TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA t2»cqk»œs LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỮU CƠ GVHD : Ts. Trần Thi Tửu SVTH : Lé Thi Kim Thoa Lớp : Hóa 4B Khoá : 1999 - 2003 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 5 NĂM 2003 MỤC LỤC LOIMG DAU incur 1 LOI CẮM ON ¬ Phần một: Tổng Quan ILBENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CUA NÓ LBenzothiazole ——. 6-Nitro-2-hydroxybenzothiazole eee | 5.Dẫn xuất halogen của benzothiazole.
14 ILUNG DỤNG CUA BENZOTHIAZOLE VÀ CÁC DẪN XUẤT CUA NÓ 1.Trong lĩnh vựccao§U se 15 2.Trong lĩnh vực thuốc thử hữu cơ.Trong lĩnh vực nhuộm , phẩm màu và nhiếp ảnh. Trong lnh vựcnôngnghệp ĐT w.Trong linh vuc dudc hoc xe.Trong lĩnh vực di€m h6a neta nts tants trees 23 II. CAC PHAN UNG DUNG TRONG QUA TRINH TONG HỢP Phan @nghalogenh6a .Phan ting nitrohGa = ans attnnnn etn 27 Phan hai: Thực nghiệm LSo đồ tổng quát của quá trình thực nghiệm =5.Quá trình tổng hợp các chất 1.Tinh chế 2-mercaptobenzothiazole.Tổng hợp 2-hydroxybenzothiazole atts 32 3.Tổng hợp 6-nitro-2-hydroxybenzothiazole.Tổng hợp 6-brom-2-hydroxybenzothiazole a 5.Tổng hợp 6-brom-3-hydroxymethyl-2-hydroxybenzothiazole .37 Phần ba: Kết luận và thảo luận I. Qué trình tổng hợp- Hiệu suất phan ứng =3 I.
Các ý kiến và hướng nghiên cứu tiếp theo ee| =BANG HANG SỐ VẬT LÝ CUA CÁC CHẤT DA TONG HỢP DUGC #BẢNG TONG HỢP PHO HỒNG NGOẠI CUA CÁC CHAT DA TONG HGP DUGC "PHO HONG NGOẠI CÁC CHAT ĐÃ TONG HỢP ĐƯỢC “TÀI LIEU THAM KHẢO Loi mé đầu Hóa hoc là một ngành khoa học thực nghiệm có rat nhiều ứng dụng trong thực tế. Đặc biệt là hóa học hữu cơ nghiên cứu về hợp chất dị vòng. Với những giá trị thực tiễn đó mà hóa học hữu cơ thực sự lôi cuốn em. Học tập, nghiên cứu và tìm hiểu về hóa hữu cơ là điều em rất thích thú, chính vì vậy để được tìm hiểu sâu hơn về hóa hữu cơ, đặc biệt là kỹ năng tổng hợp hữu cơ, em đã chọn để tài thuộc bộ môn hóa hữu cơ.
Có thể nói các hợp chất dị vòng nói chung đều có những vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và được nghiên cứu rộng rãi để làm sáng tổ các thuộc tính và ứng dụng của chúng. Benzothiazole là trường hợp đặc biệt của hệ thống dị vòng. Các công trình nghiên cứu cho thấy chúng có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khoa học và đời sống: làm chất xúc tiến trong quá trình lưu hóa cao su, ứng dụng trong nghành nhiếp ảnh, phẩm màu, điện hóa, trong y học, nông nghiép. Chính vì vậy em đã lựa chọn dé tai:” Tổng hợp 6-nitro-2- hydroxybenzothiazole và 6-brom-3-hydroxymethyl-2- hydroxybenzothiazole'` với mong muốn đi tìm hiểu sâu hơn về hợp chất Benzothiazole và dẫn xuất của nó.
Trang | {GI CAM ON Em xin chân thành cảm ơn đến ban chủ nhiệm khoa Hoá, Qui thầy cô trong tổ hữu cơ, đặc biệt là cô Trần Thị Tửu - Người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin chân thành cám ơn các bạn sinh viên Hóa 4, niên khóa 1999 — 2003 đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em để em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình. Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích cho công tác giảng dạy của mình.Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế nên em vẫn còn mắc nhiều sơ sót, khuyết điểm. Em kính mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để giúp em hoàn chỉnh luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn. Lê Thị Kim Thoa Trang 2 TONG QUAN Luận văn tốt nghiệp SVTH:⁄2 Ghi Kim (7hoa ILBENZOTHIAZOLE VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CƠ BẢN CUA NÓ 1.BENZOTHIAZOLE : Dị vòng Benzothiazole có ba đồng phân sau : Ó? 1,3-benzothiazole Ob = 1,2-benzothiazole oO 2,1-benzơthazole Thực nghiệm cho biết phan ứng thé electrofin (clo hóa, brôm hóa, nitro hóa) đều xảy ra ở nhân benzen và trước hết ở vị trí số 6.{ I | Ngay cả trong trường hợp của 2-phenyl benzothiazole phản ứng cũng xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra ở vị trí số 2 của vòng phenyl mới thế vào. Dưới tác dụng của bazơ mạnh,vòng thiazol bị phá vỡ. Sự phá vỡ vòng được tăng cường khi ở vòng benzen có nhóm hút electron.
