Khóa luận tốt nghiệp hóa học tổng hợp 2 2 phenylhyđrazono metyl pyriđin và 22 2 4 đinitrophenyl hiđrazono mety pyriđin từ 2 focmylpyriđin

Khóa luận trình bày quy trình tổng hợp 2,2-phenylhydrazono methyl pyridin và 2,2,4-dinitrophenyl hydrazono methyl pyridin từ 2-formylpyridin.

• Đề tài: Tổng Hợp Hợp Chất Pyridin Mới Từ 2-Fomylpyridin

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: PYRIDIN
• 1.1. Vài nét về cấu tạo và khả năng phản ứng của pyridin
• 1.2. Tính chất hóa học
• 1.2.1. Tính bazơ
• 1.2.2. Phản ứng thế electrophin
• 1.2.3. Phản ứng thế nucleophin
• 1.2.4. Phản ứng thế halogen hay nhóm nitro trong vòng pyridin
• 1.2.5. Phản ứng oxi hóa và khử
• 1.2.5.1. Phản ứng oxi hóa
• 1.2.5.2. Phản ứng khử
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHẢN ỨNG GIỮA HỢP CHẤT CHỨA NITƠ VÀ HỢP CHẤT CHỨA NHÓM CACBONYL
• 3. CHƯƠNG 3: QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI
• 3.1. Quang phổ điện từ
• 3.2. Định luật hấp thụ ánh sáng
• 3.3. Sự dao động và quang phổ hồng ngoại của phân tử
• 3.3.1. Dao động của phân tử hai nguyên tử
• 3.3.2. Dao động của phân tử nhiều nguyên tử

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng hợp hợp chất Pyridin từ 2 Fomylpyridin

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan chi tiết về quy trình tổng hợp hữu cơ các dẫn xuất pyridin mới, bắt đầu từ nguyên liệu quan trọng là 2-Fomylpyridin (còn được gọi là 2-pyridinecarboxaldehyde). Các hợp chất dị vòng chứa nitơ, đặc biệt là pyridin, chiếm một vị trí trung tâm trong hóa học hiện đại do sự hiện diện rộng rãi của chúng trong các hợp chất tự nhiên và các phân tử có hoạt tính sinh học cao. Chúng là khung sườn cấu trúc của nhiều loại dược phẩm, vitamin và ancaloit. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả để tạo ra các dẫn xuất pyridin mới không chỉ là một thách thức học thuật mà còn mở ra những con đường mới cho việc khám phá thuốc và phát triển vật liệu hữu cơ tiên tiến. Trọng tâm của nghiên cứu này là sử dụng 2-Fomylpyridin làm khối xây dựng chính, tận dụng khả năng phản ứng của nhóm aldehyde để tạo ra các liên kết imin (C=N) thông qua phản ứng ngưng tụ. Phương pháp này cho phép gắn các nhóm chức đa dạng vào vòng pyridin, từ đó điều chỉnh các đặc tính hóa lý và sinh học của sản phẩm cuối cùng. Quá trình tổng hợp, đặc tính hóa và khám phá tiềm năng ứng dụng của các hợp chất này sẽ được trình bày một cách hệ thống, cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực hóa dược và tổng hợp hữu cơ.

1.1. Vai trò của dẫn xuất pyridin trong hóa học và dược phẩm

Các dẫn xuất pyridin là một lớp hợp chất dị vòng có ý nghĩa lớn cả về mặt học thuật lẫn thực tiễn. Cấu trúc vòng pyridin, tương tự benzen nhưng có một nguyên tử nitơ thay thế một nhóm C-H, mang lại cho chúng những đặc tính điện tử và hóa học độc đáo. Nguyên tử nitơ có tính hút electron và cặp electron tự do, làm cho vòng pyridin vừa có khả năng tham gia phản ứng thế electrophin (khó khăn hơn benzen) vừa dễ dàng tham gia phản ứng thế nucleophin. Đặc tính này làm cho pyridin trở thành một cấu trúc nền (scaffold) linh hoạt trong tổng hợp hữu cơ. Trong lĩnh vực dược phẩm, vòng pyridin là thành phần cốt lõi của nhiều loại thuốc quan trọng như Isoniazid (điều trị lao), Nicorandil (điều trị đau thắt ngực), và Pioglitazone (điều trị tiểu đường). Sự hiện diện của nitơ trong vòng không chỉ ảnh hưởng đến khả năng liên kết với các thụ thể sinh học mà còn cải thiện các đặc tính dược động học như độ hòa tan và tính ổn định chuyển hóa. Do đó, việc nghiên cứu và tổng hợp hợp chất pyridin mới luôn là một hướng đi hấp dẫn.

1.2. Giới thiệu 2 Fomylpyridin Nguyên liệu khởi đầu chính

2-Fomylpyridin, hay 2-pyridinecarboxaldehyde, là một hợp chất hữu cơ đóng vai trò là nguyên liệu then chốt trong nhiều quy trình tổng hợp. Phân tử này bao gồm một vòng pyridin được gắn một nhóm formyl (-CHO) ở vị trí số 2. Nhóm formyl này có hoạt tính hóa học cao, là một nhóm carbonyl có khả năng tham gia vào nhiều loại phản ứng, nổi bật nhất là phản ứng ngưng tụ với các hợp chất chứa nhóm amino (-NH2) hoặc hydrazin (-NHNH2). Phản ứng này là cơ sở để tạo thành các liên kết imin (C=N), hay còn gọi là các Schiff base, một lớp hợp chất trung gian quan trọng để tổng hợp các phân tử phức tạp hơn hoặc các phức chất kim loại. Tính linh hoạt của 2-Fomylpyridin làm cho nó trở thành một công cụ không thể thiếu để tạo ra các thư viện dẫn xuất pyridin đa dạng, phục vụ cho việc sàng lọc và tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học tiềm năng.

