Tổng Hợp và Nghiên Cứu Dẫn Xuất Este của 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione

Khóa luận trình bày nghiên cứu dẫn xuất este của 3 hydroxymethyl 2 benzothiazolione trong hóa học tổng hợp, mang lại ứng dụng tiềm năng.

• Tác giả: Phan Thị Mộng Tuyến
• Người hướng dẫn: Thầy Hồ Xuân Đậu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. HCM
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp và Nghiên Cứu Dẫn Xuất Este của 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 1999 - 2003
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN I: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG HỢP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC TÍNH CHẤT
• 1.2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA BENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT
• 1.2.1. Trong lĩnh vực cao su
• 1.2.2. Trong lĩnh vực xi mạ
• 1.2.3. Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ và phức chất
• 1.2.4. Trong lĩnh vực phẩm màu và nhiếp ảnh
• 1.2.5. Hoạt tính sinh học
• 2. PHẦN II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. SƠ ĐỒ THỰC NGHIỆM
• 2.2. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP
• 2.2.1. Tổng hợp 2 - MBT tinh khiết
• 2.2.2. Tổng hợp 2- hydroxybenzothiazole
• 2.2.3. Tổng hợp 3-hydroxymetyl-2-benzothiazolione
• 2.2.4. Tổng hợp 3-axetometyl-2-benzothiazolione
• 2.2.5. Tổng hợp 3-benzoyloxymetyl-2-benzothiazolione
• 2.2.6. Tổng hợp 3-cloruaaxetometyl-2-benzothiazolione
• 2.2.7. Tổng hợp 3-tricloaxetometyl-2-benzothiazolione
• 2.3. NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT
• 2.3.1. Nhiệt nóng chảy
• 2.3.2. Phổ hồng ngoại
• 3. PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Quá trình tổng hợp và hiệu suất phản ứng
• 3.2. Nhiệt nóng chảy và phổ hồng ngoại
• 3.3. Các ý kiến và hướng nghiên cứu tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Dẫn Xuất Este Của 3 Hydroxymethyl 2 Benzothiazolione

Nghiên cứu về 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione và các dẫn xuất este của nó đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Este là một nhóm hợp chất quan trọng trong hóa học, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y dược. Việc tổng hợp và nghiên cứu các dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của chúng mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn.

1.1. Định Nghĩa và Tính Chất Của Este

Este là hợp chất được hình thành từ phản ứng giữa axit và alcol. Chúng có tính chất hóa học đặc trưng và thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các dẫn xuất este của 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione có thể mang lại những tính chất mới, mở rộng khả năng ứng dụng của chúng.

1.2. Lịch Sử Nghiên Cứu Về Benzothiazole

Benzothiazole và các dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu từ lâu, với nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y dược. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các dẫn xuất ở vị trí thứ 2 và 3 của benzothiazole có hoạt tính sinh học cao, điều này làm tăng giá trị nghiên cứu về 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Dẫn Xuất Este

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu và tổng hợp dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ tinh khiết của sản phẩm, hiệu suất phản ứng và tính ổn định của các hợp chất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn Đề Về Độ Tinh Khiết Của Sản Phẩm

Độ tinh khiết của các dẫn xuất este là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu. Việc tách chiết và tinh chế các hợp chất này có thể gặp khó khăn, ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

2.2. Hiệu Suất Phản Ứng Thấp

Một trong những thách thức lớn trong tổng hợp dẫn xuất este là hiệu suất phản ứng thường không cao. Điều này có thể dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian và tài nguyên trong quá trình nghiên cứu.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Dẫn Xuất Este Từ 3 Hydroxymethyl 2 Benzothiazolione

Để tổng hợp dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình tổng hợp mà còn nâng cao hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm.

3.1. Phương Pháp Este Hóa Truyền Thống

Phương pháp este hóa truyền thống thường được sử dụng để tổng hợp các dẫn xuất este. Phản ứng giữa axit và alcol trong điều kiện thích hợp có thể tạo ra các sản phẩm mong muốn với hiệu suất cao.