OL? + 8 = OO OL, N=CHOCH, *Tổng hợp vòng benzothiazole : - Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với các dẫn xuất của acid San es BÍ uửa S C) ‹Rcox—"X> — C) = H, NHCOR N Trang 3 Luin văn tot nghiệp SVTH:Lé Dhj Kim Thoa Các dẫn xuất của acid thường dùng để tổng hợp benzothiazole nhất là chloride và anhydride acid -Bằng phản ứng của o-aminothiophenol với aldehyde. On + 9-Q7— jx OL - Bằng phương pháp Jakobson Opmi Oysc oon t®s N-phenylthioamit dưới tác dung của NaOH với xúc tác K:[Fe(CN);] hay qua hợp chất cơ liti sẽ tự khép vòng thành dẫn xuất của benzothiazole. -Benzothiazole còn có thể điều chế theo các phương pháp sau : Om + NH,CO.NH, 2 >> Ô 5POs — On. or Số;OL,- SCH, — »—R+ CH,CI N=CRCI Trang 4 Luận văn t6t nghiệp SVTH.¿ Fhj Kim hoa Hiện nay, người ta đã điều chế được 2-arylbenzothiazole bằng sóng microwave đạt hiệu suất và độ tinh khiết cao.
2-MERCAPTOBEZOTHIAZOLE :(hay 2-Benzothiazolinthione, viết tắt 2-MTB) - Tên thương mại là Kaptax,Vulkaxit, Thiotax, Dermacid, 2(3H)- benzothiazolinthione, 2-benzothiazolylmercaptan. là chất bột mịn, màu vàng sáng, có vị đắng đặc trưng. -Nhiệt nóng chảy của 2-mercaptobenzothiazole kỹ thuật là 165+170°C và của 2-MBT tinh khiết là là 183+184"C. 2-MBT là chất được sử dụng sớm nhất để làm tăng tốc độ quá trình lưu hoá cao su.
2-MBT tan tốt trong acetone, ethanol, benzen, chlorofom, acid acetic băng, va không tan trong nước. 2-MBT có công thức phân tử là C;H;NS;, khối lượng phân tử là 167,26 dvC , tỉ khối 1,42. 2-MBT tổn tại dưới 2 dạng hổ biến( tautomer): Ou => Olm : enol ketone Trong 2 dạng này , 2-MBT tổn tại chủ yếu ở dạng Thione nhờ liên kết hydrogen yếu tạo thành dạng dimer:[3] Trang 5 Luận văn tốt nghiệp SVTH:2 “Thị Kim “Thoa S Oe N .N S Kết quả này nhận được dựa trên sự đo momen lưỡng cực của nó. ® Tổng hợp : 2-MBT lần đầu tiên được A.Hofmann tổng hợp vào năm 1887, cũng từ đó các phương pháp tổng hợp 2-MBT ngày càng phát triển.) ae ees yo #022 NTS — ON Dé thu được hiệu suất cao nhất, ti lệ mol các chất phản ứng là Aniline:CS:S=1:1,4:1,02.
Trang 6 Luận văn tốt nghiệp SVTHzê Dhj Kim Thoa *Dun nóng benzothiazol và § (ti lệ mol 1:0,9+1:1,3) trong vòng 0,5+3 giờ sẽ thu được 2-MBT với hiệu suất 89,3-92,3%. Š 5 *Dun nóng chảy N,N’-dimethylaniline với S *Phan ứng giữa o-nitroarylhalide với CS) và NaHS hay Na;S và CS; Cx. NaHS hay CS, Ors NO, hay NaS, if *2-MBT diéu chế từ arylisothiocyanate, azobenzen, N- aryldithiocarbamate , phenylthiourea và thiocarbanilide (N,N'-di phenylthiourea) khi đun nóng S với diéu kiện tương tự như nhau. 8 S | Or-O +O N N CgHgNHCSNHCH —-OL; s (oe 74% 16% S (CgHẠNHCS,,n 22°, SH N Trang 7 Luận văn tốt nghiệp SVTH:⁄42 7h Kim Thoa Phản ứng của 2-clorobenzothiazole với acid thiocarbocylic hay acid dithiocarbamic cũng tạo ra 2-MBT hay dẫn xuất của nó.
