Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp chalcon 8-hidroxiquinolin-5-yl và 4-iodophenyl

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp 3 8 hidroxiquinolin 5 yl 1 4 iodophenylprop 2en 1 on, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Bùi Thị Kim Hoa
• Người hướng dẫn: Thầy Lê Văn Đăng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp 3-(8-Hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-Iodophenyl)prop-2-en-1-on
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẢN ỨNG THẾ ELECTROPHIN Ở NHÂN THƠM
• 1.1.1. Khảo sát phản ứng thế electrophin vào nhân thơm (SgAr)
• 1.1.2. Xác nhận sự hình thành phức ø bằng cách nghiên cứu hiệu ứng đồng vị học
• 1.1.3. Sự chuyển hóa của phức ø
• 1.1.4. Sự phân lập phức ø trung gian
• 1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng thế electrophin trong vòng thơm
• 1.1.5.1. Ảnh hưởng của cấu trúc chất ban đầu
• 1.2. Chương II: CÁC PHƯƠNG PHÁP FORMYL HÓA NHÂN THƠM
• 1.2.1. Formyl hóa Gattermann - Koch. Cơ chế phản ứng
• 1.2.2. Những cải tiến của phương pháp
• 1.2.3. Điều kiện tiến hành phản ứng
• 1.2.4. Phản ứng formyl hóa Gattermann
• 1.2.5. Các phương pháp formyl hóa khác
• 1.3. Chương 3: PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ ALDOL-CROTON HÓA TẠO HỢP CHẤT CACBONYL KHÔNG NO
• 1.3.1. Đặc điểm của nhóm cacbonyl
• 1.3.2. Phản ứng cộng aldol xúc tác bằng bazơ và axit
• 1.3.3. Dehidrat hóa sản phẩm cộng aldol
• 1.3.4. Phản ứng ngưng tụ - croton hóa Claisen - Schmidt
• 2. PHẦN II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Tổng hợp 5-formyl-8-hidroxiquinolin
• 2.2. Tổng hợp 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on
• 3. PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp 5-formyl-8-hidroxiquinolin. Phản ứng và cơ chế tổng hợp
• 3.2. Tổng hợp 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on. Phản ứng tổng hợp và cơ chế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về 3 8 Hidroxiquinolin 5 yl 1 4 Iodophenyl prop 2 en 1 on

Chủ đề tổng hợp 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa hữu cơ. Hợp chất này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành dược phẩm. Việc tổng hợp các hợp chất này giúp mở rộng hiểu biết về cấu trúc và tính chất của chúng, đồng thời tạo ra các sản phẩm có hoạt tính sinh học cao.

1.1. Đặc Điểm Cấu Trúc Của Hợp Chất

Hợp chất 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on có cấu trúc phức tạp, bao gồm các nhóm chức quan trọng như hidroxiquinolin và iodophenyl. Cấu trúc này cho phép hợp chất có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại, làm tăng tính ứng dụng trong hóa học phân tích.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Hợp Chất Trong Nghiên Cứu

Hợp chất này được nghiên cứu rộng rãi do khả năng tạo phức với các ion kim loại, điều này làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích trong phân tích hóa học. Nghiên cứu về hợp chất này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các loại thuốc mới.

II. Vấn Đề Trong Tổng Hợp Hợp Chất 3 8 Hidroxiquinolin 5 yl 1 4 Iodophenyl prop 2 en 1 on

Tổng hợp hợp chất 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on gặp nhiều thách thức. Các vấn đề chính bao gồm việc lựa chọn điều kiện phản ứng phù hợp và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp. Việc nghiên cứu các phương pháp tổng hợp hiệu quả là cần thiết để đạt được sản phẩm mong muốn.

