CHUYÊN ĐỀ “HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG THƠM NĂM, SÁU CẠNH” ÔN THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP QUỐC GIA by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC

vectorstock.com/3687784

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN OLYMPIAD PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

CHUYÊN ĐỀ “HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG THƠM NĂM, SÁU CẠNH” ÔN THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP QUỐC GIA, QUỐC TẾ WORD VERSION | 2020 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

DỊ VÒNG THƠM NĂM, SÁU CẠNH MÃ: H16 A. Đặt vấn đề Hóa học dị vòng có ý nghĩa lí thuyết cũng như thực tế rất to lớn, cũng với sự phát triển nhanh chóng của hóa học hữu cơ, hóa học các hợp chất dị vòng cũng

IC IA L

được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều nghành khoa học, kĩ thuật cũng như trong cuộc sống đặc biệt được phát triển mạnh mẽ trong hơn nủa thế kỉ nay.

Với những ý nghĩa đó mà hóa học các hợp chất dị vòng được quan tâm

nghiên cứu bởi nhiều các nhà hóa học hữu cơ trong các lĩnh vực khác nhau như: Hóa dược, phẩm nhuộm, hóa sinh, tổng hợp hữu cơ… Trong các đề thi chọn học

sinh giỏi cấp Quốc gia, Quốc tế, kiến thức về các hợp chất dị vòng ngày càng

chiểm một lượng đáng kể, tuy nhiên những tài liệu về hóa học các hợp chất dị

vòng còn ít và chủ yếu viết cho các nhà khoa học nghiên cứu chuyên sâu. Với học sinh THPT thì tài liệu về các hợp chất dị vòng còn ít, việc học tập của các em về

chuyên đề dị vòng còn gặp nhiều khó khăn. Trên cơ sở đó chúng tôi lựa chọn

chuyên đề “hóa học các hợp chất dị vòng” với mục đích có thêm một phần nhỏ tài

liệu giúp các em học sinh trong việc học tập phần các hợp chất dị vòng.

Tuy nhiên kiến thức về các hợp chất dị vòng rất lớn, với khuôn khổ của

chuyên đề này chúng tôi chỉ bước đầu tìm hiểu đại cương về các hợp chất dị vòng

ẠY

KÈ

và các dị vòng thơm năm, sáu cạnh.

B. NỘI DUNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG I.1. Định nghĩa và phân loại. I.1.1. Định nghĩa.

IC IA L

Hợp chất dị vòng hữu cơ (hay thường gọi là hợp chất dị vòng) là những hợp chất mạch vòng, trong vòng đó ngoài cacbon ra còn có mộ t nhay nhiều nguyên tử khác cacbon (hay gọi là dị tử).

I.1.2. Phân loại.

+ Phân loại theo kích thước của vòng: Dị vòng 3 cạnh, 4 cạnh, 5 cạnh…

+ Phân loại theo đặc tính của vòng: Dị vòng no, dị vòng không no, dị vòng

thơm… Ví dụ:

I.2. Danh pháp các hợp chất dị vòng.

KÈ

I.2.1. Danh pháp thông thường. + Danh pháp thông thường xuất phát từ nguồn gốc hoặc tính chất của hợp chất

ẠY

trong thiên nhiên.

Ví dụ:

IC IA L

Một số chất có tên thông thường quy ước

I.2.2. Danh pháp hệ thống đối với hợp chất đơn vòng

(Danh pháp Hantzsh-Widman).

+ Theo danh pháp này tên gọi của dị vòng gồm hai phần:

- Phần tiếp đầu ngữ chỉ tên các dị tố (nhiều dị tố giống nhau ta dùng tiếp

đầu ngữ: đi, tri, tetra…)

ẠY

KÈ

đôi lớn nhất.

- Phần thân chỉ khung vòng, độ lớn của vòng no hoặc chưa no có số nối

IC IA L FF

+ Cách đánh số:

- Dị vòng có 1 dị tử thì đánh số 1 cho dị tố tiếp tục đánh ngược chiều kim

đồng hồ. Quy tác này cũng được áp dụng đối với hệ vòng kiểu b enzo gồm một

vòng benzen ghép với một dị vòng chứa một dị tố.