II. Phương pháp tổng hợp Pyridin mới qua phản ứng ngưng tụ

Phương pháp chính được sử dụng để tổng hợp hợp chất pyridin mới từ 2-Fomylpyridin là phản ứng ngưng tụ giữa nhóm aldehyde của 2-Fomylpyridin và nhóm amin hoặc hydrazin của một phân tử khác. Đây là một phản ứng kinh điển trong tổng hợp hữu cơ, cho phép hình thành liên kết đôi carbon-nitơ (C=N), tạo ra các hợp chất được gọi chung là Schiff base hoặc hydrazon. Phản ứng này thường diễn ra với hiệu suất phản ứng cao và trong điều kiện ôn hòa, chỉ cần khuấy trộn các chất phản ứng trong một dung môi thích hợp như ethanol ở nhiệt độ phòng hoặc đun nóng nhẹ. Cơ chế phản ứng diễn ra qua hai bước chính: sự tấn công nucleophin của nguyên tử nitơ vào carbon của nhóm carbonyl, tạo ra một hợp chất trung gian carbinolamine, sau đó là quá trình tách nước để hình thành liên kết imin bền vững. Việc lựa chọn các dẫn xuất hydrazin khác nhau, chẳng hạn như phenylhydrazin hoặc 2,4-dinitrophenylhydrazin, cho phép tạo ra các sản phẩm có cấu trúc và đặc tính khác biệt. Quá trình tinh chế sản phẩm thường được thực hiện bằng cách kết tinh lại từ dung môi để thu được hợp chất có độ tinh khiết cao, sẵn sàng cho các bước phân tích cấu trúc và khảo sát hoạt tính tiếp theo. Phương pháp này đơn giản, hiệu quả và có khả năng mở rộng, là lựa chọn tối ưu cho việc điều chế các thư viện hợp chất pyridin.

2.1. Phân tích cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo Schiff base

Cơ chế phản ứng ngưng tụ để tạo Schiff base từ 2-Fomylpyridin và một amin (hoặc hydrazin) là một quá trình tấn công nucleophin cổ điển. Đầu tiên, cặp electron tự do trên nguyên tử nitơ của amin hoạt động như một tác nhân nucleophin, tấn công vào nguyên tử carbon mang điện tích dương một phần của nhóm carbonyl trong 2-Fomylpyridin. Giai đoạn này tạo ra một chất trung gian tứ diện không bền, gọi là carbinolamine (hay hemiaminal). Trong môi trường phản ứng, thường có sự hiện diện của một lượng nhỏ axit hoặc bazơ làm xúc tác hóa học, carbinolamine này sẽ được proton hóa ở nhóm hydroxyl, biến nó thành một nhóm rời đi tốt (H2O). Tiếp theo, quá trình tách một phân tử nước diễn ra đồng thời với việc hình thành một liên kết đôi giữa carbon và nitơ. Sản phẩm cuối cùng là một hợp chất imin ổn định, hay còn gọi là Schiff base. Toàn bộ quá trình là một phản ứng cân bằng, và việc loại bỏ nước khỏi hỗn hợp phản ứng sẽ giúp chuyển dịch cân bằng về phía tạo sản phẩm, làm tăng hiệu suất phản ứng.

2.2. Quy trình thực nghiệm tổng hợp hữu cơ trong phòng thí nghiệm

Quy trình thực nghiệm để tổng hợp hợp chất pyridin mới được tiến hành trong phòng thí nghiệm với các bước cụ thể. Dựa trên tài liệu nghiên cứu, quá trình tổng hợp 2-[(2-phenylhydrazono)metyl]pyridin được thực hiện bằng cách cho 0.01 mol 2-Fomylpyridin (1,07g) phản ứng với 0.01 mol phenylhydrazin (1,08g). Các chất phản ứng được hòa tan và khuấy trộn trong dung môi ethanol 96%. Phản ứng tạo ra chất rắn màu vàng, chính là sản phẩm mong muốn. Sau đó, sản phẩm thô được tinh chế sản phẩm bằng cách rửa với ethanol 96% để loại bỏ tạp chất và các chất đầu chưa phản ứng hết. Sản phẩm tinh khiết được lọc hút chân không và sấy khô. Hiệu suất phản ứng được tính toán dựa trên lượng sản phẩm thu được so với lượng lý thuyết. Tương tự, hợp chất 2-{[2-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin được tổng hợp bằng cách cho 2-Fomylpyridin phản ứng với 2,4-dinitrophenylhydrazin, tạo ra chất rắn màu cam đặc trưng.

III. Cách xác định cấu trúc hợp chất Pyridin tổng hợp được

Sau khi tổng hợp hợp chất pyridin mới và hoàn tất quá trình tinh chế sản phẩm, bước tiếp theo và cực kỳ quan trọng là xác định cấu trúc phân tử để khẳng định rằng sản phẩm thu được chính là hợp chất mong muốn. Việc xác định cấu trúc được thực hiện thông qua sự kết hợp của nhiều phương pháp phân tích phổ hiện đại. Mỗi phương pháp cung cấp một mảnh ghép thông tin về cấu trúc, và khi tổng hợp lại, chúng cho ta một bức tranh hoàn chỉnh và chính xác. Phổ hồng ngoại (IR) là công cụ đầu tiên được sử dụng để xác nhận sự hình thành của các nhóm chức quan trọng, đặc biệt là sự biến mất của dao động nhóm C=O (aldehyde) và sự xuất hiện của dao động nhóm C=N (imin) mới. Tiếp theo, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ NMR), bao gồm cả phổ ¹H-NMR và ¹³C-NMR, cung cấp thông tin chi tiết về số lượng, vị trí và mối tương quan không gian của các nguyên tử hydro và carbon trong phân tử. Dữ liệu từ phổ NMR là bằng chứng không thể chối cãi về bộ khung carbon và sự sắp xếp của các proton. Ngoài ra, phổ khối lượng (MS) cũng có thể được sử dụng để xác định chính xác khối lượng phân tử của hợp chất, từ đó suy ra công thức phân tử của nó. Sự kết hợp chặt chẽ các dữ liệu này đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả nghiên cứu.

3.1. Phân tích phổ hồng ngoại IR để nhận diện nhóm chức

Phổ hồng ngoại (IR) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ để xác định các nhóm chức có trong một phân tử dựa trên sự dao động của các liên kết hóa học. Trong nghiên cứu này, phổ IR đóng vai trò then chốt trong việc xác nhận sự thành công của phản ứng ngưng tụ. Tín hiệu đặc trưng nhất cần quan sát là sự biến mất của dải hấp thụ mạnh của nhóm C=O trong chất đầu 2-Fomylpyridin (thường ở vùng 1700-1720 cm⁻¹). Đồng thời, sự xuất hiện một dải hấp thụ mới trong vùng 1600-1660 cm⁻¹ là minh chứng cho sự hình thành của liên kết đôi C=N trong sản phẩm Schiff base. Ngoài ra, các tín hiệu khác như dao động hóa trị của liên kết C-H của vòng thơm (trên 3000 cm⁻¹) và C=C/C=N của vòng pyridin (vùng 1400-1600 cm⁻¹) cũng được phân tích để xác nhận bộ khung cấu trúc. Đối với sản phẩm chứa nhóm nitro (NO₂), các dải hấp thụ mạnh đặc trưng ở vùng 1500-1550 cm⁻¹ và 1300-1360 cm⁻¹ sẽ xuất hiện, cung cấp thêm bằng chứng về cấu trúc.

