HYDRAT HOÁ VÀ DEHYDRAT HOÁ
3.3. Các phản ứng dehydrat hoá nội phân tử quan trọng:
3.3.1. Dehydrat hoá tạo liên kết đôi C=C:
Phản ứng này dùng khá nhiều ưong công nghiệp hoá học để điều chế một số nguyên liệu quan trọng. Trong đó quan trọng nhất là phản ứng dehydrat hoá alcol thành olefin hoặc diol thành dien. Từ các alcol khác nhau, dưới tác dụng của H2S04 và nhiệt độ, olefin được tạo thành.
Một số phản ứng dehydrat hóa nội phân tử quan trọng:
Chất ban đầu
s- Sản phẩm Điều kỉện phản ứng
Etanol Ethylen H2S04,180°C; A1203, 350°c Alcoi isopropylic Propyíen rlli0 2, 165°C
t. Butanol Butylen MnO, 330-350°C
Cyclohexanol Cyclohexen H3P 0 4,170°C; H2S04, 130-140°c 1,3-Butadiol Butadien H3P 0 4+ NaH2P 0 4,260-280°C 1,4-Butadiol Butadien Ca3(P04)2, 360°c
Pentoz Furfurol HC1, H2S04,170-185°c
p-Phenylethanol Stirol A1203,200°c Ethylen -cy anhy drin Acrylnitril MgC03, 200°c
Glycerin Acrolein h2s o4
Khả năng phản ứng tăng dần từ alcol bậc nhất đến alcol bậc ba. Trong quá trình phản ứng ether cũng được tạo thành. Tỷ lộ olefin và ether phụ thuộc điều kiện phản ứng và cấu trúc alcol. Với alcol bậc nhất cho tỷ lệ ether cao hơn, còn alcol bậc ba cho sản phẩm chính là olefin.
Cơ chế phản ứng như sau: C2H5OH H 2 S O 4 c2h 5— o h 2 c h2 — c h 2 H © HSÒ4 c h2 — c h 2 X I H OSO3H ( E th y ls u lfat) H C H2= C H 2 - h 2s o 4
3.3.2. Dehydrat hóa tạo sản phẩm đóng vòng:
Nhiều hợp chất có thể loại nước từ hai nhóm chức giống hoặc khác nhau để tạo nên hợp chất dị vòng bền vững. Những phản ứng này được ứng dụng nhiều trong việc tổng hợp các dị vòng. Sau đây là một số ví dụ quan trọng:
Ca3(P04)2 Ị Ị 1. H 0 (CH2)4 0 H --- — I 260-320° o 260-320 o ( bu tad io Ị) -JJJP
t o D —
O u D
( 2 , 2 '- d i h y đ r o x y - d i p h e n y 1) ( d i b e n z o f u r a n ) -CO HOOC(CH2)2COOH(A cid su ccin ic) ^ "~có
(A nhydrid su ccin ic)
4- HO(CH2)nCOOH + H
c >
có 'ưihydri ( C H 2 ) n :c o ( A c i d h y đ r o x y c a r b o x y lie ) o (L acton) H2N(CH2)nCOOH (CH2)n ^CO ( A c i d a m i n o c a r b o x y l i c ) N H (L actam ) NaOH Ọ(Phenylglycin)? . 4. MỘT s ố v í DỤ:4.1. Điều chế aldehyd acetic từ acetylen:
Thường dùng phương pháp hydrat hoá có xúc tác. Xóc tác hay dùng là dung dịch H2S04 15% có chứa hỗn hợp FeS04, Fe2(S04)3 và HgS04. Dung dịch xúc tác được điều chế như sau: hoà tan Fe2(S04)3 trong acid H->S04 15%, sau đó hoà tan tiếp Hg vào dung dịch này. Khi đó Fe3+ bị khử thành Fe2+ và Hg bị oxy hoá thành Hg2+. Trong quá trình hydrat hoá một phần Hg2+ chuyển thành Hg sẽ được thu hồi tái sử dụng.