3.2. Phương Pháp Sử Dụng Xúc Tác

Sử dụng xúc tác trong quá trình tổng hợp có thể giúp tăng cường hiệu suất phản ứng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng xúc tác thích hợp có thể cải thiện đáng kể độ tinh khiết và hiệu suất của các dẫn xuất este.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Dẫn Xuất Este

Các dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp và y dược. Chúng có thể được sử dụng làm chất xúc tác, chất chống oxi hóa, và trong sản xuất thuốc.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Dẫn xuất este có thể được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp, từ sản xuất cao su đến chế biến thực phẩm. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Dược

Nhiều dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione đã được nghiên cứu và chứng minh có hoạt tính sinh học cao. Chúng có thể được phát triển thành các loại thuốc mới, mang lại lợi ích cho sức khỏe con người.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Dẫn Xuất Este

Nghiên cứu và tổng hợp dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng với các phương pháp nghiên cứu hiện đại, khả năng ứng dụng của các dẫn xuất này trong thực tiễn là rất lớn.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Tương lai của nghiên cứu về dẫn xuất este từ 3-Hydroxymethyl-2-Benzothiazolione hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu suất tổng hợp và mở rộng ứng dụng của các hợp chất này.

5.2. Khuyến Nghị Cho Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá các tính chất và ứng dụng của các dẫn xuất este. Việc hợp tác giữa các nhà khoa học trong và ngoài nước sẽ giúp thúc đẩy tiến bộ trong lĩnh vực này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Benzothiazole và các dẫn xuất của nó thuộc loại hợp chất dị vòng 2 dị tố (N và S). Những hợp chất này có những tính chất rất khác biệt, đặc biệt là hoạt tính sinh lý của nó đối với người và thực vật. Do vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp. y dược và là mối quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước.

Có thể liệt kê một số ứng dụng như sau : 2- Mecuptobenzothiazole từ xưa đến nay vin được dùng để làm tăng tốc đô quá trình lưu hóa cao su. Các dẫn xuất ở vị trí thứ 2 của Benzothiazole có tác dụng chữa bệnh ngoài da, chống tắc nghén mạch máu, chữa bệnh tiểu đường. Các hợp chất thuộc day | - { Benzothiazoyl - 2 -} triazol có khả năng chống ung thư. Các dẫn xuất khác của 2- Mecaptobenzothiazole có tác đụng trong ngành phân tích kim loại hiếm và công nghệ ảnh.

Các dẫn xuất ở vị trí thứ 3 của 2- Mecaptobenzothiazole có tác dụng điều khiển sự phát triển của thực vật. Từ những ứng dụng trên em nhận thấy việc tổng hợp, nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng của một số dẫn xuất của Benzothiazole là rất cần thiết. Mặt khác, qua tài liệu em cũng nhận thấy, các dẫn xuất este ở vị trí thứ 3 chưa được nghiên cứu nhiều, Do đó, em đã chọn để tài “Tổng hợp và nghiên cứu một số dẫn xuất este của 3- hydroxy metyl -2- Benzothiazolione” với mong nuốn những este này có những hoạt tính sinh học nào đó góp phần làm phong phú thêm những ứng dụng của Benzothiazole Do thời gian và khả nang của em có hạn nên không trách khỏi những thiếu sót. Em rất mong sự góp ý chân tình của thây cô và các bạn Em xin chân thành cám ơn! SVTH: Phan Thi Mộng Tuyển Trang 3 TONG QUAN SVTH: Phan Thị Mông Tuyển Trang 4 Dị vòng benzothiazole gồm có 3 đồng phan: ~Hai đồng phân (A) và (B) còn gọi là benzisothiazole nên đồng phân (C) có thể gọi đơn giản là benzothiazole.

~Do mục đích nghiên cứu em chỉ chú ý đến các dẫn xuất thế ở vị trí 2,3 củabenzothizole. Nguồn tư liệu chủ yếu là tạp chi chemical Abstracts, một số sách về hoá chất dị vòng. Mặt khác do thời gian có hạn nên em chỉ tra cứu tình hình nghiên cứu trong những năm gắn đây, do đó phần tổng quan mang tính chất xơ bộ, 1. TONG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC TÍNH CHẤT.