- Dị vòng có nhiều dị tố thì đánh sao cho tổng số chỉ các dị tố là nhỏ nhất

( nếu có nhiều dị tố khác nhau thì thứ tự ưu tiên là: O > S > N > P). Dị vòng có nhiều dị tố cùng loại thì dùng các tiếp đầu ngữ di, tri, tetra để

chỉ số lượng các dị tố cùng loại.

KÈ

Ví dụ:

- Hệ ngưng tụ kiểu đibenzo thi đánh số bắt đầu từ đỉ nh trên của vòng bên

phải rồi tiến theo chiều kim đồng hồ quanh hệ đa vòng hoặc đánh từ đỉnh dưới

ẠY

của vòng bên phải rồi tiến ngược theo chiều kim đồng hồ quanh hệ đa vòng.

Ví dụ:

- Khi hệ thống vòng có số nôi đôi cực đại đã được no hóa dần, các gọi tên như sau: Vị trí của nguyên tố bão hòa được đánh số kèm theo tiếp đầu ngữ (preffixe) H và gọi tên của dị vòng chưa no (với số nối đôi cực đại) tương ứng.

IC IA L

Ví dụ:

- Cách gọi tên như thế này không áp dụng cho các gọi tên theo danh pháp thông thường.

Ví dụ:

I.2.3. Danh pháp của thệ thống vòng ngưng tụ.

- Phần lớn các hợp chất dị vòng đều chứa hai nhay nhiều vòng ngưng tụ với

nhau. Một số hợp chất dị vòng ngưng tụ đã có tên thông thường quy ước. Nhưng

dàng khi sử dụng.

phần lớn các hợp chất dị vòng loại này được gọi theo danh pháp hệ thống để dễ - Tên gọi các dị vòng ngưng tụ phải xuất phát từ nguyên tử chung thuộc

cả hệ thống vòng.

KÈ

- Tên gọi dị vòng ngưng tụ được gọi bằng cách kết hợp tên gọi của các dị

Ví dụ:

ẠY

vòng riêng biệt.

I.2.3.1. Nguyên tắc gọi tên. Biết cách chọn và gọi tên các thành phần ngưng tụ với nhau. - Tên gọi các thành phần ngưng tụ phải là tên gọi thông thường đã được quy ước. Nếu hợp chất dị vòng chưa có tên thông thường quy ước thì dị vòng đó gọi theo tên hệ thống Hantzsch – Widman. Vòng lớn có tên thông thường quy

IC IA L

ước sẽ được chọn ưu tiên.

Ví dụ: trong hệ thống vòng ngưng tụ có chứa vòng indol và pyrrol thì indol sẽ được chọn hơn là pyrrol.

- Tên gọi của dị vòng ngưng tụ có hai thành phần, thành phần cơ sở và thành phần thứ hai.

Ví dụ: Pyrrolo[1,5-a]pyrimidin thì pyrimidin là thành phần cơ sở. Pyrrol

là thành phần thứ hai

I.2.3.2. Cách chọn phần cơ sở theo nguyên tắc sau.

- Nếu dị vòng chỉ có một thành phần N: chọn thành phần cơ sở có nitơ.

Ví dụ:

KÈ

Ví dụ:

- Nếu dị vòng không có nitơ : chọn thành phần cơ sở là vòng có dị tố cao hơn.

- Nếu vòng ngưng tụ có số vòng lớn hơn hai vòng : chọn thành phần cơ sở

ẠY

chứa số vòng lớn nhất.

Ví dụ:

- Nếu hai vòng có độ lớn khác nhau : chọn vòng lớn nhất là thành phần cơ sở.

Ví dụ:

- Các vòng chứa dị tố khác nhau : chọn vòng có dị tố nhiều nhất là thành

IC IA L

phần cơ sở.

Ví dụ:

- Có sự khác nhau về số loại dị tố trên hai vòng : chọn vòng có nguyên tử với vị trí lớn nhất là thành phần cơ sở.

Ví dụ:

Trong ví dụ này vòng oxazol chứa oxi có thứ tự ưu tiên hơ n lưu huỳnh

trong vòng thiazol.

