốt luận văn tốt nghiệp của minh. *Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã tiếp thu thêm nhiều kiến thức bé ích cho công tác giảng dạy của mình. Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và lần đầu tiên làm quen với công việc nghiên cứu khoa học nên em vẫn còn mắc nhiều thiếu sót và khuyết điểm.

Em kính mong được sự góp ý của thầy cô va các bạn để giúp em hoàn chính luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn. Luận văn tt nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hiển TÔNG QUAN Luận văn tốt nghiệp SVTH:Nguyén Hữu Hiền 1.Benzothiazole và một số dẫn xuất của nó: I. Khái quát: Dj vòng Benzothiazole có ba đông phân: (ÔXnN> H %"Xổ⁄ N lG2aff S 1,3-benzothiazole 1,2-benzothiazole 2,1-benzothiazole -Phan tử Benzothiazole là trường hợp đặc biệt của hệ thông dj vòng.

Những tính chất hóa học và hóa lý của nó chứng tỏ rằng vòng thiazole vé ban chất nó không có tính thom. Thực nghiệm cho biết phản ứng electrophin (chlor hóa. nitro hóa) đều xảy ra ở nhân benzene và trước hết ở vị trí 6[1]. Ngay cả trong trường hợp của 2-phenyl-benzothiazole phản ứng cũng vẫn xảy ra ở vị trí này ma không xảy ra ở vị trí 2 của vòng phenyl mới thê vào.

-Dưới tác dụng của bazơ mạnh, vòng thiazole bị phá vỡ. Sự phá vỡ vòng được tang cưởng khi ở vòng benzene có nhóm rút electron. Tổng hợp benzothiazole: * Bang phản ứng o-aminothiophenol với các dan xuất của acit: Om p+ QC -OX>~ SH NH; NH— mn R Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Hiển Từ các dẫn xuất của acid để tổng hợp benzothiazole thường được dùng nhất là chloride và anhydride acid. + Bang phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde.

SH SH OL + me Stet) OL NH; | N=CHR R= alkyl, hydrogen, aril. *Benzothiazole cũng có thể được điều chế bằng phương pháp Jakobson S €+-c h ns KaFe NaOH (CN OL ‘O R nN” N-phenylthioamit dưới tac dung của NaOH với xúc tác K;[Fe(CN),] hay qua hợp chất cơ Liti sẽ tự khép vòng thành dẫn xuất của benzothiazole. *Ngoài ra benzothiazole còn có thể được điều chế bằng các phương pháp sau: SCOR SCCR Ss. OC" NO» On" NH, = "20 N CO SCOR SG NH-COR loa @X + NH¿—~CO —NH¿ = SCH, OLSC-R N=CRCI SCH; SCH; 5 (@)( + COC; —» OL 20 »R NH-COR N=CRO;CI có N SCH; (@)( — ¬rR + CH¡:CI NH=CRCI Oe ec c6.

81 oo eee a ewww nee ween s cesses eeceesssec= Luận văn tốt nghiệp SVTH:Nguyén Hữu Hiền _ 2. Khái quát: -Tên thương bạ là Kaptax, Vulkaxit, Thiotax, dermacid, 2(3H)- benzothiazolinthione, 2-benzothiazolylmercapran,. là chat bột mịn mau vàng sáng, có vị đăng đặc trưng. -Nhiét độ nóng chảy của 2-mercaptobenzothizole kỹ thuật là 165-170°C và của 2-MBT tỉnh khiết là 183-184°C.

F : -2-MBT là chat được sử dụng sớm nhất đẻ làm tăng tốc độ quá trình lưu hóa cao su. , -2-MBT tan tốt trong acetone, ethanol, benzene, chlorofom, acid acetic bang va không tan trong nước. -2-MBT có công thức phân tử 1a C-H;NS;, khối lượng phân tử 1a 167,26 đve, tỉ khối là 1 ,42. ¬ -2-MBT tôn tại dưới 2 dang hồ biên (tautome ); SỐ SỐ Wa 4 \ cnol keton Trong hai dang này, 2-MBT tôn tại chủ yếu ở dạng thione nhờ liên kết hydrogen yếu tạo thành dạng dimer [3]: .Ñ Kết quả này nhận được dựa trên sự do momen lưỡng cực của nó.