Phản ứng được tiến hành ứong nồi phản ứng hai vỏ hay trong tháp phản ứng. Nhiệt độ hydrat hoá khoảng 100°c, hiộu suất phản ứng khoảng 95-96%.
Các phản ứng thuỷ phân và dehydrat hoá xảy ra đồng thời. Sơ đồ quá trình như sau:
4.2. Sản xuất furfurol:
Cả 2 giai đoạn thuỷ phân tạo pentose và dehydrat hoá đều dùng acid sulfuric làm xúc tác và dưới tác dụng của nhiệt độ.
Phương pháp điều chế được tiến hành như sau:
Ngâm lõi ngô xay nhỏ trong đung dịch acid H2S04 6-7%. Sau đó cất hỗn hợp này bằng phương pháp cất kéo hơi nước (thời gian 6-8h). Hỗn hợp hơi nước, furfurol sau khi ngưng tụ được cất phân đoạn: phân đoạn đầu là nước và acid hữu cơ, phân đoạn 2 là các chất có t° sôi thấp, phân đoạn 3 là furfurol (98-99%) có lẫn một ít nước và acid acetic. Hiệu suất furfurol thu được 8-10% so vói nguyên liệu khô.
1. Khái niệm về phản ứng hyđrat hoá và dehydrat hoá? 2. Các phản ứng hydrat hoá cơ bản và cơ chế của nó?
3. Các phản ứng dehydrat hoá quan trọng và cơ chế tạo olefin từ alcol? 3. Các ví dụ ứng dụng.
1. Pentozan + H20 --- ► Pentose (Thuỷphân)
2. HO“
CHO (Dehydrat hoá).
Chương 14
PHẢN ỨNG NGUNG TỤ
Mục tiêu học tập:
1. Khái niệm về phản ứng ngưng tụ.
2. Các loại phản ứng ngưng tụ và ví dụ ứng dụng trong tổng hợp hóa dược.
1. ĐẠI CƯƠNG:
Phản ứng ngưng tụ là phản ứng tạo nên hợp chất mới bằng cách loại ra từ một hay nhiều hợp chất ban đầu các nguyên tử hoạt động hoặc các nhóm chức dưới dạng các sản phẩm phụ như H20 , HG, QHgOH, NH3... Như vậy chúng gồm rất nhiều các loại phản ứng khác nhau như alkyl hoá, acyl hoá, ester hoá.. .Trong kỹ thuật tổng hợp Hoá dược, để thu hẹp lại khái niệm trên và để làm rõ hơn mục đích của quá trình ngưng tụ, người ta đưa ra định nghĩa về phản ứng ngưng tụ như sau:
-Phản ứng ngưng tụ là phản ứng tạo ra liên kết mód giữa hai nguyên tử carbon hoặc tạo ra hợp chất dị vòng từ hai carbon không ở cạnh nhạu trong cùng một phân tử hoặc từ hai phân tử khác nhau.
Như vậy, quá trình ngưng tụ bao giờ cũng làm cho bộ khung carbon của phân tử trở nên phức tạp hơn hoặc tạo ra một dị vòng. Gác quá trình tạo iiên kết C-O, C-N, C-S.. .mà không tạo dị vòng thì không được coi là phản ứng ngưng tụ. Tuy nhiên, phản ứng tạo base Shiff từ aldehyd và ceton do tính chất đặc biệt nhạy và sự ứng dụng nhiều trong tổng hợp Hoá dược mà người ta vẫn coi đây là phản ứng ngưng tụ.
Nhiều phản ứng ngưng tụ cần sử dụng lác nhân để thực hiện quá trình. Các tác nhân này có lúc đóng vai trò như chất xúc tác cho phản ứng, có lúc là một chất để khóa hoặc loại các sản phẩm phụ tạo thành. Trong thực tế người ta thường dùng các tác nhân sau:
-Tác nhân loại HC1: AIQ3, ZnCl2, pyridin, Na2C03, NaOH, hỗn hống Na. -Tác nhân loại alcol: Na kim loại, natri-acetat, natri-ethylat.
-Tác nhân loại NH3: ZnCl2, acid proton.