2.1. Thách Thức Trong Việc Lựa Chọn Tác Nhân

Việc lựa chọn tác nhân phản ứng là một trong những thách thức lớn nhất trong tổng hợp hợp chất này. Các tác nhân như formyl clorua và KOH cần được sử dụng một cách chính xác để đảm bảo hiệu suất cao trong phản ứng tổng hợp.

2.2. Ảnh Hưởng Của Điều Kiện Phản Ứng

Điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và loại dung môi có ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm với độ tinh khiết cao và hiệu suất tốt.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Hợp Chất 3 8 Hidroxiquinolin 5 yl 1 4 Iodophenyl prop 2 en 1 on

Phương pháp tổng hợp hợp chất này chủ yếu dựa trên phản ứng ngưng tụ và croton hóa. Các phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tạo ra các hợp chất có cấu trúc tương tự. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu suất tổng hợp.

3.1. Phản Ứng Ngưng Tụ Anđol Croton Hóa

Phản ứng ngưng tụ anđol-croton hóa là một trong những phương pháp chính để tổng hợp hợp chất này. Phương pháp này sử dụng xúc tác axit để thúc đẩy phản ứng, giúp tạo ra sản phẩm mong muốn với hiệu suất cao.

3.2. Cơ Chế Phản Ứng

Cơ chế phản ứng của quá trình tổng hợp này liên quan đến sự hình thành phức trung gian, từ đó dẫn đến sản phẩm cuối cùng. Việc hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nâng cao hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hợp Chất 3 8 Hidroxiquinolin 5 yl 1 4 Iodophenyl prop 2 en 1 on

Hợp chất 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm và hóa học phân tích. Khả năng tạo phức với các ion kim loại giúp hợp chất này trở thành một công cụ hữu ích trong việc phát hiện và phân tích các chất khác nhau.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Dược Phẩm

Hợp chất này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc mới, đặc biệt là trong điều trị các bệnh liên quan đến vi khuẩn và nấm. Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của hợp chất này đang được tiến hành để xác định khả năng ứng dụng thực tiễn.

4.2. Ứng Dụng Trong Hóa Học Phân Tích

Hợp chất 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on được sử dụng rộng rãi trong hóa học phân tích nhờ khả năng tạo phức với các ion kim loại. Điều này giúp nâng cao độ chính xác trong các phương pháp phân tích.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Hợp Chất 3 8 Hidroxiquinolin 5 yl 1 4 Iodophenyl prop 2 en 1 on

Nghiên cứu về hợp chất 3-(8-hidroxiquinolin-5-yl)-1-(4-iodophenyl)prop-2-en-1-on đã chỉ ra rằng hợp chất này có nhiều tiềm năng trong cả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Việc tổng hợp thành công hợp chất này mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa hữu cơ.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện quy trình tổng hợp và khám phá thêm các ứng dụng mới của hợp chất này trong ngành dược phẩm và hóa học phân tích.

5.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc xác định hoạt tính sinh học của hợp chất và phát triển các phương pháp tổng hợp mới nhằm nâng cao hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: ĐẠI CƯƠNG VE PHAN UNG THẾ ELECTROPHIN Ở NHÂN THƠM 1. Khảo sát phản ứng thế electrophin vào nhân thơm ( SgAr): (6,13. Đặt vấn dé : Vòng thơm ( benzen, naphtalen, azulen, pirol, .) là vòng liên hợp kín rất bền vững và có năng lượng thơm hóa khá lớn (benzen 36 kcal/mol; naphtalen 61 kcal/mol. Vì vậy, đối với một hợp chất thơm, phản ứng thế dé xảy ra hơn phản ứng cộng, vi phản ứng cộng phá vd hệ thơm.

