Tổng Hợp Dẫn Xuất Carbonyl Từ 8-Hidroxi Quinolin

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp một số dẫn xuất xeton α β không no của 8 hidroxi quinolin, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ thể cho

• Tác giả: Lê Huỳnh Đhước Hiệp
• Người hướng dẫn: Ths Lê Văn Đăng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Dẫn Xuất Carbonyl Từ 8-Hidroxi Quinolin
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN A: MỞ ĐẦU
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2. PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2. CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẢN ỨNG THẾ ELECTROPHIN Ở NHÂN THƠM
• 2.1. KHẢO SÁT PHẢN ỨNG THẾ ELECTROPHIN VÀO NHÂN THƠM (S,Ar)
• 2.1.1. Đặt vấn đề
• 2.1.2. Cơ chế chung
• 2.1.3. Tìm hiểu cơ chế phức Ø
• 2.1.4. Xác nhận sự hình thành F°
• 2.1.5. Sự hình thành phức o
• 2.1.6. Xác nhận sự hình thành phức o bằng cách nghiên cứu hiệu ứng đồng vị học
• 2.1.7. Sự phân lập phức o trung gian
• 2.2. Bảng phân loại các phản ứng thế electrophin
• 2.3. Ảnh hưởng của nhóm thế trong vòng thơm đến khả năng phản ứng thế electrophin
• 2.3.1. Qui luật thế với trường hợp nhân thơm có 1 nhóm thế Z
• 2.3.2. Xét trạng thái tĩnh
• 2.3.3. Xét trạng thái động
• 2.3.4. Xét các nhóm thế có bản chất đẩy electron
• 2.3.5. Xét các chất có bản chất rút electron
• 2.3.6. Tác động phối hợp của các nhóm thế

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8 hidroxi quinolin

Tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học hữu cơ. Các hợp chất này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành dược phẩm và hóa phân tích. Dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin có khả năng tạo phức với ion kim loại, giúp xác định các ion vô cơ trong các mẫu phân tích. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các hợp chất hữu ích mà còn giúp củng cố kiến thức về hóa học hữu cơ.

1.1. Ứng dụng của 8 hidroxi quinolin trong hóa học

8-hidroxi quinolin và các dẫn xuất của nó có khả năng kháng khuẩn và chống nấm. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm và hóa phân tích. Các hợp chất này có thể tạo phức với ion kim loại, giúp xác định các ion vô cơ trong mẫu phân tích.

1.2. Tầm quan trọng của dẫn xuất carbonyl

Dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin có vai trò quan trọng trong việc phát triển các thuốc mới. Chúng có hoạt tính sinh học cao, giúp điều trị nhiều bệnh lý khác nhau. Việc tổng hợp các dẫn xuất này mở ra cơ hội cho việc phát triển các liệu pháp điều trị hiệu quả.

II. Thách thức trong tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8 hidroxi quinolin

Mặc dù tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như điều kiện phản ứng, chọn lựa tác nhân và xúc tác là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt được sản phẩm với độ tinh khiết cao.

2.1. Các vấn đề trong điều kiện phản ứng

Điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất và thời gian phản ứng có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tổng hợp. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng.

2.2. Lựa chọn tác nhân và xúc tác

Tác nhân và xúc tác được sử dụng trong quá trình tổng hợp cần phải được lựa chọn cẩn thận. Sự tương tác giữa các tác nhân có thể dẫn đến các sản phẩm không mong muốn, do đó việc nghiên cứu và thử nghiệm là cần thiết.

III. Phương pháp tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8 hidroxi quinolin

Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin. Các phương pháp này bao gồm phản ứng formyl hóa và phản ứng ngưng tụ. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.1. Phản ứng formyl hóa

Phản ứng formyl hóa là một trong những phương pháp chính để tổng hợp dẫn xuất carbonyl. Phương pháp này sử dụng các tác nhân như CHCl3 và KOH làm xúc tác, giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao.

