Táênhân khử hoá hoá học:-■*' Gồm có các tác nhân sau:

1. Kim loại (Fe, Zn, Sn) trong môi trường acid, kiềm. 2. Hỗn hống kim loại (các hỗn hống Na, Al, Mg, Sn, Z n.. .)• 3. Kim loại kiềm trong alcol.

4. Kim loại và amoniac. 5. Kim loại và amin hữu cơ.

6. Các hydrid kim loại (LiAlH4, NaBH4). 7. Hydrazin N2H4.

8. Các hợp chất của lưu huỳnh.

2.1.1. Kim loại trong môi trường acid, kiềm:

Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để khử hoá các hợp chất nitro hoặc nitrozo thành amin. sắt và thiếc chỉ sử dụng trong mồi trường acid, còn kẽm sử dụng cả trong acid và kiềm.

Sắt trong môi trường acid:

Phản ứng khử hoá của Fe trong môi trường acid hydrocloric (phản ứng Bechamp) có ý nghĩa thực tế lớn nhất. Đây là phương pháp quan trọng đề điều chế các amin thơm trong công nghiệp.

Trước đây người ta cho rằng phản ứng khử hoá bằng sắt trong acid xảy ra theo phương trình sau:

ArN02 + 3Fe + 6H+ -> ArNH2 + 3Fe2+ + 2H20

Tuy nhiên trong thực tế, lượng acid HC1 chỉ cần 2% cũng đủ để phản ứng thực hiện. Nó chi đóng vai ưò như một chất xúc tác cho phản ứng. Nghiên cứu về phản ứng này, Bechamp để nghị phương trình phản ứng như sau:

100°c

4ArN02 + 9Fe + 4H20 ■** 4ArNH2 + 3Fe304

Phản ứng đạt hiệu quả tốt nhất khi sử dụng bột gang xám. Bột gang này giàu graphit, giòn, dễ nghiền thành bột mịn. Nó không đồng nhất nên tạo nhiều cặp pin điện hoá tham gia quá trình khử.

Một số muối trung tính cũng xúc tác cho phản ứng khử hoá do làm táng độ dẫn điện của dung dịch (FeCl2, FeS04, FeCl3, C a d 2, MgCl2...)

Thiếc trong môi trường acid:

Ngoài hợp chất nitro, tác nhân này còn khử được nhiều loại hợp chất khác. Nhưng vì giá thành cao, nên việc sử dụng thiếc làm tác nhân khử trong công nghiệp còn hạn chế. Phản ứng.Jdiử được tiến hành bằng cách hồi lưu chất cần khử trong dung dịch nước-acid hydrocloric. Sau đó vừa cho từ từ bột thiếc và acid hydrocloric đặc vào khối phản ứng với tỷ lệ 0,4-1 nguyên tử gam thiếc/1 nguyên tử gam hydro; 2,1 mol HQ/1 nguyên tử gam thiếc.

Kẽm trong môi trường acid:

Đây cũng là tác nhân khử. có giá thành cao, tuy nhiên viộc sử dụng bột kẽm làm tác nhân khử hóa phổ biến hơn thiếc. Lượng kẽm cần thiết cho phản ứng khử hoá được dùng với tỷ lệ như sau: 1-1 ,1 mol kẽm/1 mol chất cần khử, lượng acid là 2,5 mol /1 mol kẽm.

Các acid thường dùng cho quá trình khử là HC1, H2S04, acid acetic. Nếu chất cần khử không tan trong hỗn hợp nước-acid, có thể dùng dung môi nước- cồn, acid acetic, dioxan...làm môi trường khử hóa.

Tác nhân này có thể khử được liên kết kép carbon, các dẫn chất quinon, epoxy, nitro, halogen...

Kẽm trong môi trường kiềm:

Chủ yếu được dùng để khử các hợp chất niưo. Một mol hợp chất nitro để khử thành hydrazo-benzen cần 3-3,4 mol bột kẽm. Lượng kiềm chỉ cần 5-10% theo tính toán vì quá trình thủy phân natri-zincat sẽ tái sinh ra kiềm:

2ArN02 + 5Zn + lONaOH -> Ar-NH-NH-Ar + 5Zn(ONa)2 + 4H20 Zn(ONa)2 + 2H20 -> Zn(OH)2 + 2NaOH

2.1.2. Hỗn hống kim loại:

Hỗn hống natri chứa tối đa 5% natri kim loại. Điều chế bằng cách cho từ từ 30-50 phần thuỷ ngân vào natri kim loại trong bầu khí N2. Nghiền ngay thành bột lúc hỗn hống còn đang nóng.