1/ Cấu trúc tính chất: a.Cấu trúc: Vòng Benzothiazole: CY ~Đôi điện tử tự do của nguyên tử lưu huỳnh (S) tham gia liên hợp, tạo thành vòng kín liên hợp.Tính chất ~Benzothiazole khó tan trong nước, tan dé trong rượu, cacbondisulfide [1] ~Ðo có tính thơm (thoã mãn qui tắc Hucken) nên phản ứng đặc trưng của Benzothiazole là phản ứng thế. ~Gcbus và các đồng nghiệp đã nghiên cứu và thấy rằng: phản ứng thế cclectrophyl (clo hoá, brom hoá, nitro hoá.) đều xảy ra ở nhân benzen, ưu tiên nhất ở vị trí thứ 6. Trường hợp của 2-phenyl benzothiazole, phản ứng cũng xảy ra ở vị trí này, không xảy ra ở vị trí vòng mới thế vào {2| SVTH: Phan Thi Mộng Tuyển Trang 5 “Co *c?O ~Néu vị trí số 6 đã có nhóm thế thì phản ứng ưu tiên xảy ra ở vị trí số 4, sau đó đến vị trí số 7. ~Đưới tác dụng của base mạnh, vòng benzothiazole bị phá vỡ, sự phá vỡ vòng càng được tăng cường khi ở vòng benzen có nhóm rút e [2] “Oe oem ~Do nguyên tử N trong phân tử Benzothiazole còn | đôi e tự do nên nó thể hiện tính base; trong môi trường acid, nó có thể tạo muối tương tự piridin [1] 3/Tống hợp: ~Benzothiazole và các đồng đẳng được tổng hợp bằng nhiều cách: Từ o-aminothiophenol và axit formic [2] SH i CH > : + # ớ H 2 Từ o ~ aminothiophenol với ure [3] OD wre an oe -H;O SVTH: Phan Thi Mộng Tuyển Trang 6 Các chất déng đẳng của Benzothiazole cũng được tổng hợp tương tự nhưng thay axit fomic bằng Clorua acid hoặc andehit [3].

Ot Olt 0 Từ N-phenylthioamit trong NaOH, xúc tác Ky[Fe(CN),] hoặc Liti [3] SG Tu OG 10600. SH : köi SH NH, Ỗ l N—=CHR Bằng phương pháp Jakobson [3] _—~ O Cx.2 ed Ct= SVTH: Phan Thi Mộng Tuyển Trang 7 Oe OY Từ 2-clobenzothiazole có thể điểu chế được 2-aminobenzothiazole, 2- Mecapto benzothiazole, 2-anilin benzothiazole bằng cách cho phản ứng với NH- +, NaHS, C;H. Dẫn sxuất của Benzothiazole. -Các dẫn xuất của benzothiazole được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu đặc biệt là dẫn xuất thế ở vị trí số 2.

Ở đây em chỉ nghiên cứu kỹ 2- Mecapto benzothiazole và 2- hidroxy benzothiazole vì đây là chất dau để điều chế nhiều dãy dẫn xuất phưc tạp khác.2-Mecapto benzothiazole (2-MBT) 2-MBT kỹ thuật ( tên thương mai là kaptax, vulcaxit,thiotax.) là chất bột mịn mau vàng sáng, có vị đấng, mùi đặc trưng, (”„. :165- I70°C 2-MBT tinh khiết ở dang tinh thể hình kim mau trắng t’. :183-184,5°C [2] 2-MBT tan tốt trong dung môi hữu cơ (axeton, etanol, benzen, cloroform, acid acelic băng , không tan trong H;O.Cấutạo, tính chất: Xét về mặt cấu tạo: 2-MBT có thể tổn tại ở hai dạng hổ biến (Tautomer) OO Ï_— SVTH: Phan Thi Mông Tuyển Trang 8 Nhưng thực nghiệm cho thấy 2- MBT tổn tại chủ yếu dang Thione (trong dung dịch cũng như ở trạng thái rắn) nhờ liên kết hidro giữa nguyên tử lưu huỳnh và hidro tạo thành dimer |2] CY 3 bs Khi ankyi hoá trực tiếp 2-MBT bằng dẫn xuất halogen trong axit Lewis, ta thu được sản phẩm 2-alkylthiobenzothizole (S-alkyl) Oy X. Nếu ding dimetylsunfat thì có một lượng nhỏ 3-metyl-2- benzothiazolithione tạo thành [5,6] Ở t’ cao (khoảng 220°C) với xúc tác 1, thì S- alkyl)sẽ chuyển hoá thành N- alkyl [1].

