MỞ ĐẦU SVTH : Trịnh Hoang Quân Trang 4 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th§ Hè Xuân Đậu I. Lý do chọn đề tài > Hoá hoc là một ngành khoa học thực nghiệm có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt 1a chuyên ngành hoá học hừu cơ nghiên cứu về hợp chat dị vòng. Với giá trị thực tiễn đó mà hoá học hữu cơ thực sự lôi cuốn em. Học tập, nghiên cứu va tìm hiểu về hoá hữu cơ là điều em rất thích thú, chính vì vậy đẻ được tìm hiểu sâu về hoá hữu cơ, đặc biệt là dé hoàn thiện kỹ năng thực hành thi nghiệm em đã chọn đề tài thuộc bộ môn hoá hữu cơ.
> Benzothiazole là một trong những hợp chat dị vòng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sông. Dẫn xuất Benzothiazole đã được nghiên cứu rat lâu kẻ tử cuối thể kỷ I9 ngay sau khi phát hiện ra những tính chất quan trọng của nó. Benzothiazole và các dẫn xuất của nó có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như : cao su, công nghiệp ảnh màu, trong phức chat, trong nông nghiệp, trong y học. > Chính vì vậy, em đã chọn đề tai; “Tông hợp một số dẫn xuất của 2- Benzothiazolinone” với mong muốn tim hiểu sâu hơn về hợp chất benzothiazole và dẫn xuất của nó.
Nhiệm vụ của đề tài Trong để tải này, hướng đi của em bắt đầu từ việc tỉnh chế 2- Mercaptobenzothiazole (2-MBT) kỹ thuật, sau đó, em tiến hành oxy hoá nó dé tông hợp 2-Hydroxybenzothiazole. Từ 2-Hydroxybenzothiazole, chia làm 2 hướng : >» Hướng | : Tông hợp 3-Hydroxymethy!-2-benzothiazolinone. > Hướng 2 : Tổng hợp ethyl 2-(2-oxobenzothiazol-3-yl)acetate ; 2-(2- oxobenzothiazol-3-yl)acetohydrazide ; N'-ethylidene-2-(2- oxobenzothiazol-3- yÌ)acetohydrazide. Các sản phẩm sau khi làm tinh khiết được chụp phô IR để xác định sự có mặt của các nhóm chức đặc trưng trong các chất tông hợp.
Thảo luận về các kết qua thu được dựa trên nhiệt độ nóng chảy, phô hồng ngoại. - ¬ - SVTH: Trịnh Hoang Quân Trang 5 Khoá luận tốt nghiệp GVHD : Th§ Hỗ Xuân Đậu HI. Phương pháp nghiên cứu > Tra cứu tải liệu. > Tién hành tổng hợp.
> Chụp phổ hồ ng ngoạ i, đ o nh iệ t đ ộ n ó n g ch ảy. — Trang 6 SVTH: Trịnh Hoàng Quan Khoá luận tốt nghiệp GVHD : Th§ Hỗ Xuân Đậu PHAN II TONG QUAN SVTH : Trịnh Hoang Quân [rang 7 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th§ Hè Xuân Đậu I. Cấu tạo Benzothiazole là hợp chất dị vòng có 2 dị tố S và N, cau tạo gồm 2 vòng : vòng benzen và vòng thiazole có chung 2 nguyên tử C. S N ồ Phân tử benzothiazole có cấu tạo phẳng và trong vòng chứa hệ thống 10 electron 1 do mỗi nguyên tử C và di tố N đóng góp | electron TI, còn dị tổ S dong góp 2 electron TT, tat cả tham gia liên hợp với nhau tạo nên tinh thơm của benzenthiazole [5].
Ly tinh - Benzothiazole 1a chat lỏng sén sệt, không mau. ~ Nhiệt độ nóng chảy 2°C, nhiệt độ sôi là 227 — 228°C ~ Khối lượng riêng là 1,238 g/ml ( 25°C). - Tan trong rượu, CS; , acetone, it tan trong nước. Hóa tính Tính chất hóa học đặc trưng của benzothiazole là phản ứng thể electrophin.
Thực nghiệm cho thấy trong phản ứng thé electrophin vào vòng benzothiazole sẽ xảy ra trước hết ở vị trí 6, ngay trong trường hợp 2- phenylbenzothiazole phản img thé cũng xảy ra ở vị trí này mà không xảy ra trên gốc phenyl mới thé vao [14]. 7 | Wee ; §“ N os`e 4 Ngoài ra, bsiểriiiGonke không bên với tác nhân oxy hóa mạnh va trong môi trường bazơ mạnh. Sự pha vỡ vòng được tang cường khi ở vòng benzene có nhóm hút electron [14]. SVTH : Trịnh Hoang Quân Trang 8 Khoá luận tốt nghiệp GVHD : ThS Hồ Xuân Dau O2N S cH;o°® O¿N H O;N g ee 9 OCH; OeN=CHOCH, 4.