3.2. Giải mã cấu trúc phân tử bằng phổ cộng hưởng từ NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ NMR) cung cấp thông tin chi tiết và chính xác nhất về cấu trúc của một hợp chất hữu cơ. Trên phổ NMR proton (¹H-NMR), mỗi tín hiệu (pic) tương ứng với một loại proton khác nhau trong phân tử. Độ dịch chuyển hóa học (ppm) cho biết môi trường điện tử xung quanh proton, trong khi diện tích tích phân của pic cho biết tỉ lệ số lượng các proton. Cấu trúc vạch (tách vạch) của pic (singlet, doublet, triplet...) cho thông tin về các proton lân cận. Trong các sản phẩm tổng hợp được, tín hiệu của proton trên liên kết C=N-H (khoảng 8-8.5 ppm) và proton N-H (trường rất yếu, có thể trên 10 ppm) là các tín hiệu chẩn đoán quan trọng. Các tín hiệu của các proton trên vòng pyridin và vòng phenyl cũng xuất hiện ở các vùng đặc trưng (thường từ 6.5-9.0 ppm), và sự tách vạch của chúng giúp xác định chính xác vị trí của từng proton. Dữ liệu từ phổ NMR là bằng chứng quyết định để khẳng định cấu trúc của dẫn xuất pyridin mới.

IV. Kết quả và tiềm năng ứng dụng của hợp chất Pyridin mới

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp hợp chất pyridin mới là 2-[(2-phenylhydrazono)metyl]pyridin (S1) và 2-{[2-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin (S2) từ 2-Fomylpyridin. Các sản phẩm thu được đều ở dạng chất rắn, có màu đặc trưng (vàng đối với S1, cam đối với S2) và đạt hiệu suất phản ứng khá tốt (lần lượt là 69,69% và 84,61%). Các hằng số vật lý như nhiệt độ nóng chảy và chỉ số Rƒ trên sắc ký lớp mỏng đã được xác định, cho thấy độ tinh khiết của sản phẩm. Quan trọng hơn, cấu trúc của cả hai hợp chất đã được khẳng định một cách chắc chắn thông qua các phương pháp phân tích phổ hiện đại như phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Các kết quả phân tích phổ hoàn toàn phù hợp với cấu trúc dự kiến. Sự thành công này không chỉ chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp phản ứng ngưng tụ mà còn mở ra những cơ hội ứng dụng to lớn. Các hợp chất loại Schiff base chứa vòng pyridin được biết đến với nhiều hoạt tính sinh học đa dạng, bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm và chống ung thư. Do đó, các hợp chất mới tổng hợp được này là những ứng viên đầy hứa hẹn cho các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực dược phẩm và hóa sinh.

4.1. Khảo sát hoạt tính sinh học và ứng dụng trong dược phẩm

Một trong những định hướng quan trọng nhất sau khi tổng hợp hợp chất pyridin mới là khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất Schiff base chứa dị vòng nitơ có khả năng tạo phức chất kim loại với các ion kim loại sinh học, hoặc tương tác với các enzyme và DNA trong tế bào. Điều này mang lại cho chúng tiềm năng ứng dụng to lớn trong ngành dược phẩm. Các hợp chất S1 và S2, với cấu trúc kết hợp giữa vòng pyridin và hệ hydrazon, có thể được sàng lọc để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn chống lại các chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm, hoạt tính kháng nấm, hoặc hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư. Kết quả từ các thử nghiệm này sẽ cung cấp những thông tin quý giá, định hướng cho việc tối ưu hóa cấu trúc phân tử để tăng cường hoạt tính và giảm độc tính, tiến gần hơn đến việc phát triển các tác nhân trị liệu mới.

4.2. Triển vọng tương lai trong lĩnh vực vật liệu hữu cơ

Ngoài tiềm năng trong dược phẩm, các dẫn xuất pyridin như S1 và S2 cũng có những ứng dụng tiềm tàng trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Hệ liên hợp π mở rộng trong các phân tử này có thể mang lại các đặc tính quang học và điện hóa thú vị. Chúng có thể được nghiên cứu như những chất phát huỳnh quang cho các ứng dụng trong cảm biến hóa học hoặc hình ảnh sinh học. Khả năng tạo phức chất kim loại của chúng cũng mở ra hướng nghiên cứu trong việc chế tạo các vật liệu xúc tác mới cho các quá trình tổng hợp hữu cơ hoặc các vật liệu từ tính phân tử. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tổng hợp một loạt các dẫn xuất tương tự với các nhóm thế khác nhau trên vòng phenyl để tinh chỉnh các đặc tính điện tử và quang học, từ đó tạo ra các vật liệu hữu cơ chức năng với các ứng dụng cụ thể.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hợp chất dị vòng là nhóm hợp chất hữu cơ có cấu trúc vòng kín, trong đó ngoài các nguyên tử cacbon còn có sự tham gia của một hoặc nhiều nguyên tử nguyên tố khác được gọi là dị tử. Các dị tử phổ biến và quan trọng nhất trong hóa học hữu cơ bao gồm nitơ, oxi và lưu huỳnh; ngoài ra còn có selen, telua, photpho, silic. Trong số các hệ dị vòng, dị vòng chứa nitơ – đặc biệt là nhân pyridin – chiếm vị trí trung tâm trong nghiên cứu hóa học học thuật và ứng dụng thực tiễn. Nhiều dẫn xuất của pyridin và các hợp chất chứa nhóm liên kết imin ($\text{-C=N-}$) thể hiện hoạt tính sinh học đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất dược phẩm (như lobelin, pirodoxim, promedon, tubazit) và sản xuất nông dược, thuốc trừ sâu (như nicotin).