Các phản ứng thế ở nhân thơm có thể là : thế electrophin SeAr, thế nucleophin S„Ar hoặc thế gốc SgAr. Do vòng thơm có mật độ electron cao, dé tương tấc với tác nhân electrophin nên phản ứng thế đặc trưng và phổ biến hơn cả ở các hợp chất thơm là thế electrophin .Cơ chế chung : Xét về mat lý thuyết, phản ứng giữa chất thơm ArH và tác nhân electrophin E” tạo sản phẩm ArE và HỶ có thể xảy ra theo 3 cơ chế : Cơ chế 1 : cơ chế | giai đoạn tương tự cơ chế S„2 : E`+Ar-H ~>[E”.H“ | E-ArtH" trạng thái chuyển tiếp Cơ chế 2 : Cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử, tương tự cơ chế Syl: Ar-H—“—»Ar —»Ar-E — cacbanion Cơ chế 3 : Cơ chế 2 giai đoạn lưỡng phân tử ( cơ chế phức ø ): §WHBAiIjKmHAO. - - Trang§ Khóa luận tốt nghiệp Gvhd: Thay Lê Văn Dang ' Si. Ar-H+E'—— thâm „ A;; —- ss ArE Các kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng hầu hết các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm đều xảy ra theo “co chế phức ø”, 1.

Tìm hiểu “cơ chế phức o” : 1. Nguyên tắc : Phản ứng đòi hỏi xúc tac thường là axit proton mạnh như H;SO; hay axit Lewis dạng halogenua kim loại như : AIC];, FeBr;, ZnBr;. Phản ứng diễn ra theo cùng một con đường : + Phản ứng bắt đầu bởi chất xúc tác tương tác với tác nhân phản ứng tạo tác nhân electrophin thường là các cation E*. + Tác nhân electrophin (cation E”, hay đầu mang điện tích dương của liên kết phân cực mạnh) vào hệ thống electron œ thơm kết quả là tạo phức ø không thơm.

+ Proton bị thế tách ra và tạo hợp chất thơm có mặt của nhóm mới tấn công vào. Tấn công của tác nhân tất lao electronphin Hợp chất thơm lộ + E (1) CL od H ———— (2) G-! : + H on benzoni 1. Hai giai đoạn của phản ứng : Ngoại trừ phản ứng sunfo hóa, các phản ứng theo cơ chế này thông thường qua 2 giai đoạn ; + Giai đoạn | : thường xảy ra châm và tạo phức ø trung gian Khóa luận tốt nghiệp = Gvhd: Thay Lê Van Đăng phức x phúc ơ Phức ø được an định bởi cộng hưởng và điện tích dương phân bố trên ba của năm obitan p nhưng kém bền hơn aren đầu vì đã mất tính thơm. gt phức ơ phức ơ + Giai đoạn 2 : phức ø loại nhanh một proton H* tạo sản phẩm Thực tế, hợp chất thơm và tiểu phân electrophin có khả năng tạo phức yếu hơn phức ø.

Phức yếu này gọi là phức x. Trong phức x, hệ thống electron x tham gia như là chất cho electron còn tác nhân electrophin là chất nhận. Sự tạo thành và phân ly phức œ rất nhanh, không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cũng như bản chất của chất tạo thành. SVIH: Bùi ThKmHaA __ Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp Gvhd: Thiy Lê Văn Đăng thé nang Trong phản ứng SeAr, giai đoạn chậm quyết định tốc độ phan ứng là giai đoạn 1, tác nhân E* thiếu electron tấn công vào hệ thống thơm giàu electron của nhân.

Do đó, khi vòng benzen có nhóm đẩy electron làm tăng mật độ electron trong nhân thì tôc độ phản ứng SeAr sẽ tăng và ngược lại nhóm rút electron làm tốc độ phản ứng giảm. Xác nhận sự hình thành E* : Bằng nhiều phương pháp khác nhau, người ta đã chứng minh được sự có mặt của E* như NO;*, Br°, R”,. Ví dụ như sự hình thành NO,” trong phan ứng nitro hóa đã được chứng minh bằng phương pháp nghiệm lạnh, bằng phổ Raman, bằng động học và bằng cả cách tách riêng muối nitroni, 1. Sự hình thành phức o: Phức ø là sản phẩm trung gian không bén của phản ứng thế, là một cation vòng chưa no, trong đó 4 electron x phân bố ở 5 nguyên tử cacbon, còn nguyên tử cacbon thứ sáu thì ở trạng thái lai hóa sp’ có cấu tạo tứ diện : SVTH: Bùi ThịiKimHoa Trang 11 Khóa luận tốt nghiệp _——_—————_————————_——————————————————~~~ Gvhd: Thay Lê Văn Đăng.