KÈ

Ví dụ:

- Thành phần cơ sở là vòng có dị tố được đánh số nhỏ hơn.

ẠY

I.2.3.3. Cấu tạo tiếp đầu ngữ. - Tên của thành phần thứ hai là tiếp đầu ngữ của thành phần cơ sơ. Cấu

tạo tiếp đầu ngữ bằng cách thêm chữ “O” sau tên gọi của dị vòng thứ hai. Ví dụ: Tên dị vòng là pyrazin thì cấu tiếp đầu ngữ là pyrazino. Tên dị vòng là pyrol thì tiếp đầu ngữ là pyrolo. - Có một số ngoại lệ về tiếp đầu ngữ.

IC IA L

Bảng. Một số ngoại lệ về tiếp đầu ngữ

I.2.3.4. Kí hiệu và gọi tên.

Các cạnh trong thành phần cơ sở được kí hiệu bằng các chữ cái a, b, c, d ..

theo chiều đánh số. Các nguyên tử tạo vòng của thành phần thứ hai được đánh

bằng các chữ số 1, 2, 3…(như đánh số dị vòng). Cạnh chung của cả hai vòng được

gọi theo chữ số của thành phần thứ hai và chữ cái của thành phần cơ sở tất cả đặt trong dấu ngoặc vuông.

Ví dụ 1:

KÈ

imidazol.

Chọn oxazol là thành phần cơ sở vì oxazol có chứa O ưu tiên hơn N trong

ẠY

Ví dụ 2:

Chọn pyridazin là thành phần cơ sở vì pyridazin là vòng lớn hơn vòng imidazol.

II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHUNG TỔNG HỢP DỊ VÒNG. II.1. Phương pháp dùng phản cộng.

IC IA L

- Cộng đóng vòng kiểu 2+1 → 3.

- Cộng đóng vòng kiểu 2+2 → 4.

- Cộng đóng vòng kiểu 3 + 2 → 5.

KÈ

- Cộng đóng vòng kiểu 4 + 1 → 5.

ẠY

- Cộng đóng vòng kiểu 4 + 2 → 6.

II.2. Phương pháp đồng phân hóa các liên kết. Phương pháp này chủ yếu dùng để tổng hợp các dị vòng có số cạnh lớn, từ

IC IA L

7 cạnh trở lên

II.3. Phương pháp ngưng tụ enamin

- Enamin là các hợp chất chứa liên kết đôi ở vị trí α , β , chúng có khả năng

phản ứng tốt. Các enamin được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ nói chung và

ẠY

KÈ

dị vòng nói riêng.

IC IA L

III. DỊ VÒNG NĂM CẠNH - PIROL, FURAN, THIOPHENE

III.1. Đặc điểm cấu trúc, tính chất vật lý.

III.1.1. Đặc điểm cấu trúc

Cả 3 hợp chất trên đều có dien liên hợp, dựa vào độ dài liên kết trong dị

vòng thơm và không thơm, dựa vào năng lượng cộng hưởng thực nghiệm,dựa vào đặc trưng về cấu tạo qua các giá trị về phổ tử ngoại,cho thấy các hợp chất trên đều

có tính thơm.

> thiophen

Benzen

So sánh tính thơm của các dị vòng so với benzen: >

pyridin

> pyrol > furan

KÈ

kết đôi

Nguyên tử C của pyrol giàu điện tử hơn và có tính ái nhân hơn C của liên

ẠY

Dãy cấu trúc cộng hưởng:

O furan X

S thiophen X

N H pyrol X

(I)

(II)

(III)

(IV)

(V)

Cấu tạo (I) là cấu trúc cơ bản, cấu tạo (III), (IV) là cấu trúc cộng hưởng bền.

III.1.2. Tính chất vật lí. Pirol là chất lỏng không màu. Điểm sôi 130 ~ 131 0C, khối lượng riêng: 0,9691 (20,40C). Ít tan trong nước, dễ tan trong etanol, ete và các dung môi hữu cơ khác. Furan là chất lỏng không màu. Có mùi đặc biệt. Có gây mê và kích thích

IC IA L

yếu, rất dễ cháy. Đường hô hấp có thể gây ra đau đầu, chóng mặt, buồn nôn và suy hô hấp. Điểm sôi 31,36°C.