Nhằm bước đầu tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ thực nghiệm và tìm kiếm các dẫn xuất dị vòng mới có tiềm năng dược chất, khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học của tác giả Lưu Minh Chánh, dưới sự hướng dẫn của Th.S Lê Văn Đăng tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (thực hiện vào tháng 5/2009), đã tập trung giải quyết đề tài: "Tổng hợp 2-[(2-phenylhydrazono)metyl]pyridin và 2-{[2-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin từ 2-focmylpyridin".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của khóa luận bao gồm:

1. Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết về cấu tạo, khả năng phản ứng của pyridin; các phản ứng ngưng tụ tạo liên kết imin/hydrazon; nguyên lý quang phổ hồng ngoại (IR); kỹ thuật sắc ký bản mỏng (TLC) và ứng dụng phần mềm hóa toán Gaussian 03W.
2. Tiến hành thực nghiệm tổng hợp hợp chất $2\text{-}[(2\text{-phenylhydrazono)metyl]pyridin}$ (kí hiệu là $\text{S1}$) từ phản ứng ngưng tụ giữa $2\text{-focmylpyridin}$ và phenylhydrazin.
3. Tiến hành thực nghiệm tổng hợp hợp chất $2\text{-}{[2\text{-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin}$ (kí hiệu là $\text{S2}$) từ phản ứng ngưng tụ giữa $2\text{-focmylpyridin}$ và $2,4\text{-dinitrophenylhydrazin}$.
4. Tinh chế, xác định các hằng số vật lý (nhiệt độ nóng chảy, hệ số lưu giữ sắc ký $R_f$) và phân tích cấu trúc hóa học của các sản phẩm tổng hợp bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR), quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$) kết hợp đối chiếu mô phỏng phổ từ phần mềm Gaussian 03W.

Đối tượng nghiên cứu là phản ứng ngưng tụ tạo hydrazon từ $2\text{-focmylpyridin}$ với hai tác nhân phenylhydrazin và $2,4\text{-dinitrophenylhydrazin}$. Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa Hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ, quang phổ học phân tử và phương pháp tách chiết, kiểm nghiệm phân tích cấu trúc hiện đại:

• Lý thuyết cấu tạo và khả năng phản ứng của nhân dị vòng Pyridin: Phân tích cấu trúc vòng phẳng 6 cạnh gồm 5 nguyên tử cacbon và 1 dị tử nitơ lai hóa $sp^2$, năng lượng ổn định vòng đạt $134{,}4\text{ kJ/mol}$ (tương đương benzen), độ dài liên kết $\text{C-C} = 1{,}394\text{ \AA}$, $\text{C-N} = 1{,}340\text{ \AA}$, momen lưỡng cực $\mu = 2{,}26\text{ D}$, tính bazơ yếu với $\text{p}K_a = 5{,}2$. Dị tử nitơ hút electron làm giảm mật độ electron $\pi$ trên nhân thơm, định hướng phản ứng thế ái điện tử ($S_E$) vào vị trí $\text{C}_3, \text{C}_5$ trong điều kiện khắc nghiệt và tạo thuận lợi cho phản ứng thế ái nhân ($S_N$) tại các vị trí $\text{C}_2, \text{C}_4, \text{C}_6$.
• Lý thuyết phản ứng ngưng tụ giữa amin/hydrazin và hợp chất carbonyl: Phản ứng cộng - tách nước nucleophin giữa nhóm carbonyl ($\text{-CHO}$) của $2\text{-focmylpyridin}$ và nhóm amino ($\text{-NH}_2$) của dẫn xuất hydrazin tạo thành liên kết imin/hydrazon ($\text{-CH=N-NH-Ar}$).
• Lý thuyết quang phổ hồng ngoại (IR) và Định luật Lambert – Beer: Dựa trên sự biến thiên năng lượng dao động và quay của phân tử ($\Delta E = h\nu$), thỏa mãn quy tắc chọn lọc biến thiên momen lưỡng cực ($\Delta\mu \neq 0$) và bước chuyển $\Delta v = \pm 1$. Biểu thức định luật hấp thụ ánh sáng: $$D = \varepsilon \cdot C \cdot l$$ Trong đó $D$ là mật độ quang, $\varepsilon$ là hệ số hấp thụ mol, $C$ là nồng độ mol/l và $l$ là bề dày lớp dung dịch ($\text{cm}$). Phân tích các dải dao động hóa trị ($\nu$) và dao động biến dạng ($\delta$) trong vùng nhóm chức ($4000 - 1500\text{ cm}^{-1}$) và vùng vân ngón tay ($< 1500\text{ cm}^{-1}$).
• Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC): Dựa trên sự phân bố khác nhau của các cấu tử giữa pha tĩnh (Silica gel G / Alumin G chứa $10 - 13%$ $\text{CaSO}_4\cdot 0{,}5\text{H}_2\text{O}$) và pha động (hệ dung môi hữu cơ). Giá trị sắc ký được xác định qua hệ số $R_f$: $$R_f = \frac{\text{Đoạn đường di chuyển của chất}}{\text{Đoạn đường di chuyển của dung môi}}$$
• Phương pháp hóa toán lượng tử Gaussian 03W: Sử dụng từ khóa Frequency trên phần mềm Gaussian 03W để mô phỏng cấu trúc không gian tối ưu và tính toán tần số dao động phổ hồng ngoại lý thuyết của các phân tử tổng hợp.
• Phương pháp quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$): Phân tích các dịch chuyển hóa học ($\delta$, ppm), độ bội tín hiệu (singlet, doublet, triplet, doublet-doublet) và hằng số tách ghép spin-spin ($J$, Hz) để xác định vị trí tương quan của các proton trong cấu trúc sản phẩm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Pyridin

Chương này tổng quan toàn diện về cấu tạo điện tử, hình học phân tử và tính chất hóa học của pyridin:

• Cấu tạo và hiệu ứng điện tử: So sánh momen lưỡng cực của pyridin ($2{,}26\text{ D}$) và piperidin ($1{,}16\text{ D}$), chứng minh sự đóng góp của các cấu trúc cộng hưởng phân cực có điện tích dương tại các vị trí 2, 4, 6.
• Tính bazơ và phản ứng tạo muối: Pyridin tạo muối kết tinh bền với các axit protonic (như pyridin bromua) và phản ứng thuận lợi với tác nhân electrophin tạo muối pyridini, phức chất với axit Lewis ($\text{BF}_3, \text{BCl}_3$) hoặc các dẫn xuất như pyridin-$N$-sunfonat, $N$-benzoylpyridin clorua.
• Phản ứng thế electrophin ($S_E$): Khó khăn hơn benzen rất nhiều (tương tự nitrobenzen) do mật độ electron giảm và do cation pyridini có hoạt tính giảm $10^{12} - 10^{14}$ lần so với benzen. Phản ứng chỉ xảy ra ở vị trí số 3 với điều kiện nhiệt độ cao và xúc tác mạnh: nitro hóa ở $300^\circ\text{C}$ cho hiệu suất $6%$ (tăng lên $70%$ khi có muối $\text{Hg}$), brom hóa ở $300^\circ\text{C}$ đạt $39%$ (đạt $85%$ khi có oleum $66%$).
• Phản ứng thế nucleophin ($S_N$): Rất đặc trưng cho vòng pyridin, ưu tiên thế vào vị trí số 2 và số 4 (phản ứng amin hóa theo Chichibabin, aryl hóa theo Ziegler, alkyl hóa). Halogen và nhóm nitro tại vị trí 2 hoặc 4 rất linh động, dễ bị thay thế bởi các tác nhân nucleophin thông qua cơ chế $S_N2$ (cộng - tách).
• Phản ứng oxi hóa và khử: Pyridin bền với chất oxi hóa thông thường; phản ứng với peraxit tạo pyridin $N$-oxit (chất trung gian thuận lợi cho thế $S_E$ ở vị trí 4). Phản ứng khử với $\text{H}_2/\text{Pt}$ trong $\text{CH}_3\text{COOH}$ cho piperidin (hiệu suất $95%$), trong khi khử bằng $\text{Na}/\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ cho $1,2,5,6\text{-tetrahidropyridin}$ (hiệu suất $\sim 60%$).

Chương 2: Một số phản ứng giữa hợp chất chứa nitơ và hợp chất chứa nhóm cacbonyl

Tổng quan các nhóm chức chứa nitơ trong hóa hữu cơ (nitrozo, isocyanat, ure/cacbamit, uretan, diazo, azit, hydrazin) và các phản ứng tiêu biểu với hợp chất carbonyl:

• Phản ứng Henry giữa nitroankan và aldehyde/ketone dưới xúc tác bazơ tạo nitroancol hoặc nitroanken (như phản ứng giữa benzaldehyde và nitrometan cho $\text{C}_6\text{H}_5\text{-CH=CH-NO}_2$ hiệu suất $75%$).
• Phản ứng của isocyanat ($\text{-N=C=O}$) với amin tạo dẫn xuất ure hoặc polymer polyurethane.
• Phản ứng tổng hợp acyl azit từ acyl clorua với $\text{NaN}_3$, phản ứng thoái biến Curtius.
• Phản ứng ngưng tụ giữa amin bậc một, dẫn xuất hydrazin ($\text{R-NH-NH}_2$) hoặc hydroxylamin ($\text{NH}_2\text{OH}$) với aldehyde/ketone tạo thành imin, hydrazon, oxim và phản ứng khử các dẫn xuất này thành amin bậc một tương ứng.

Chương 3: Quang phổ hồng ngoại

Trình bày chi tiết lý thuyết tán xạ và hấp thụ bức xạ điện từ vùng hồng ngoại:

• Mô hình dao động điều hòa của phân tử hai nguyên tử và phân tử đa nguyên tử ($3N-6$ bậc tự do dao động đối với phân tử phi tuyến, $3N-5$ đối với phân tử thẳng).
• Hai quy tắc chọn lọc quang phổ hồng ngoại: điều kiện biến thiên momen lưỡng cực phân tử khi dao động và bước chuyển mức dao động cơ bản $\Delta v = +1$.
• Phân chia vùng phổ: vùng nhóm chức ($4000 - 1500\text{ cm}^{-1}$) chứa các vân hấp thụ đặc trưng của $\text{-OH, -NH-, -C=O, -C=N-, -C=C-}$ và vùng vân ngón tay ($< 1500\text{ cm}^{-1}$) đặc trưng cho dao động khung phân tử.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tần số dao động đặc trưng: hằng số lực liên kết $K$, khối lượng rút gọn (hiệu ứng thế đồng vị), hiệu ứng liên hợp điện tử làm giảm bậc liên kết bội và giảm tần số dao động ($\nu_{\text{C=O}}, \nu_{\text{C=C}}$), ảnh hưởng của liên kết hydro nội phân tử và liên phân tử, yếu tố cấu hình không gian (cis/trans, s-cis/s-trans) và trạng thái đo mẫu (rắn, lỏng, khí, dung dịch).

Chương 4: Phương pháp sắc kí - Sắc kí bản mỏng

Trình bày nguyên tắc tách chất dựa trên sự phân bố giữa hai pha:

• Phân loại sắc ký: sắc ký phân bố, sắc ký hấp phụ, sắc ký lọc gel, sắc ký trao đổi ion.
• Kỹ thuật sắc ký bản mỏng (TLC): chuẩn bị chất hấp phụ (Silica gel G, Alumin G), kỹ thuật tráng bản mỏng khổ nhỏ bằng huyền phù trong $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ hoặc nước, hoạt hóa bản mỏng ở $110^\circ\text{C}$ trong 30 phút.
• Các phương pháp triển khai sắc ký: sắc ký đi lên (phổ biến, thiết bị đơn giản), sắc ký đi xuống, sắc ký vòng tròn ngang và sắc ký hai chiều.
• Phương pháp hiện hình: hiện hình vật lý dưới đèn tử ngoại UV ($254\text{ nm}, 365\text{ nm}$) hoặc bản mỏng trộn chất phát quang ($\text{ZnS}, \text{CdS}$); hiện hình hóa học bằng hơi iot ($\text{I}_2$), dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc sấy nóng, thuốc thử $2,4\text{-dinitrophenylhydrazin}$, $\text{FeCl}_3$, bromocresol lục, dung dịch $\text{KMnO}_4/\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, thuốc thử ninhydrin.
• Ứng dụng TLC trong việc theo dõi tiến trình phản ứng hữu cơ, kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm, dò tìm hệ dung môi giải ly tối ưu cho sắc ký cột.

Chương 5: Vài nét về phần mềm Gaussian

Giới thiệu tính năng của bộ chương trình hóa tính toán Gaussian 03W trong việc tính toán hình học phân tử tối ưu, năng lượng liên kết, phân bố điện tích và dự đoán phổ dao động phân tử thông qua từ khóa điều khiển tính toán tần số Frequency kết hợp các hàm cơ sở lý thuyết mật độ chức năng (DFT/B3LYP) hoặc Hartree-Fock.