—>~*+>—~——~—~- Ta có thể mô tả cấu tạo của phức øbằng công thức sau : Hà £ 1+ 3 Sự tạo thành phức o có sự thay đổi trạng thái lai hóa từ C,,3 sang C,,2 nên đã phá hủy tính thơm của nhân benzen, do đó giai đọan này thu nhiệt. Theo tính toán của cơ lượng tử thì : > Năng lượng liên hợp của phức o là 26 kcal/mol > Năng lượng liên hợp của nhân benzen là 36 kcal/mol > Suy ra : Phản ứng thế cần năng lượng khoảng 10 kcal/mol. Khi tạo thành phức ơ, phức đó có thể bén vững theo hai hướng khác nhau: + Cộng anion Y để tạo thành hệ thống ciclohexađien (1) có năng lượng liên hợp khoảng 3,5 kcal/mol , + Tach proton để tạo hệ liên hợp thơm (11) có năng lượng liên hợp khoảng 36 kcal/mol. SVTH: Bùi Thị Kim Hoa.

Trang 12 Khóa luận tốt nghiệp —_—_——_———__————_——`Ể—Ƒ——`ỄŠ.ẹớ Gvhd: Thay Lê Văn Đăng we & (1) oF SN 1. Xác nhận sự hình thành phức ø bằng cách nghiên cứu hiệu ứng đồng vị học : Biện luận về 3 cơ chế lý thuyết nêu trên, ta thấy : > Nếu proton bị tách ra trước khi tác nhân E' tác kích vào vòng thơm ( cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử ). > Nếu cả hai quá trình đó xảy ra ( cơ chế | giai đoạn ) thì phải có hiệu ứng đồng vị học nghĩa là hợp chất thơm đã được đetơri hóa hay triti hóa sẽ tham gia phản ứng có tốc độ nhỏ hơn so với hợp chất thơm không chứa hidro đồng vị vì bước phân cắt liên kết C — H quyết định tốc độ chung của phản ứng. >» Nếu liên kết C - H không bị cắt đứt ở giai đoạn quyết định tốc độ chung (cơ chế phức ø) thì sẽ không thấy hiệu ứng đồng vị.

Thực nghiệm cho thấy, các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm không cho hiệu ứng đồng vị. + VD : Nitro hóa C4HsNO, và CạÐ;NO; không thấy có sự khác nhau về tốc độ phản ứng Như vậy : các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm xảy ra theo cơ chế: hai giai đoạn lưỡng phân tử hay “cơ chế phức o” hay “cd chế S;2Ar”. Sự chuyển hóa của phức o: Trong phức ơ, electrophin liên kết ở vị trí xác định của nhân benzen, ở đó cacbon có mật độ eletron lớn hơn và sự tạo thành phức o có thể thuận nghịch. Sự chuyển hóa phức ơ cũng có thể là thuận nghịch phụ thuộc vào sự SVTH: Bùi ThịKimHo có Trang 13 Khóa luận tốt nghiệp .—_—_—_———————————Ừ—_—_—_————ỄẰễ————— Gvhd: Thay Lẻ Van Đăng.