Benzothiazole được tổng hợp từ o-aminothiophenol và acid formic SH O Ss NH;ạ HO N b. Tổng hợp các dẫn xuất của benzothiazole - Từ o-aminothiophenol khi cho tác dụng với chlorua acid, anhydride acid, aldehyde, ure, malononitrin (CH;(CN)›] SH oO, (x + Nora, — oep—R NH, cứ NH B0 SH aN Cm NH, TỐ, ~~ im oo SH ? HạN 0. ` -2NH Ss ì H SH Š Cr + CH(CN), Ea, )—cH;—cN NH> N SVTH : Trinh Hoang Quân Trang 9 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: ThS Hồ Xuân Dau ~ Phương pháp Jakobson [2] tr Mr Š g l Nao * N Cc" — Cr” = Cr SCOR SCOR S NO; NH, N SCOR 150°C Š) R -RCOOH N NHCOR - 2-chlorobenzothiazole được tông hợp từ phenyl isothiocyanat dưới xúc tac PCI; (J PCI, CL,+ Il. Cau tạo Công thức phân tử : C;H¿NS; ( M = 167,25 g/mol ) Trong dung dịch, 2-MBT tổn tại dưới dạng 2 đồng phân tautomer ( chủ yếu dưới dạng thion) vì có sự tạo thành liên kết hidro liên phân tử [Š].
C—O ore= Liên kết Hidro liên phân tử SVTH : Trinh Hoang Quân Trang 10 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: ThS Hồ Xuân Đậu 2. - 2-MBT kỳ thuật có dạng bột mịn, màu vảng, có vị đẳng, mùi đặc trưng [5]. - Nhiệt độ nóng chảy của 2-MBT ky thuật là 171 — 174°C [5]. - Ở dạng tinh khiết, 2 - MBT là những tinh thể hình kim màu trắng, nhiệt độ nóng chảy khoảng 181 — 183°C [5].
- 2-MBT tan rat ít trong nước, tan nhiều trong một số dung môi hừu cơ như : acetone, ethanol, benzene, chlorofom, acid acetic bang [5]. ~ 2-MBT là chất được sử dụng sớm nhất dé làm tăng tốc độ quá trình lưu hóa cao su [4] 3, Hóa tính a. 2-MBT có tính chất của | mercaptan nói chung( R - SH ) [31] - Là acid yếu, tan tốt trong dung dịch kiềm. - Có khả năng tạo muối với những kim loại như : Mg, Zn, Pb, Ag, Hg.
Nhiều muối này được sử dụng trong công nghiệp cao su. - Bi oxi hóa bởi các tác nhân oxi hóa nhẹ như : lạ, H;ạO; , NaClO, K;Cr;O; dé tạo hợp chất disulfide. 2-MBT cho nhiều phản ứng đặc trưng ở vị trí số 2 [14] - 2-MBT trong môi trường KOH bị HO; oxi hóa ở 50°C thành muối Kali benzothiazole-2-sunfonat, thủy phân muối này trong môi trường axit sẽ thu được dẫn xuất 2-hidroxybenzothiazole (2-HBT) với hiệu suất 98%. CxO OL S - 2-MBT bi oxi hóa bởi oxi phân tử với xúc tac FeCl, ở nhiệt độ 50 — 150°C, áp suất 0,3 — 0,7 MPa tạo thành 2-HBT với hiệu suất 85%.
SVTH: Trịnh Hoang Quân Trang 11 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: ThS Hồ Xuân Đậu Os C= Ss - 2-MBT tác dụng với axit hữu co và photgen (COCI) ( trong dung môi hữu cơ) với xúc tác kiểm tạo thành các ester. Vai trò của photgen trong phan ứng là chuyên axit thành clorua axit oe + RCOCI ~~ TT,È—scoR - 2-MBT tham gia phản ứng Mannich với diethylamine, uré , thiuré. ớ các điều kiện khác nhau. Ví dụ : với diethylamine thì ở nhiệt độ phòng có thêm HCI đặc xúc tác.