Chương 6: Sơ lược về tình hình tổng hợp các dẫn xuất của 2-focmylpyridin và phản ứng ngưng tụ của 2-focmylpyridin và các dẫn xuất của hidrazin trên thế giới

Khảo cứu các công trình nghiên cứu quốc tế về các dẫn xuất thế của $2\text{-focmylpyridin}$ ($2\text{-pyridincacboxaldehyde}$) như các dẫn xuất $4\text{-bromo}$, $6\text{-metyl}$, $3\text{-(2-pyrimidinyloxy)}$, các dẫn xuất acetal và $6\text{-}n\text{-alkoxy}$. Khẳng định phản ứng ngưng tụ giữa $2\text{-focmylpyridin}$ với các hợp chất hydrazin có ý nghĩa khoa học lớn trong việc tạo ra các phối tử tạo phức và các chất có hoạt tính sinh học, dược lý cao.

Phần Thực nghiệm và Thảo luận kết quả (Phần 3 và Phần 4)

Quy trình tổng hợp hai dẫn xuất hydrazon được triển khai thực nghiệm như sau:

1. Tổng hợp 2-[(2-phenylhydrazono)metyl]pyridin (S1):

   • Tiến hành: Cho $0{,}01\text{ mol}$ ($1{,}07\text{ g}$) $2\text{-focmylpyridin}$ phản ứng trực tiếp với $0{,}01\text{ mol}$ ($1{,}08\text{ g}$) phenylhydrazin trong dung môi etanol $96%$.
   • Thu nhận: Thu được chất kết tủa màu vàng. Rửa và kết tinh lại bằng etanol $96%$ để loại bỏ tác chất dư.
   • Đặc trưng sản phẩm: Khối lượng sản phẩm thu được $0{,}8\text{ g}$, hiệu suất phản ứng đạt $40{,}61%$; nhiệt độ nóng chảy $175 - 175{,}9^\circ\text{C}$; giá trị $R_f = 0{,}40$ (hệ dung môi khai triển: cloroform).

2. Tổng hợp 2-{[2-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin (S2):

   • Tiến hành: Cho $0{,}005\text{ mol}$ ($0{,}535\text{ g}$) $2\text{-focmylpyridin}$ phản ứng với $0{,}005\text{ mol}$ ($0{,}99\text{ g}$) $2,4\text{-dinitrophenylhydrazin}$ trong môi trường dung môi etanol $96%$.
   • Thu nhận: Thu được chất kết tủa dạng bột màu cam. Tinh chế bằng cách kết tinh lại trong etanol $96%$.
   • Đặc trưng sản phẩm: Hiệu suất phản ứng đạt $69{,}69%$; nhiệt độ nóng chảy $219 - 220^\circ\text{C}$; giá trị $R_f = 0{,}193$ (hệ dung môi khai triển: cloroform : ete dầu hỏa = $1 : 1$).

---

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã ghi nhận đầy đủ các thông số thực nghiệm, tính chất lý - hóa và dữ liệu phân tích phổ của hai hợp chất mới tổng hợp:

Bảng tổng hợp hằng số vật lý và kết quả thực nghiệm

Hợp chất tổng hợp	Công thức phân tử / Tên gọi	Màu sắc / Trạng thái	Hiệu suất (%)	Nhiệt độ nóng chảy (°C)	Hệ số $R_f$ (Dung môi khai triển)
S1	$2\text{-}[(2\text{-phenylhydrazono)metyl]pyridin}$	Bột màu vàng	$40{,}61%$	$175 - 175{,}9^\circ\text{C}$	$R_f = 0{,}40$ ($\text{CHCl}_3$)
S2	$2\text{-}{[2\text{-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin}$	Bột màu cam	$69{,}69%$	$219 - 220^\circ\text{C}$	$R_f = 0{,}193$ ($\text{CHCl}_3$ : Ete dầu hỏa = $1:1$)

Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại (IR)

• Vùng $2800 - 3150\text{ cm}^{-1}$: Xuất hiện các vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị $\nu_{\text{C-H}}$ của vòng thơm (nhân benzen, pyridin) và $\text{C-H}$ liên kết đôi imin.
• Vùng $1480 - 1660\text{ cm}^{-1}$: Vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết imin liên hợp $\nu_{\text{C=N}}$ ($\sim 1574\text{ cm}^{-1}$ trên phổ thực nghiệm và $\sim 1566\text{ cm}^{-1}$ trên mô phỏng Gaussian đối với $\text{S1}$).
• Vùng $1400 - 1600\text{ cm}^{-1}$: Các dao động hóa trị $\nu_{\text{C=C}}$ và $\nu_{\text{C=N}}$ của hệ liên hợp vòng thơm benzen và dị vòng pyridin.
• Đặc trưng nhóm nitro của hợp chất $\text{S2}$: Xuất hiện 2 dải hấp thụ cường độ rất mạnh tại $1329\text{ cm}^{-1}$ (dao động hóa trị đối xứng $\nu_s(\text{NO}2)$) và $1508\text{ cm}^{-1}$ (dao động hóa trị bất đối xứng $\nu{as}(\text{NO}_2)$).
• Vùng $700 - 900\text{ cm}^{-1}$: Các dải dao động biến dạng ngoài mặt phẳng $\gamma_{\text{C-H}}$ của nhân pyridin và phenyl.
• So sánh với Gaussian: Tần số tính toán lý thuyết từ phần mềm Gaussian 03W có độ tương thích cao với dữ liệu thực nghiệm đo được trên máy quang phổ hồng ngoại.

Kết quả phân tích quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$)

• Hợp chất S1 ($2\text{-}[(2\text{-phenylhydrazono)metyl]pyridin}$):

  • $\delta = 10{,}635\text{ ppm}$ (singlet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_9$ của nhóm $\text{-NH-}$ (chuyển dịch về trường rất yếu do hiệu ứng liên hợp rút electron).
  • $\delta = 7{,}902\text{ ppm}$ (singlet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_8$ của nhóm metin imin ($\text{-CH=N-}$).
  • $\delta = 8{,}5105\text{ ppm}$ (doublet, $J = 4\text{ Hz}$, $1\text{H}$): proton $\text{H}_6$ ở vị trí ortho so với dị tử $\text{N}$ trong vòng pyridin.
  • $\delta = 7{,}929\text{ ppm}$ (doublet, $J = 8\text{ Hz}$, $1\text{H}$): proton $\text{H}_4$ vòng pyridin.
  • $\delta = 7{,}5105\text{ ppm}$ (doublet, $J = 8{,}5\text{ Hz}$): tín hiệu trùng nhau của $\text{H}3$ (vòng pyridin) và các proton $\text{H}{11}, \text{H}_{15}$ (ortho vòng phenyl).
  • $\delta = 7{,}265\text{ ppm}$ (doublet-doublet, $J = 4\text{ và }6\text{ Hz}$, $1\text{H}$): proton $\text{H}_5$ vòng pyridin.
  • $\delta = 7{,}256\text{ ppm}$ (doublet-doublet, $J = 7{,}5\text{ và }8{,}5\text{ Hz}$, $2\text{H}$): proton $\text{H}{12}, \text{H}{14}$ (meta vòng phenyl).
  • $\delta = 6{,}806\text{ ppm}$ (doublet-doublet, $J = 7{,}35\text{ Hz}$, $1\text{H}$): proton $\text{H}_{13}$ (para vòng phenyl).