dé dàng tách eletrophin hay tách proton. Phức o cũng có thể cộng hợp với nucleophin để tạo thành sản phẩm cộng đien: Giản đồ năng luợng chuyển hóa phức ơthành sản phẩm Đa số phan ứng xảy ra qua quá trình tách proton vì có sự thơm hóa nhân benzen, đòi hỏi năng lượng thấp hơn là cộng nucleophin, song cũng có phản ứng mà sản phẩm hình thành là sản phẩm cộng nucleophin khi tác nhân nucleophin là tác nhân mạnh và hiệu ứng nhiệt của phản ứng tái thơm hóa không lớn. Chẳng han nitro hóa antraxen trong ancol: ÔNG, —ROH „ Œ Phản ứng xảy ra sự tạo thành sản phẩm cộng vì khuynh hướng tái tạo hệ thơm anưaxen không lớn do nhiệt giải phóng ra nhỏ. Khi nghiên cứu hầu hết các phản ứng thế eletrophin vào nhân thơm, cho thấy có tính tương quan giữa tốc độ thế và tính ổn định của phức, hay nói cách khác tính bén của phức o quyết định tốc độ của phan ứng S;.

SVTH: Bùi Thị Kim Hoa —— Tangl4 Khỏa luận tốt nghiệp _——_—_—_——— ễ — Gvhd: Thay Lé Văn Đăng eneniememnaies 1. Sự phân lập phức o trung gian Người ta đã phân lập được phức o sinh ra trong quá trình thế electrophin. Đây là bằng chứng cho cơ chế. + VD : Cho Etyl florua tác dụng với mezitylen ở - 80°C có mặt BE; làm xúc tác người ta thu được phức (I).

Phức (1) là một chất rắn, nóng chảy ở - 15°C, khi đun nó chuyển ngay thành sản phẩm (H) Cotise sft Cs = “GHEBE "RỂ e Hs = he ä + HF + BF, CH; Gils a Phức (1) Phức (II) Trên đây ta chỉ mới để cập đến sự hình thành phức co. Thực ra trong phản ứng thế electrophin ở nhân thơm còn có hình thành phức x trước và sau khi tạo thành phức ø. O+-G-+-O-G--0 # Phức x; Phức o Phức x Trong nhiều trường hợp, để đơn giản hóa vấn để người ta có thể bỏ qua không trình bày các bước tạo thành phức x nhất là phức 6s. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng thế electrophin trong vòng t h ơ m Í 1 * 1 2 1 8 1 9 11.1 Ảnh hưởng của cấu trúc chất ban đầu Về khả năng phản ứng, mật độ electron nói chung trong nhân benzen càng lớn thì tác nhân của E” càng dé tấn công.

Do đó các nhóm có hiệu ứng +l và +R làm tăng khả năng phản ứng, các nhóm thế -I, -R làm giảm khả năng phản ứng. Khóa luận tốt nghiệp Gvhd: Thầy Lẻ Văn Đăng _—_—_—_—_—_—_—_—_—_—_—_—_—_—__—-^^ỪỪ”ờỪỜ”Ừ”””Ừ”Ừ”Ừ”Ừ'”Ừ”Ừ”””nn"b——————— So eee Mặt khác vì phức có điện tích dương nên các nhóm thé làm ổn định phức ơ (+1, +R) làm tăng khả năng phản ứng, các nhóm thế làm mất ổn định phức o thì ngược lại. Các nhóm thế có hiệu ứng -I lớn hơn +R cũng làm giảm khả năng phản ứng (F, Cl, Br.) Để giải thích hiện tượng này, thường hay dùng quan niệm về cấu trúc cộng hưởng hay liên hợp. Các nhóm thế có thể hoạt hóa hay bị thụ động hóa chọn lọc trong nhân benzen phụ thuộc vào hiệu ứng electron của nhóm thế làm ổn định trạng thái chuyển phức ơ.

Các nhóm thế trên được chia thành hai nhóm lớn chính: + ¬ Nhóm làm tăng họat nhân benzen: Các nhóm thế này xúc tiến nhanh phản ứng hơn bezen và phức o có năng lượng ổn định hơn phức o của benzen.