*Trong điều kiện thực tế 2-MBT được điều chế bằng phương pháp tinh chế 2-MBT kỹ thuật ® Phương trình phản ứng của 2-MBT: -Phản ứng alkyl hoá trực tiếp 2_MBT bằng dẫn xuất halogen sẽ tạo thành 2-alkylthiobenzothizole. Nếu alkyl hoá bằng dimethylsunfate ngoài các sản phẩm trên còn xuất hiện một lượng nhỏ 3-methyl-2- benzothiazolinthione a, it L Nach \( JI és : mi) oo: (@) a] ox «ch _ ~ ~ eo TM `“ `N Eex ~> S$ CH, `“ `N O nhiệt độ trên 200°C bằng tác dụng của iodine dẫn xuất S- alkyl chuyển vị thành dẫn xuất N-alkyl s (2) Trang 8 Luận văn tôt nghiệp SVTH:Lé Thi Kim hoa S-alkyl và N-alkylti€p tục tác dung với RX thì sé tạo thành muối 2-alkylmercaptobenzothiazolium (1). Khi muối này tác dụng với NaS hay NaOH sé lần lượt tạo ra (2) và (3). Mặt khác 2-MBT tác dụng với halogen trong dung môi CCl, hay benzen OL)OL» 228 OL ses Khi 2-MBT tác dung với formaldehide sản phẩm có thể tổn tại dưới dang (1) ,(1°) hay (2), (2`).
OeDosen, mOe„E5 NV (1)"N (1) Oly boo OLpose Os HCH 2 CH,re (2) `N @ MU liANC,H,, Ngoài ra 2-MBT có thể tác dụng với NaCH+NaO©I17 N Ca HN, NH, `MH,- (Or ‘=HOF D—SNHC,H,, > sé 2. 2-HYDROXYBENZOTHIAZOLE (hay 2-benzothiazolinone): Trang 9 Luận văn tốt nghiệp SVTH:.Lé 7k Kim Thoa Nó có thể tổn tại ở 2 dạng tautomer:{4] Ôt?=—Of~ enol ketone H Momen lưỡng cực được tính đối với 2- hydroxybenzothiazole là 2,4D và đối với 2-benzothiazolinone là 3,8D. Bằng thực nghiệm nhận được là 3,66D , điều đó khẳng định rằng trong các phản ứng nó tham gia ở dạng ketone. Kết quả nhận được phù hợp với các quá trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hoá , acyl hoá hay hydroxymethy! hoá.
Trong tất cả các phản ứng này người ta déu thu được dẫn xuất thếở vị trí 3 của 2-benzothiazolinone. ® Các phan ứng của 2-hydroxybenzothiazole: 2-hydroxybenzothiazole phản ứng với formandehyde tạo thành 3- hydroxymethyl-2-benzothiazolinone. Ôr>>=—©f>°4 | +O)» —OrN 1 CH,OH Đây là chất đầu thuận tiện cho việc điểu chế các dẫn xuất tiếp theo. Thí dụ bằng tác dụng của thionylcloride thu được 3-clo methyl-2- benzothiazolinone, với anhydride acetic thu được 3-aceto methyl-2- benzothiazolinone, với benzoyl cloride thu được 3-benzoxyl mcthyl-2- benzothiazolinone.
2-Hydroxybenzothiazole tổn tại ở dang ketone, khi alkyl hoá 2- hydroxybenzothiazole thì H linh động của N sẽ thay thế bằng R $s Ss Or~ + RX —> OL + HX N H : Trang 10 Luận văn tốt nghiệp SVTH:£é Dhj Kim Thoa *Tổng hợp dẫn xuất dang N-benzylbenzothiazole trong môi trường cthanol Í » «i #z—C hạt on ương OnSo vt tke a a ÁN — Sar |D ? Cipd i H E H,C OU kK, *Phản ứng này xảy ra dé dàng với các tác nhân yếu N- arylamide của acid cloacetic. BS HH an oe ITE \\ ` Ay! o (a. ae |( 2) o e >=OHGI *-Khi methyl hoá bằng diazomethane cùng với cs methoxybenzothiazole.Nimmich da giải thích quá trình phản ứng này như sau:[5| 2O Bàn co Ea |›=8š-*2 _ or l BI fre Ỉ || a G—CH, ` \ ey Cl, Trang |] Luận văn tốt nghiệp SVTH:.L2 Thi Kim Thoa Trong các phản ứng này sản phẩm chủ yếu là 3-methyl-2- benzothiazolinone ® Phương pháp điều chế 2-hydroxybenzothiazole: *Oxi hoá 2-MBT với oxi phân tử ở nhiệt độ 50-150°C, áp suất 0,3- 07 Mpa có mặt kim loại chuyển tiếp làm xúc tác đã tao ra 2- hydroxybenzothizole. Nếu dùng FeCl, làm xúc tác hiệu súât dat 85%.
S OL? ieee OL —= OL +0,/FeCl 5 S 0,3-0,7Mpa | H *Phan ứng của o-aminophenol với phosgene(COCl,) hay thiophosgene(CSC);).Kucherox đưa ra phương pháp diéu chế nó trong phòng thí nghiệm bằng cách oxi hoá các sulfide trong acid acetic ^^ -S = [ur |!“N )Í 2x SE m., ?