Tông hợp 2-MBT: ¬ 2-mercaptobenzothiazole lân đâu tiên được A.Hofmann tong hợp vào năm 1887, cũng từ đó các phương pháp tông hợp 2-MBT ngày cảng phát trién []: *Từ Anilin cho tác dụng với CS, ở ap suất cao va nhiệt độ cao; Luận văn tắt nghiệp SVTH:Nguyén Hữu Hiền (Ope + co + s SE >-sH S 200— 200T Đề thu được hiệu suất cao nhất, ty lệ mol các chat trong phản ứng tong hợp lá Anilin:CS;:S = 1: 1,4 :1,02. * Băng tác dụng của CS; hay CSCI, và o-aminothiophenol trong dung môi aleol hay muối của nó trong dung dịch kiểm: CS2 (@)( + CS; ——> Ol + HạS NH» * ‘oe tác dung của CS» với o-diaminodiphenylsulfide: Or. OL SH -S +H -+-s« + Dun nóng Benzothiazole va S ( tỉ lệ mol 1: 0,9-1,3) trong vòng 0.5-3 giờ sẽ thu được 2-MBT với hiệu suất 89,3-92,3%: Oss 200-2606 Ol * Dun sẻ chảy N,N'en — với S: GH, * Phan ứng giữa o-nitroarylhalide với CS; va NaHS hay NaS và CS, : ÔX. NaHS \aHS hay CS; Or NO; hay NazS 7 *2-MBT được điểu chế từ aryllisothiocianate, azobenzen, N- aryldithiocarbamate, phenylthiourea va thiocarbanilide ( N,N'-diphenylthiourea) khi đun nóng S với điều kiện tương tự như nhau: ———-—-œ SH N Luận văn tốt nghiệp SƯTH:Nguyễn Hữu Hiển *Ê' Ẻ Ol (CgH;NHCS;);Zn Ê* Phản ứng của 2-Chlorobenzothiazole với acid thiocarboxylic hay acid dithiocarbamic cũng tạo ra2-MBT hay dẫn xuất của nó.

* Trong điều kiện thực tế 2-MBT được điều chế bằng phuong pháp tinh chẻ 2-MBT kỹ thuật. Phương trình phan ứng của 2-MBT: ; -Phản ứng Alkyl hóa trực tiếp 2-MBT bing dan xuat halogen sé tao thành 2-alkylthiobenzothiazole. Nếu alkyl hóa bảng dimethylsunfate ngoài các sản phẩm trên còn xuất hiện một lượng nhỏ 3-methyl-2-benzothiazolilthinone: on (CHS 04 OL) , OL RX es gn N - Ở nhiệt độ trên 200°C, bằng tác dụng của iodine dẫn xuất S-alkyl chuyền vị thành dan xuất N-alkyl: 3. 2-HYDROXYBENZOTHIAZOLE (2-benzothiazolinone): *2-Hydroxybenzothiazole co thê tôn tại ở hai dang tautomer: Sy SỐ „£~0H _ C=0 at 4 N N Ủ H Enol xetone *Momen lưỡng cực tính được đối với2-hydroxybenzothiazole lá 3,4 va đổi với2-benzothiazolinone là 3,&D.

Bang thực nghiệm đã nhận được là 3,66D, điều đó khang định rang trong các phản ứng no tham gia ở dang xetone. Két quả THƯ— VIÊN Pied na: Mở, Sự Pham TC ht pete Luận văn tắt nghiệp SVTH:Nguyén Hữu Hiền nhận được phủ hợp với các quá trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hoa, acy! hoa hoặc hydroxymethyl hóa. Trong tất ca các phan ứng nảy người ta đều thu được các dẫn xuất thé ở vị trí 3 của 2-benzothiazolinone. *Bang thực nghiệm người ta nhận thay rằng, khi methyl hóa bang diazo- methane trong ether đã xuất hiện 3-methyl-2-benzothiazolinone cùng với 2- metoxybenzothiazole.Nimmich đã giải thích quá trình phản ứng này như sau:[5] Se—_ : gec-on |eCH;N=N *Trong phản ứng này sản phẩm chủ yếu là 3-methyl-2-benzothiazolinone.

*2-Benzothiazolinone phản ứng với formandehyde tạo thành 3- hydroxymethyl-2-benzothiazolinone; § Ss. Nig c-o <=> „co + HCHO —> / =0 ⁄ N - i 1CH,OH Day là chất đầu thuận tiện cho việc điều chế các dẫn xuất tiếp theo. Thi dụ : bang tác dụng của thionyichloride thu được 3-chloromethyl-2- benzothiazolinone, với acetic anhydride thu được 3-acetomethyl-2- benzothiazolinone, voi benzoylchloride thu được 3-benzoxyl methyl-2- benzothiazolinone. Cấu trúc của 3-chloromethyl- 2-benzothiazolinone đã khong chứng minh bang phán ứng khử với litiumborhydride xuất hiện 3-methyl-2 Luận vẫn tắt nghiệp SVT!H:Nguyén Hitu Hién benzothiazolinone.

Chlor trong 3-chloromethy!-2-benzothiazolinone có hoạt tinh sinh học gan tương tự trong các alkylchloride. Trong môi trường kiêm nó phan ứng với thioalcohol hoặc với 2-benzothiazolinone tạo thành bis-3-(2- benzothiazolinone)methane. Cm OX = Oye Tuy nhiên nếu Xi GGTEEVGE-EESSIDESEEING tác dụng với 2- mercaptobenzothiazole sẽ thu được hợp chat sau: Ss. Seo N——eœI; —s-€ SN Điểu nay chứng tỏ rang khác với 2-benzothiazolinone, 2- mercaptobenzothiazole nó bj alkyl hóa ở vị trí thứ 2.

Khi xử lý 2-benzothiazolinthione với ethylene oxide du có mặt acetic acid xảy ra phan ứng N-hydroxyethyl hóa va có sự biển đối thiono-oxo tạo thành 3- (2-hydroxyethyl)-2-benzothiazolinone.