3.2. Phản ứng ngưng tụ

Phản ứng ngưng tụ giữa 8-hidroxi quinolin và các xeton có mạch liên hợp là một phương pháp hiệu quả khác. Phương pháp này giúp tạo ra các dẫn xuất carbonyl với cấu trúc phức tạp, có hoạt tính sinh học cao.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin đã chỉ ra rằng các sản phẩm thu được có hoạt tính sinh học đáng kể. Các dẫn xuất này không chỉ có khả năng kháng khuẩn mà còn có thể được ứng dụng trong điều trị nhiều bệnh lý khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển các hợp chất này là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu trong ngành dược phẩm.

4.1. Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất

Các dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin đã được chứng minh có hoạt tính kháng khuẩn và chống nấm. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các thuốc mới có hiệu quả cao trong điều trị.

4.2. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Các hợp chất này có thể được sử dụng trong việc phát triển các liệu pháp điều trị mới. Việc nghiên cứu sâu hơn về các dẫn xuất này sẽ giúp nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Các kết quả đạt được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các hợp chất này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành hóa học và dược phẩm.

5.1. Tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về tổng hợp dẫn xuất carbonyl từ 8-hidroxi quinolin sẽ tiếp tục được mở rộng. Các phương pháp mới và các hợp chất mới sẽ được phát triển để nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng.

5.2. Định hướng phát triển

Định hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của các dẫn xuất. Điều này sẽ giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn cho ngành dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHAN UNG THẾ ELECTROPHIN Ở NHÂN THƠM Li. KHẢO SÁT PHAN UNG THẾ ELECTROPHIN VÀO NHÂN THOM (S,Ar) 1.1 Đặt vấn dé : * Vòng thơm ( benzen, naphtalen, azulen, pirol, .) là vòng liên hợp kin rất bén vững và có năng lượng thơm hóa khá lớn ( benzen 36 kcal/mol; naphtalen 61 kcal/mol. Vì vậy, đối với một hợp chất thom, phản ứng thế dé xảy ra hơn phản ứng cộng. vì phan ứng cộng phá vỡ hệ thơm.

* Các phản ứng thế ở nhân thơm có thé là : thế electrophin SpAr, thế nucleophin SyAr hoặc thế gốc SuAr. * Do vòng thơm có mật độ electron cao, dé tương tác với tác nhân electrophin nên phản ứng thế đặc trưng và phổ biến hơn cả ở các hợp chất thơm là thế electrophin .2 Cơ chế chung : s Xét vé mặt lý thuyết, phản ứng giữa chất thơm ArH và tác nhân electrophin E”tạo sản phẩm ArE và H” có thể xảy ra theo 3 cơ chế : © Cơ chếI : cơ chế | giai đoạn tương tự cơ chế Sy2: E'+ Ar-H —[E*.HTM |B - Ar+ H* trạng thái chuyển tiếp o Cơchế 2 : Cơ chế 2 giai đoạn đơn phân tử, tương tư cơ chế SyI: Ar-H—'HT ;Ar—E—›Ar -E châm cacbanion o_ Cơ chế 3: Cơ chế 2 giai đoạn lưỡng phân tử ( cơ chế phức o ): ArH+E* châm„ @ Z7—-_., Ar-E bE Các kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng hầu hết các phản __ ng thếelectrophin ở nhân thơm đều xảy ra theo “cơ chế phức Ø ", SVTH : Lẻ Huỳnh Đhước Hiệp Lrang- 4- KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: The lê Văn Ding L13 Tìm hiểu “cơ chế phúc Ö =>: 1.1 Nguyên tắc : * Phan ứng đòi hỏi xúc tác thường là uxit proton mạnh như H;SO; hay axit Lewis dang halogenua kim loại như: AlCÌ:. * 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”. o_ Tác nhân electrophin ( cation E, hay đầu mang điện tích đương của liên kết phân cực mạnh ) vào hệ thống electron « thơm kết quả là tạo phức ø không thơm.