Phản ứng khử được tiến hành bằng cách hoà tan hoặc tạo huyền phù chất cần khử trong nước, cồn hoặc ether. Sau đó vừa khuấy vừa cho dần hỗn hống vào khối phản ứng và giữ nhiệt độ ở khoảng 25°c.

Các hỗn hống kim loại có thể bảo quản trong chai nút kín, nhưng tốt nhất là nên điều chế ngay trước khi tiến hành phản ứng.

Hỗn hống natri được sử dụng để hydro phân liên kết C-N của muối amonium bậc 4, liên kết C-O, dimer hoá khử các acrylnitril, acrylester. Hỗn hống magie có thể dimer hoá khử các aldehyd và ceton.

2.1.3. Kim loại kiềm trong alcol:

Thường sử dụng natri kim loại trong các alcol có 2-5 carbon. Phản ứng giải phóng khí hydro nên phải rất cẩn thận. Na kim loại được dùng dưới dạng hạt nhỏ để tăng tốc độ phản ứng và tránh nguy hiểm.

Phản ứng khử được tiến hành như sau: vừa khuấy vừa cho từ từ natri kim loại vào dung dịch củạ chất cần khử trong alcol tuyột đối. Có thể điều chỉnh tốc độ phản ứng bằng lượng natri cho vào và làm lạnh. Nếu tốc độ phản ứng giảm thì có thể làm nóng. Cần giữ cho phản ứng tuyệt đối khan nước. Kết thúc phản ứng, nếu còn natri dư thì thêm alcol để phân huỷ.

Natri kim loại trong alcol được sử dụng để khử các ester, aldehyd và ceton thành alcol; nitril thành amin. Ngoài ra có thể khử các oxim, nhân thơm và các dị vòng. Trong hoá học các hợp chất hydratcarbon, phương pháp này được sử dụng để loại nhóm bảo vệ benzyl.

2.1.4. Kitn loại và amơtùac:

Hiộn nay, kim loại và amoniac là một trong những tác nhân quan ữọng nhất và hay được sử dụng nhất để khử các hợp chất có cản trở không gian lớn, mà tác nhân khử hoá khác không tác dụng.

Người ta thường dùng líthi hoặc natri (ít dùng kali hoặc canxi) trong amoniac lỏng. Quá trình khử hoá được tiến hành bằng cách cho từ từ kim loại vào dung dịch của chất cần khử trong amoniac và dung môi (nếu cần) ở nhiệt độ sôi của amoniac (~33,4°C).

Tác nhân này có thể hydro phân các liên kết C-O, C-S, C-halogen, khử hoá olefin thành parafin, acetylen thành olefin, ester thành alcol, naphtalen và dẫn chất thành 1,4-đihydro-naphtalen và dẫn chất tương ứng.

2.1.5. Kim loại và amỉn:

Hầu như chỉ sử dụng líthi kim loại, chỉ một vài trường hợp dùng natri. Các amin hữu cơ hay dùng ethylamin và ethylendiamin.

Phản ứng khử hoá được tiến hành ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ sôi của a m i n .

Kim loại và amin có thể khử olefin thành parafin; acetylen thành olefin, parafin; aldehyd và ceton thành alcol; nitril thành amin; nitro thành amin; benzen

thế thành hỗn hợp cyclohexen và cyclohexan tương ứng; naphtalen thành các đồng phân decalin...

2.1.6. Các hydỉid kim loại:

Lithium aluminium hydrid (LiAlH4) và natri boron hydrid (NaBH4) là các tác nhân khử được sử dụng nhiều trong công nghiệp, c ả hai đều là chất rắn, tương đối bến vững nôn dễ thao tác.

Cơ chế phản ứng khừ hoá nhóm carbonyl như sau:

\ _ © ©

/ 1 I M = L i A J H 3 ; N a B H3 H M

Tương tự như trên, toàn bộ các anion hydrid khác đều tham gia phản ứng tạo phức alcolat: ® © \ Li[AH4] + 4^/C= 0 © 0 \ _ Na[BH]4 + 4 ^ C = 0 ® I © Li[AKOCH)4] © ị © Na[B(OỘH)4]

Thuỷ phân các phức alcolat cho alcol tương ứng:

@ I 0

Li [AXOỘH)4] + 4h20 4 C H - O H + L » H + A J(O H )3

@ I 0

Na ỊB(OCH)43 4H20 4 C H - O H I + N a O H + B (O H )3

Phản ứng khử hoá với L1AIH4 tiến hành trong dung môi diethylether, tetrahydrofuran khan. Nó có thể khử aldehyd, ceton, epoxyd, acid carboxylic, ester thành alcol; amid, nitril, nitro thành amin; dẫn chất halogen thành hydrocarbon.