Và néu ta ding dư RX thì S- alkyl và N- alkyl sẽ tục phan ứng với RX tao 2-alkylmercapto benzothiazolium (HH) và khi muối này tấc dụng với Na)S hay NaOH sé lan lượt tạo (11) và (IV) [2] SVTH: Phan Thi Mộng Tuyển Trang 9 pee} Op = o> Nam 1992 Grabamik K.K đã đưa ra phương pháp diéu chế thioeste và amid dị vòng bằng phản ứng của 2-MBT với axit hữu cơ và COCI, trong dung môi hữu cơ có xúc tấc kiểm ở 5-IỚŒC, Vai trò của PCl là biến acid carboxoxylic thành clorua acid [7] 2-MBT có thể tác dụng với Halogen trong dung môi benzen hay carbontetraclorride [1], SVTH: Phan Thi Mộng Tuyến Trang 10 2-MBT có thể ngưng tụ oxi hoá với các amin khác nhau có mặt tertbutyl thipochlorit hoặc H;O; để tạo benzothiazolsunfeamit với: RỊ=N R;= xiclohexyl R;= R;= etyl; -CH;CH;O CH;CH;-;-(CH;)-; -(CH;)„- 3- MBT còn có khả năng tham gia phản ứng mannic với dietylamin, đietanolamin, ure, thioure, guanidin ở các điểu kiện khác nhau. Với guanidin : phản ứng xảy ra ở phòng dimetylamin: ở phòng với HCI đặc ure thioure: đun sôi lưu ở 80C, xúc tác clorua đồng. dietanolamin:dun hồi lưu ,xúc tác HCI -Phản ứng manic của 2-MBT với benzensufonami và p- toluensunforamit được tiến hành trong dioxan đun hồi lưu 3" không cẩn xúc tác, tạo thành các bazdmanicm với hiệu suất 63-89% [9] 2- MBT có thể phản ứng với fomandehit và fomandehit trong piperidin, sản phẩm to thành có thể hai ở 2 dạng: n =e Cl % b o — - Ă SVTH: Phan Thị Mộng Tuyển Trang 11 Ngoài ra, 2-MBT còn có thể phản ứng NH, có mặt NaOH và NaOCl! tạo amin bậc 1; tác dụng với C„H,¡NH; 6 mặt l; và NaOH tao amin bậc 2 { l]: Nils X- SNH NaOH, NaOCl ⁄Z z |. CoHy NH N b)Tổng hợp : 2-MBT được phát hiện trong thành phan của nước thải được sử dụng nhiều trong quá trình lưu hoá cao su 2-MBT lần đầu tiên được A.