© Proton bị thế tách ra và tạo hợp chất thơm có mat của nhóm mới tấn công vào Ê tấn công của tác nhân tái tạo ———-¬--—-———-——————®> —_———t> + bá l electrophin H hợp chất thơm E H (1) L (2) lon benzoni 1.2 Hai giai đoạn của phan ting : * Ngoại trừ phan ứng sunfo hóa, các phản ứng theo cơ chế này thông thường qua 2 giai đoạn : © Giai đoạn 1 : thường xảy ra chậm và tạo phức ø trung gian _` E O: E° = Gyr -#~ (x) cha phức x phức ø Phức ơ được an định bởi cộng hưởng nhưng kém bền hơn aren đầu vì đã mất tính thơm. KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP CVID : Ths Lê Văn Ding HE AE H £ HQ 6; O O ww) phức Ø phứcg o_ Giai đoạn 2: phức Ở loại nhanh một proton HỶ tạo sản phẩm HE nhanh š ——— + H * Thực tế. hợp chất thơm và tiểu phân electrophin có khả nang tao phức yếu hơn phức o. Phức yếu này gọi là phức a.

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 x rất nhanh. không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cũng như bản chất của chất tạo thành. GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CUA QUÁ TRÌNH THẾ SpAr thể nang ® Ta sẽ tìm hiểu phức x, và phức x; ở phan ((f) : sự phân lập phức a).

s Trong phản ứng S¿Ar, giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng là giai đoạn |, 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 SpAr sẽ tăng và ngược lại nhóm rút electron làm tốc độ phản ứng giảm. SVTH: Lê Huỳnh Phước Hiệp ˆ KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths Lê Văn Dang 1.3 Xác nhận sự hình thành F° : ° 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 phản ứng nitro hóa đã được chứng minh bằng phương pháp nghiệm lạnh, bing phổ Raman, bằng động học và bằng cả cách tách riêng muối nitroni.4 Sự hình thành phúc ©: ® Phife o là sản phẩm trung gian không bến 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 An © ®- Ta có thể mô tả cấu tạo của phức øbằng công thức sau : EH * Sự tạo thành phức o từ benzen cần tiêu hao năng lượng vì hệ thơm bị phá vỡ tạo ra một hệ liên hợp không thơm.

® Theo tính toán của cơ lượng tử thì : o Năng lượng liên hợp của phức o là 26 kcal/mol , o Năng lượng liên hợp của nhân benzen là 36 kcal/mol. o Suy ra: Phản ứng thế cần năng lượng khoảng 10 kcal/mol. * Khi tạo thành phức ơ, phức đó có thể bển vững theo hai hương khác nhau © Cộng anion Y' để tạo thành hệ thống xiclohexađien (I) có nang lượng liên hợp khoảng 35 kcal/mol. 8VTH: Lê Huỳnh Phước Hiệp.

eng T- KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: The Lê Van Ding © Tach proton để tao hệ liên hợp thơm (II) có năng lượng liên hợp khoảng 36 kcal/mol. O TO 7 _ TẾ La (H) 1.5 Xác nhận sự hình thành phức © 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 ). o Néuca hai quá trình đó xảy ra ( cơ chế | giai đoạn ) thì phải có hiệu ứng đồng vi 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. o 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 vi.

s Thực nghiệm cho thấy, các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm không cho hiệu ứng đồng vị. VD : Nitro hóa C,HsNO; và C¿D.NO; không thấy có sự khác nhau về tốc độ phản ứng Nhu vậy: các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm xảy ra theo cơ chế: hai giai đoạn lưỡng phân từ hay "cơchế phức ø " hay “cơ chế Sg2Ar.6 Sự phân lập phúc © trung gian : ® Người ta đã phân lap 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 BF, làm xúc tác người ta thu được phức (1).