Quá trình ngưng tụ xảy ra trong cúng 1 phân tử được gọi là ngưng tụ nội phân tử, hoặc giữa các phân tử với nhau ta có ngưng tụ ngoại phân tử.
Ngưng tụ là phản ứng rất quan trọng trong tổng hợp các thuốc hóa dược và trong tổng hợp nhiều hợp chất trung gian của hóa học hữu cơ. Phản ứng này được ứng dụng nhiều để tổng hợp nhân pyrazolon của thuốc hạ nhiệt anagin; nhân imidazol của các thuốc metronidazol, tinidazol; nhân quinolin và isoquinolin của các thuốc sốt rét, lị và chống co th ắt...
2. CÁC LOẠI PHẢN ÚNG NGƯNG TỤ:
Dựa vào các sản phẩm phụ tạo thành trong phản ứng, người ta phân loại quá trình ngưng tụ như sau: -Ngưng tụ loại nước. -Ngưng tụ loại HQ. -Ngưng tụ loại alcol. -Ngưng tụ loại NH3. 2.1. Ngưng tụ loại nước: 2.2.1. Các phản ứng điển hình:
2.1.1.1. Phản ứng giữa aldehyd, ceton với amin tạo base Shiff:
Đây là phản ứng đặc trưng của nhóm carbonyl. Phản ứng này có thể sử dụng để bảo vệ hoặc phân lập các aldehyd và ceton trong các quá trình tổng hợp hóa học. Phương trình phản ứng như sau: \ = 0 + N H 2— z * - ■»» V 0 H ~ h 2° » \ = N - Z \ e z z= R, Ar,NHCONH2,NHCSNH2,NHPh xt= acid proton
2.1.1.2. Phản ứng của nhóm carbonyl với nhóm methylen linh động:
Phản ứng gồm 2 giai đoạn: cộng hợp và ngưng tụ aldol. Được dùng để nối dài mạch carbon của các hợp chất hữu cơ.
> = 0 ♦ H < x — y 0H - 5 P - . > = < x
^ z / C H - X ^ > z
\
z x , z = -COOR, -CN, -CO .
x t = n a tr i a lc o la t
Trong tổng hợp Hóa dược, quá trình ngưng tụ tạo acid cinamic, cinemaí (phản ứng Perkin) được ứng dụng nhiều:
„ „ NaOC2Hj
Q H 5CHO + A c 20 --- H 0 ^ C6H 5- C H = C H - C O O H + A cO H + H2 0
QK5CHO + CH3CHU ---► CộHs-CH—CH-CHO (Cinemal)
2.1.1.3. Ngưng tụ formaldehyd với phenol tạo thành nhựa bakelít:
Phản ứng ngung tụ phenol và formaldehyd được sử dụng trong công nghê sản xuất nhựa bakelít. Đây là loại chất dẻo được sử dụng rộng rãi để chế tạo nhiều vật dụng phục vụ đời sống và chất cách điện.
2.1.1.4. Tổng hợp quỉnolin và dẫn chất bằng phản ứng đóng vòng Skraupp:
Nhân quinolin và dẫn chất 8-oxyquinolin là các nguyên liệu quan trọng để tổng hợp các thuốc sốt rét và thuốc chữa lị.
Phản ứng tạo dị vòng quinolin được thực hiện từ anilin và acrolein theo phương pháp đóng vòng Skraupp qua hai giai đoạn: Đầu tiên là phản ứng của anilin với acrolein, sau đó là ngưng tụ loại nước với tác nhân là acid sulfuric thu được dẫn chất 1 ,2-dihydroquinolin.
Sơ đồ phản ứng như sau:
n h2
Dehydro hóa 1,2-dihydroquinoiin thu được quinolin tương ứng.
8-Oxyquinolin cũng được tổng hợp tương tự phương pháp trên, từ ortho amino-phenol và acrolein. 2.2.2. Một số ví dụ : Sản xuất phenolphthalein: Phương trình phản ứng như sau: cc H2SO4 O H OH
Hoà tan anhydrid phthalic trong H2S04, thêm 3 lần phenol và đun 10-12 h
ở 115-120°c. Đổ khối phản ứng vào nước sôi và đun đến hết mùi phenol. Để
nguội, phenolphthalein kết tủa lắng xuống đáy. Gạn bỏ nước, hoà tan cặn trong kiềm loãng và kết tủa lại phenolphthalein bằng acid acetic ở pH=7. Lọc thu tinh thể và kết tinh lại ữong cồn.