• Hợp chất S2 ($2\text{-}{[2\text{-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin}$):

  • $\delta = 11{,}812\text{ ppm}$ (singlet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_9$ của nhóm $\text{-NH-}$ (dịch chuyển mạnh về phía trường yếu do ảnh hưởng cảm ứng và cộng hưởng rút electron cực mạnh của 2 nhóm $\text{-NO}_2$).
  • $\delta = 8{,}8675\text{ ppm}$ (doublet, $J = 2{,}5\text{ Hz}$, $1\text{H}$): proton $\text{H}_{12}$ ở vị trí giữa 2 nhóm nitro trên vòng phenyl.
  • $\delta = 8{,}71\text{ ppm}$ (singlet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_8$ nhóm $\text{-CH=N-}$.
  • $\delta = 8{,}649\text{ ppm}$ (doublet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_6$ vòng pyridin.
  • $\delta = 8{,}398\text{ ppm}$ (doublet-doublet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_{15}$ vòng phenyl.
  • $\delta = 8{,}089\text{ ppm}$ (doublet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_4$ vòng pyridin.
  • $\delta = 7{,}902\text{ ppm}$ (doublet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_3$ vòng pyridin.
  • $\delta = 7{,}4425\text{ ppm}$ (doublet-doublet-doublet, $1\text{H}$): proton $\text{H}_5$ vòng pyridin.

Đóng góp chính của khóa luận là đã thiết lập quy trình thực nghiệm ngắn gọn, điều kiện phản ứng êm dịu (nhiệt độ phòng, dung môi cồn) để điều chế thành công hai hợp chất hydrazon mới chứa nhân pyridin từ nguồn tiền chất $2\text{-focmylpyridin}$, đồng thời cung cấp bộ dữ liệu phổ thực nghiệm (IR, $^1\text{H-NMR}$) và phổ tính toán lượng tử làm cơ sở nhận danh cấu trúc tin cậy cho các nghiên cứu dẫn xuất pyridin tiếp theo.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô tổng hợp phòng thí nghiệm với lượng mẫu nhỏ ($0{,}005 - 0{,}01\text{ mol}$); hiệu suất tổng hợp của hợp chất $\text{S1}$ còn ở mức trung bình ($40{,}61%$); khóa luận chưa tiến hành khảo sát hoạt tính sinh học thực nghiệm (kháng khuẩn, kháng nấm, gây độc tế bào) trên các sản phẩm thu được.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  1. Tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học (dược tính) của các hợp chất $\text{S1}$ và $\text{S2}$ nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tế trong y dược.
  2. Tiếp tục mở rộng việc xác định các từ khóa tính toán trong phần mềm hóa tính toán Gaussian để mô phỏng và dự đoán chính xác hơn các hằng số vật lý cũng như phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}, ^{13}\text{C-NMR}$) cho các hợp chất dị vòng trước khi tiến hành tổng hợp thực nghiệm.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích đối với:

• Sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành Hóa học hữu cơ, Hóa dược và Sư phạm Hóa học khi tìm hiểu về phương pháp tổng hợp các dẫn xuất hydrazon, phương pháp kết tinh - tinh chế và kỹ thuật sắc ký bản mỏng.
• Các nhà nghiên cứu quan tâm đến việc quy kết tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$) của các hệ dị vòng liên hợp có dị tử nitơ và vòng thơm đa nhóm thế.
• Tài liệu tham khảo chuyên đề về ứng dụng phần mềm hóa học lượng tử (Gaussian 03W) trong mô phỏng dao động phân tử và giải đoán phổ hồng ngoại hữu cơ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Phản ứng tổng hợp hai hợp chất S1 và S2 thuộc loại phản ứng hóa học nào và diễn ra trong điều kiện gì? Phản ứng giữa $2\text{-focmylpyridin}$ với phenylhydrazin và $2,4\text{-dinitrophenylhydrazin}$ là phản ứng ngưng tụ nucleophin giữa hợp chất chứa nhóm carbonyl và amin/hydrazin tạo liên kết imin ($\text{-C=N-}$), diễn ra trong dung môi etanol $96%$ ở điều kiện nhiệt độ phòng.

2. Hiệu suất và nhiệt độ nóng chảy của hai chất được ghi nhận cụ thể là bao nhiêu? Hợp chất $\text{S1}$ ($2\text{-}[(2\text{-phenylhydrazono)metyl]pyridin}$) có hiệu suất phản ứng đạt $40{,}61%$, nhiệt độ nóng chảy là $175 - 175{,}9^\circ\text{C}$. Hợp chất $\text{S2}$ ($2\text{-}{[2\text{-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin}$) có hiệu suất đạt $69{,}69%$, nhiệt độ nóng chảy là $219 - 220^\circ\text{C}$.

3. Vì sao tín hiệu proton nhóm -NH- ($\text{H}_9$) trên phổ $^1\text{H-NMR}$ của chất S2 lại dịch chuyển về phía trường yếu hơn ($\delta = 11{,}812\text{ ppm}$) so với chất S1 ($\delta = 10{,}635\text{ ppm}$)? Do vòng phenyl của hợp chất $\text{S2}$ có chứa hai nhóm nitro ($\text{-NO}_2$) có hiệu ứng cảm ứng âm ($-I$) và hiệu ứng liên hợp âm ($-C$) rất mạnh, làm giải tỏa mạnh mật độ electron trên nguyên tử nitơ của nhóm $\text{-NH-}$, khiến proton $\text{H}_9$ bị chắn kém hơn và dịch chuyển xa hơn về phía trường rất yếu so với hợp chất $\text{S1}$ chỉ mang vòng phenyl không thế.