NaBH4 là chất khử nhẹ, có thể khử trong môi trường nước, alcoỉ, tetrahydrofuran, ether... NaBH4 khử chọn lọc aldehyd, ceton và halogenid acid. Khi được hoạt hoá bằng các clorid kim loại (AICI3, ZnQ2, MgCl2...) nó có thể khử acid, ester, anhydrid thành alcol; amid, nitro, nitril thành amin; C-halogen thành C-H.

2.1.7. Hydraàn (NHi-NHJ:

Hydrazin là tác nhân khử hóa mạnh. Nó có thể khử hợp chất carbonyl thành hydrocarbon (phản ứng Wolff-Kishner): n h2—n h2 R - ẹ - N = N ĩ L Ri h20 R — C H2” R i + N2 R - C O - R ] --- KOH

Hầu hết các phản ứng khử hóa đều dùng hydrazin-hydrat, ít dùng hydrazin khan, mặc đù khả năng khử hóa của hydrazin khan tốt hơn. Phản ứng thường tiến hành ở nhiệt độ cao (150-250°C), nên phải thực hiện trong nồi chịu áp lực hoặc dùng dung môi có nhiệt độ sôi cao (ethylen glycol, diethylen glycol, triethanol- amin).

2.1.8. Các họp chất của lưu huỳnh:

-Natri sulfid (Na2S):

Thường dùng loại kỹ thuật, hàm lượng 60-65%. Dạng tinh thể ngậm 9 phân tử nước, dễ hút ẩm. Natri sulfid có thể khử hoá nhóm nitro và niữoso thành amin.

Trong tổng hợp paracetamol, người ta đã dùng tác nhân khử hoá này để khử para nitrophenol hoặc para nitrosophenol thành các amin tương ứng:

H0-C6H4-N 02 + N ^ s m 20 -> HO-C6H4-NH2 + NaOH + Na2S203 HO-C6H4-NO + Na2S.9H20 -> HO-C6H4-NH2 + NaOH + N ^ S A

Trong môi trường kiềm, khử hoá hợp chất nitro là qua trình phức tạp, qua nhiều hợp chất trung gian như: nitroso, hydroxylamin, azoxy, azo, hydrazo- benzen và cuối cùng thành amin:

A r - N 02 [ H ] - A r - N O [ ỉ ĩ ] +■ A r - N H O H A r - N H2 ♦ --- [H] [H ] A r - N O + A r - N H O H A r - N = N — A r

í

, 0 A r - N = N - A r

Nếu khử hoá ở

0°c

thì chỉ tạo thành hydroxylamin, còn khi đun nóng thì thu được amin.

Điểm đặc biệt là Na2S có tác dụng khử hoá chọn lọc, với dẫn xuất polynitro nó chỉ khử nhóm nitro ở vị trí para so với nhóm thế:

% • c h3 1 CH3 r ^ V N ° 2 > _____n o2 ỉ N a2S . _{r í}

V

_{N 0 2}

V

T n h2

-Natri disulfid (Na2S2):

Khử bằng natri disulfid không tạo ra NaOH, nên các polisulfid được chọn cho các phản ứng không chịu được độ kiềm manh như dùng NajS. Các polisulfid (N^Sj, Na2S5...) có tốc độ thủy phân kém N ^ s vài lần, phản ứng khử hóa cũng nhẹ nhàng hơn.

Các tác nhân này cũng được dùng để khử các nitro thơm thành amin: Ar-N02 + Na2S2 + H20 —> Ar-NH2 + Na2S203

Ar-N02 + Na2S5 + H2O —^ Ar-NH2 Na2S203 + 3S Trong các polisulíid, thường dùng Na2S2 vì nó không giải phóng

s

nên không gây trở ngại cho việc phân lập sản phẩm.

-Natri sulfit và natri bisulfit (Na2S 0 3 và NaH S03):

Các tác nhân này tồn tại ở dạng tinh thể không màu hoặc màu trắng, dễ bị oxy hóa thành sulfat nên cần bảo quản trong lọ kín, tránh tiếp xúc lâu với không khí.

Được dùng để khử các dẫn chất nitro thành amin:

Ar-N02 + Na2S03 + H20 -» Ar-NH2 + N^so^ị + H20

Cần chú ý khi dùng tác nhân bisulíĩđ, thành phẩm amin sẽ phản ứng với nó tạo ra acid sulfamic.

Ar-NH2 + NaHS04 -> Ar-NH-S03Na + H20

No documento Kỹ thuật Hóa dược Tập 1 - Nguyễn Đình Luyện (páginas 111-116)