Phức (1) là một chất rắn, nóng chảy ở - 15C, khi đun nó chuyển ngay thành sản phẩm (I1) SVTH: Lê Huỳnh Dhước Hiệp trang: 8- KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP CVHD: The lê Văn Dang CạH‹ H = cu C;H, ` GHSE.BF, - (e) CH| PB: @ HạC CH, 1 -RU%C +H F + BF, CH; CH, CH, () (It) “Trên đây ta chi mới dé cập đến sự hình thành phức o. Thực ra trong phản ứng thế electrophin ở nhân thơm còn có hình thành phức œ trước và sau khi tạo thành phức ơ. HE E O---Gr_ © phức phứcơ -G-«-Ow phức ; * Trong nhiều trường hop, để đơn giản hóa vấn để người ta có thể bỏ qua không trình bày các bước tạo thành phức nhất là phức %2. 4 (uh tine lÒi " ng the ckctropim cưa nhận thom S,ZAr ; * Do độ hoạt động của các tác nhân khác nhau, mỗi phản ứng trên chỉ xảy ra trong phạm vi nhất định tùy theo khả năng phản ứng của hợp chất thơm.

VD: PO PhNH; PhNH; PhOH PhOR PhMcy PhMe PhH PhCL PhNO, nitrô hóa: halogen hóa ; sunfô hóa ankyl hóa; axyl hóa Gattecman-Koch | Gattermann , : Vilsmcier _ azô phép ‘ OO SVTH ; Le Huynh Phước Hiệp trang: 9- Khóa LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD : Ths Lê Văn Dang | Tác nhân phản ứng Tên phan x cần đùng KNO + oléum > HNO, + H;SO, > NHD hóa HNO, > HNO, + AcOH | Br” hoặc Br; + AgClO, > Br” -BrẺ Br. + xt > Br: + | Halogen = Ar-X(C|, | H;O > hóa Br.) có xúc tác Br›/đioxan,xt FeBr: > ZnBr: > SbBr; Sunfo hóa | SO, hoặc SO,H" | Oleum > H;SO, > H;SO, + H;O > (Thuận GIANG SO,.dioxan > seen? | | | SOy.pirydin TR hoặc RỲ -X* Anken (ancol)/H;SO, ’ Ankyl hóa có xúc tác Rhal mọụ (Friedel- | Ar-R RP > RCI > RBr Crafts) TM. ¬ " ¬ — | ZnCl - R-C*= RCOX Axyl hóa kê»: +xt(AICI,,BF;,Sn (Friedel- Ár - CO - R CL); RCOCI > Crafts) (RCO):O > RCN | 3 | Formy! hóa | HỆ—o = ng (Gatteeman- Ar- CHO Cl |( " HCM. có Xúc tác | 6VTH: Lê Huynh Phước Hiệp KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP CVHD : Tha Lê Văn Ding Formyl hóa | OF PP ' .; HCN + HCI + | HC NH (Gattermann )' Ar- ¬ CHO 1 Cl xt ZnCI2 ( AI CI, Cc | | F | có xúc tác Formyl hóa HCONR: +POCI, ( Vilsmeier) ArN =E N* ArNHa: +HONO +HX BANG PHAN LOẠI CÁC PHAN UNG THẾ ELECTROPHIN 1.2 ANH HUGNG CUA NHOM THE TRONG VONG THOM DEN KHA NANG PHAN UNG THE ELECTROPHIN : 1.1 Qui luật thế với trường hợp nhân thơm có 1 nhóm thế Z : ® Nhóm thế Z có sắn sẽ ảnh hưởng đến khả năng Sp2Ar, tức là sự thế tiếp theo một nhóm E vào nhân thơm.

có 2 khía cạnh cần quan tâm là : © Tốc độ phản ứng tương đối so với chất chuẩn là benzen. o Tỷ lệ phân trăm giữa các sản phẩm đồng phân ortho, meta, para tức là sự định hướng sản phẩm thế. * Phản ứng thế S;2Ar với đặc điểm là giai đoạn 1 của cơ chế là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng. có sự chuyển dich electron x của nhân benzen do tác nhân E* thiếu electron và tạo phức o trung gian.

Do đó phản ứng ưu đãi nếu có sự gia tăng mật độ electron ở nhân benzen và ngược lại .