Hofmann tổng hợp năm 1887 [1], và dẫn dẫn người ta đã nghiên cứu và tìm ra nhiều phương pháp tổng hợp 2-MBT khác nhau. Tổng hợp từ anilin, cacbonbisulfide và sulfur [1] NH, 300C 76% Phản ứng này đòi hỏi t’ cao, áp suất cao, và để được hiệu suất cao phải cho các chất phản ứng theo tỉ lệ anilin: CS;: S=1 :1,4 : 1,02 Bằng tác dụng của CS; hay CSCI, với o-aminothiophenol (dung môi alcol): SH Cl sO + NH» Từ Benzothiazole dun nóng với S trong vài giờ (tỉ lệ mol 1:0,9 => 1:13): SVTH: Phan Thị Mộng Tuyển Trang 12 (CH;NHCSa);Zn Cy >> +§ : (H*89.3-92,3%) Bằng tác dụng của NaHS vào 2-clobenzothiazole: CO+ =O Bằng tác dụng của CS; với 0,0- điaminodiphenyl sulfide [2]: NHạ H Ss Từ N,N-dimetyllanilin (dun nóng chảy với S) [1] oun er > .—= ầ CI Z» ( CH, Từ o-nitroarylhalide với CS; va NaHS (hoặc Na;S){ l ]: X Ngoài ra, 2-MBT còn được điều chế bằng cách dun nóng S với những chất sau:Zine(N-arydithiocarbamate),arylisothiocynate, azobenzen, phenylthiourea, thiocarbanilide. SVTH: Phan Thị Mộng Tuyển Trang 13 ; - s C„HyNHCSNHC,H, ng Z 14% 16% Mới đây nhất B.Ricacdo(Italia) đã cho tác nhân electronphin tác dụng lên hợp chất orto-metylthiophenylisonitril để tạo khung vòng benzothiazole [10] Trong phòng thí nghiệm thường tinh chế từ 2-MBT kỹ thuật để có 2- MBT tinh khiết 3/. Hydroxybenzothiazole (2-Benzothiazolinone) a) Cấu trúc, tính chất: 2- Hydroxybenzothiazole cũng có thể tổn tại ở hai dang tautomer (khi ở trạng thái dung dịch)0 C—O Momen lưỡng cực tính được đối với 2.

hydroxybenzothiazole là 2,4 D, đối với 2-benzothiazolione là 3,8 D, thực nghiệm đo được 3,66 D. Điều này chứng tỏ nó tồn tại chủ yếu ở dang ketone và do đó trong các phản ứng nó tham gia ở dang ketone. Thực nghiệm cho thấy các phẳnứng ankyl hoá, acyl hoá hoặc hydroxylmetyl hoá đểu được các dẫn xuất thế ở vị trí số 3 của 2- benzothiazolione .|2] SVTH: Phan Thị Mộng Tuyển Trang 14 Td: Nzinner và W. Nimmics [2| đã cho metyl hoá bằng diazometan trong eter thu được sản phẩm 3-metyl-2- benzothiazolione.

2- Benzothiazolnone có phản ứng với formaldehyde tạo 3- hidroxymelhyl1-2- benzothiazolinone [1] với hiệu suất khá cao. Cop HCHO —Cl CH,OH Đây là chất đầu thuận tiện cho việc điều chế các dẫn xuất tiếp theo: GD CH,P(CyHy)sCI SoPhản ứng thế SgAr: xảy ra ở vị trí số 6 của vòng benzen: E a Ci) S HNO O¿N S NG 34 SS. — OH a On “No, J SVTH: Phan Thi Mong Tuyén Trang 15 Khi xử lý 2- benzothiazolione với etylen oxide đư có mặt acid acetic xảy ra phản ứng N-hiđroxyletyl hoá và có thể biến đổi oxo tạo thành 3-(2- hidroxyletyl)-2 =benzothiazolione. CH;CH;OH b)lổnghợp:.

2-Hidroxybenzothiazole được tổng hợp bằng nhiễu phương pháp khác nhau Oxy hoá 2-MBT bởi HạO; ở 50°C trong KOH sau đó axit hoá sẽ thu được 2- hiđroxybenzothiazole [3]: Oxy hoá 2-MBT với oxy phân tử và xúc tác FeCl, ở 50-150°C áp suất 0,3- 0.7 MPa sẽ thu được 2-Hidroxybenzothiazole với hiệu suất cao hơn (85% ) (11): Từ 0-aminothiophenol với phosgene hoặc thiophosgene [1]: : or SH +COC], ——» CX >> +2HCI NH2 Oxy hoá các sulfid trong acid acetic — phương pháp V.Kucherov (dùng diéu chế trong phòng thí nghiệm) |2]: SVTH: Phan Thị Mộng Tuyển Trang l6 S of “hy S CL pao “X>z~= 1.