Anhydriđ phthalic tán nhỏ, trộn với resorcinol và đun khan ở 195-200°c.
Hỗn hợp chảy lỏng rồi hoá rắn lại. Để nguội, hoà tan cặn trong NaOH 2%. Kết tủa bằng cách trung hoà với H2S04 loãng. Sản phẩm kết tinh dạng tinh thể mảnh màu đỏ. Lọc và sấy.
Fluorescein là chất chỉ thị màu trong hoá phân tích và là chất trung gian ưong sản xuất thuốc đỏ Mecurocrom.
2.2. Ngưng tụ loại HCl:
Đây là phản ứng ngưng tụ quan trọng vì nó tạo nhiều hợp chất trung gian cho công nghệ tổng hợp hoá học. Điển hình cho ngưng tụ loại này là phản ứng Friedel-Craft:
ọ II
H 0 / \ . C - A r ( R )
♦ C l - C - A r ( R ) ——— ► ( O J + HC1
XÚC tác cho phản ứng là các acid Lewis: A1G3 , ZnCl2, FeCl3.
Phản ứng Friedel-Craft xảy ra theo cơ chế Sg. Xúc tác acid đóng vai trò tạo ra tác nhân ái điện tử: Q R C O C 1 + AICI3 --- ► R C O 9 ỡ R C O Í A l C l d + A r H --- ► R + HC1 + AICI3
Ví dụ: Tổng hợp acridon là khung cơ bản của nhóm thuốc sốt rét nhân acridin (Quinacrin). * COCl H + HC1 2.3. Ngưng tụ loại alcol:
Trong tổng hợp hoá học, ngưng tụ loại này ít được sử dụng hơn so với hai loại trên. Tuy nhiên nó cũng được sử dụng trong tổng hợp một số ceton vòng.
Đặc biệt là ứng dụng cùa nó ứong tổng hợp các thuốc nhân pyrazolon và các quinolon kháng khuẩn.
Ví dụ:
-Tổng hợp nguyên liệu cho các thuốc hạ nhiệt nhân pyrazolon:
C H 3— C H - C H j O H ; 9 = 0 _ h2o , - C 2H 5O H H 3C- i - f - i : o c2s ;: " N H Ih . U I c6h5 HN. 'N ' I Cs h5 '0
Phản ứng tạo thành nhân pyrazolon là quá ưình ngưng tụ vừa loại nước, vừa loại alcol.
-Tổng hợp các quinolon kháng khuẩn:
Phương pháp chung là ngưng tụ arylamin vổi ethoxymethylen-malonat dieứiyl thành anilinometylen-malonat-diethyl. Sau đó đun diester-ethylic ở
250°c
để ngưng tụ nội phân tử tạo thành quinolon.2.4. Ngưng tụ loại NH3:
Ngưng tụ loại này được sử dụng trong một số trường hợp sau: -Tổng hợp indol (E. Fisher):
ĩ*' ề
Đun nóng phenyl hydrazon với một tác nhân ngưng tụ thích hợp (ZnCl2) tạo Indol và giải phóng NH3. Nhân Indol có trong nhiều dược phẩm quan trọng hiộn đang được sử dụng điểu trị như các dẫn chất của vincamin, reserpin...
Phản ứng tổng hợp xảy ra theo sơ đồ sau:
-Tổng hợp nhân pyrazolon:
Ngưng tụ aceto-acetylamid vói phenylhydrazin tạo nhân pyrazolon theo phương pháp này hiệu suất tốt hơn so với phương pháp loại alcol đã trình bày ở trên.
CH3 ______ ^ J J
<L0 + NH2- N H - A r — — J ị + n h 3 + h 20
c h2—c o n h2 I
Ầr
CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