4. Dấu hiệu quang phổ hồng ngoại đặc trưng nào chứng minh sự hình thành của hợp chất S2? Trên phổ IR của $\text{S2}$, sự xuất hiện của vân hấp thụ imin liên hợp $\nu_{\text{C=N}}$ trong vùng $1480 - 1660\text{ cm}^{-1}$ cùng với hai vạch hấp thụ cường độ rất mạnh tại $1329\text{ cm}^{-1}$ (dao động hóa trị đối xứng $\nu_s(\text{NO}2)$) và $1508\text{ cm}^{-1}$ (dao động hóa trị bất đối xứng $\nu{as}(\text{NO}_2)$) là bằng chứng trực tiếp xác nhận cấu trúc tạo thành.

5. Hệ dung môi nào được tác giả sử dụng để khai triển sắc ký bản mỏng (TLC) cho từng chất? Đối với hợp chất $\text{S1}$, tác giả sử dụng đơn dung môi cloroform ($\text{CHCl}_3$), cho giá trị $R_f = 0{,}40$. Đối với hợp chất $\text{S2}$, tác giả sử dụng hệ hỗn hợp dung môi cloroform : ete dầu hỏa với tỷ lệ thể tích $1 : 1$, cho giá trị $R_f = 0{,}193$.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lưu Minh Chánh đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra khi tổng hợp thành công hai hợp chất dị vòng hydrazon mới là $2\text{-}[(2\text{-phenylhydrazono)metyl]pyridin}$ và $2\text{-}{[2\text{-(2,4-dinitrophenyl)hidrazono]metyl}pyridin}$ từ tiền chất $2\text{-focmylpyridin}$. Cấu trúc hóa học và các hằng số vật lý của các sản phẩm được xác định một cách nhất quán thông qua nhiệt độ nóng chảy, sắc ký bản mỏng, quang phổ hồng ngoại kết hợp tính toán hóa lượng tử Gaussian 03W và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H-NMR}$. Kết quả nghiên cứu đóng góp tư liệu thực nghiệm hữu ích cho lĩnh vực hóa học các hợp chất dị vòng và tạo tiền đề thuận lợi cho các định hướng thử nghiệm hoạt tính sinh học tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: PYRIDIN 2. Vài nét về cấu tạo và khả năng phản ứng của pyridin [2], [3], [4], [10] Theo thuyết obital phân tử thì pyriổin có cautgo + vòng phẳng, trong vòng chứa 5 nguyên tử C va một di LR `à tố N. Giá trị năng lượng ôn định của vòng khá cao: 0 ON’ 134,4kj/mol tương đương với benzen. pyridin, khoảng cách C ~C - bằng 1.394”: C—"Na 1340A° do TM ` — “© xralboergcsitp=ly: eatin cap hiên teks (b1 lạ lạ có sự phân bô điện tích không đều và do đó, xuất hiện momen lưỡng cực ( jt = 2226 ) gha tăng pyrol Trong pyriđin, các nguyên tử liên k với nhau bằng các liên kết ø của các obital lai hóa sp”.

Ngoài ra, mỗi nguyên tử đóng góp 1 electron không lai hóa vào hệ thống 6 electron x giải tỏa trên toan phân tử. Nhung trong khi, N ở pyrol the hiện tính chất cho (e) và đóng góp cả cặp (e) tự do vào hệ thống electron x của vòng, thì ở pyridin, N lại có tính chất hút (e) và hút về phía minh tat cả mật độ (e) của vòng. Mặc dù, N ở cả hai trường hợp đều ở trạng thái lai hóa sp”. nhưng các obital khác nhau của chúng tham gia vào sự xây dựng vòng.

Trong trường hợp của pyridin, sự tạo thành 2 liên ket ø va | liên kết x giữa các nguyên tử C„ pide oleae pe cặp (e) còn lại không liên của N ở ngoài vòng. irra ap ir aaa ~N-C của Cần lạnh cảng, khi Ged nguyên th N vào sông không sài làn thay đối tính chất bộ bộ khung cacbon của vòng, mà sự liên hợp của các (e) x trong vòng cũng in hưởng dn in ht cin dN. Sy tương he hỗ sng của cập (6) tự do bê ngoài với hệ (e) x của vòng dẫn tới làm giảm một chút tính bazơ của pyriđin (pK, = 5,2). Tuy nhiên, nhờ có cặp (e) tự do nay ma p chẳng những có tính bazơ mà còn dé dang tạo phức với các axit Liuyt và ion kim loại.

Sự phân bố mật độ (ec) trong vòng pyridin tương ứng với ”. kết luận về đặc tính electrophin cia vòng và tính nucleophin của tang N. Mặt khác, theo thuyết sơ đồ hóa trị, phân tử pyridin có thể «0077 được giới thiệu một cách hình thức ở dạng một dãy các cấu trúc ).d cộng hưởng giới hạn với sự phân chia điện tích trong vòng. OG ° (I) (II) Sinh viên thực hiện: Lưu Minh Chánh Trang 3 Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Đăng Từ sự so sánh momen lưỡng cực của pyridin (2,26D), thấy lớn hon momen lưỡng cực của piperiđin (1,16D), có thể kết luận rằng trong trường hợp của pyridi n, góp vào lai tạo cộng hưởng của các dạng có phân bô điện tích sự đóng (III, IV, V) cũng rat đáng kể.

Cũng từ đây ta thấy sự thế electrophin trên các nguyên tử C, đặc biệt là ở vị trí 2. 4, 6 rat tin tưởng vì ở đó có điện tích đương. Trong các cấu trúc (I) và (II), sự thé clectrophin chỉ có thể xảy ra ở 3, 5. Dị tố N của pyridin trong các trường hợp này thé hiện vai trò như một nhóm thế loại 2 do tính chất hút (c) của nó.

Hay nói cách khác, về khả năng thé electrophin thì pyridin tương đương với nitrobcnzcn. Các công thức cộng hưởng (1) và (II) đóng góp nhiều nhất vào sự lai tạo cộng hưởng của pyriđin. Ta thấy ở các vị trí 2 và 6, điện tích đương lớn hơn một chút so với ở vị trí 4, điều nay chắc chan gắn với hiệu ứng cảm ứng âm của N. Từ đó cho thay sự thê S_ chỉ có khả năng xảy ra ở các vị trí 3, 5 trong các điều kiện rat nặng nề.