Còn với urê và thiurê thi đun hồi lưu ở 80°C, xúc tác CuCl. O Cr )—su + (CyHs)NH + HCHO ——— > eđi k + HyO Ss N cit, ‘ott, ~ Phan ứng alkyl hoá với dimethyl sulfat ( xúc tác kiểm) hay alkyl halogenua ( xúc tác FeX) - Tác dụng với halogen trong benzene hay cacbon tetraclorua [5] Cl. p—s—cl + HCI s N SVTH : Trinh Hoang Quân Trang 12 Khoá luận tốt nghiệp GVHD : Th§ Hè Xuân Đậu ~ Tác dụng với HCHO ( phan ứng formyl hoá), sản phâm tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng. eo 1% Cx = eas moe CO) 00a ne) 4.
Tông hợp 2-MBT lần đầu tiên được A.Hofmann tông hợp vào năm 1887, cũng từ đó các phương pháp tổng hợp 2-MBT ngày càng phát triển. Có thé ra kể đây một số phương pháp tông hợp 2-MBT : a. Tổng hợp 2-MBT từ aniline, CS; và S [1] = 300°C Cr S 90 - 100atm - Phương pháp này bị han chế bởi điều kiện phản ứng : nhiệt độ va áp suất cao. - Phản ứng thu được hiệu suất cao 76% với tỷ lệ mol các chất như sau : Aniline : CS; : S = I : 1,4: 1,02 b.
Tổng hợp 2-MBT bang cách đun nóng S với benzothiazole [1] S S (x » +g 200-260°C pst N Ti lệ mol : benzothiazole : S = 1: 0,9 — 1:1,3 Thời gian : 0,5—+3 giờ Hiệu suất : 89,3 —› 92 3% SVTH : Trịnh Hoàng Quân Trang 13 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th§ Hỗ Xuân Dau c. Tông hợp 2-MBT từ 2-chlorobenzothiazole và NaHS hay thiourê [1] Cx p—cl + NaHS ———> (x >—sH + NaCl S S N N d. Tổng hợp 2-MBT từ CS; va 2,2'-disulfanediyldianiline [1] NH; HạN § N e. Tổng hợp 2-MBT từ I-halogeno-2-nitrobenzen với hỗn hợp CS; va NaHS hay CS; và Na;S [5] xX S NO; N III, 2-HYDROXYBENZOTHIAZOLE (2-BENZOTHIAZOLINONE) 1.
Cấu tạo 2-Hydorybenzothizole có thé tồn tại ở 2 dang tautomer [24] OO Ketone Enol Momen lưỡng cực tinh được đối với 2-hydroxybenzothizole là 2,4D va với 2-benzothiazolinone là 3,8D, bằng thực nghiệm đã nhận được là 3,66D; điều đó khang định rằng trong các phản ứng nó tham gia ở dạng ketone. Kết quả nhận được này phù hợp với các qua trình xảy ra trong các phản ứng alkyl hóa, acyl hóa, hay hydroxymethyl hóa va sản phẩm thu được đều là dẫn xuất thé ở vị trí 3 của 2-benzothiazolinone [4]. SVTH: Trịnh Hoàng Quân Trang l4 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Th§ Hỗ Xuân Đậu 2. Lý tính - 2-benzothiazolinone là những tinh thé hình kim, màu trang, có nhiệt độ nóng chảy 139 — 141°C, nhiệt độ sôi là 360°C.
- 2-benzothiazolinone tan ít trong nước, tan nhiều trong ethanol. Hóa tính - 2-benzothiazolinone phản ứng với HCHO tạo thành 3- hydroxymethyl-2-benzothiazolinone [4] oe=o + HCHO ——+ = h Phan ứng a xay ra dé dang va cho hiéu suat cao. CH,OH ~ Phan ứng alkyl hóa : 2-hydroxybenzothiazole tồn tại ở dang ketone, khi alkyl hóa thi H linh động sẽ bị thay thé bằng R [4] Orpen H k Vi dụ : Tổng hợp dẫn xuất ethyl 2-(2-oxobenzothiazol-3-yl)acetate trong môi trường ethanol Coo0 + C I C H { C O O G H ; — — X N — + H CI | th CH,COOC>Hs - Phan ứng thé §y2Ar ; xảy ra ở vị trí 6 vòng benzen SVTH : Trịnh Hoàng Quân Trang 15 Khoá luận tốt nghiệp GVHD: ThS Hồ Xuân Đậu 4. Tổng hợp - Oxi hóa 2-MBT với oxy phân tử ở nhiệt độ 50 — 150°C, áp suất 0,3 - 0,7 MPa có mặt kim loại chuyển tiếp làm xúc tác tạo ra 2-hydroxybenzothiazole ( nêu dùng FeCl, làm xúc tác, hiệu suất đạt 85% ).
~ Phản ứng giữa o-aminophenol với photgen ( COC];) hay thiophotgen (CSC|;) Cr + COCh———> (Cr )—0H + 2HCI SH S NH; N - V.