Thiophene là chất lỏng không màu. Điểm nóng chảy -380C, nhiệt độ sôi

III.2. Tính chất hóa học.

840C, khối lượng riêng 51g/cm 3. So sánh nhiệt độ sôi: Furan < Thiophen< Pirol.

Tính chất chung: Tính thơm.

- Dễ tham gia phản ứng thế ái điện tử - Khó tham gia phản ứng cộng

- Khó bị oxi hoá

Tính chất dị tố.

III.2.1. Nhóm pirol.

chất dị tố khác nhau.

- Tùy vào sự tham gia của electron p của dị tố vào hệ thống thơm nên tính

III.2.1.1. Tính chất của nhân dị vòng. - Phản ứng S E xảy ra ở vị trí 2.

KÈ

- SE khó xảy ra ở môi trường acid mạnh. - SE dễ xảy ra ở môi trường kiềm. Phản ứng thế electrophin vào

ẠY

❖❖

nhân pirol Thế ở vị trí số 2.

Thế ở vị trí số 3.

IC IA L

So sánh 2 trạng thái chuyển tiếp trên ta thấy rằng TTCT theo cách thế vào vị trí số 2 bền hơn TTCT theo cách thế vào vị trí số 3. I

+ HNO 3 (CH 3CO) 2O

N H

Ơ -

N . Cl

ẠY

KÈ

Phản ứng cộng

III.2.1.2. Tính chất của dị tố

NO2

CHCl 3 / KOH

❖❖

N H N H

pyridin

+ C 6H5N

+ SO 3

N H

= 2,5.10-14

❖❖

Tính base rất yếu K b

❖❖

Tính acid yếu K a=10-15

I2 / NaOH

SO3 H

H2O

+ pyridin

N H

CHO

+ 3KCl

N H

N N C 6 H5

+ 2H 2O

+ HCl

H H N

H +H- +

IC IA L

III.2.2. Nhóm Furan

III.2.2.1. Tính chất dị tố

KÈ

III.2.2.2. Tính chất của nhân dị vòng ❖❖

Phản ứng thế electrophin

ẠY

Furan tham gia phản ứng SE dễ hơn benzen, xảy ra ở vị trí 2.

IC IA L FF

Phản ứng cộng

❖❖

< 170 oC

vòng, cộng hợp

H2/Pt

CH 3COOH

O2 (kh«ng khÝ)

V 2 O5

H3C

CH2OH

H 2CCH2 n- butanol HC

CO C

O O anhydrit maleic

Pb(CH 3COO) 2 CH 3COOH

ẠY

KÈ

O furan

O tetrahydro furan

ứng cộng mở

❖❖ Các phản

H 2/Ni Raney

III.2.3. Nhóm Thiophen

CHO

III.2.3.1. Tính chất dị tố

IC IA L

Dị tố ít hoạt tính, tính bền vững hơn pyrol và furan

❖❖

III.2.3.2. Tính chất của nhân dị vòng Phản ứng thế electrophin

Thiophen tham gia phản ứng S E dễ hơn benzen, xảy ra ở vị trí 2. I2 HgO HNO 3 (CH 3CO) 2O

HCHO

S S

CH2Cl O

2-benzoyl thiophen

ẠY D

❖❖

SO 3H

Phản ứng cộng

KÈ

❖❖

acid 2-thienyl sulfonic 2-cloromethyl thiophen

C6H5COCl AlCl

NO2

HCl

2-nitro thiophen

H2SO4

2-iodo thiophen

Na/Hg

S thiophan (thiolan)

Phản ứng mở vòng

- Thiophen bền vững với tác nhân oxi hóa mạnh như KMnO 4. - Thiophen bị khử hóa mở vòng và giải phóng H 2S.

III.3. Các phương pháp tổng hợp

IC IA L

III.3.1. Tổng hợp Furan trong công nghiệp

Thủy phân polisaccarit (vỏ trấu, lõi ngô, bã mía…) trong môi trường axit

thu được furfural, sau đó nhiệt phân với hơi nước, xúc tác Ni, ở 180 oC hay vôi

tôi xút ở 350 oC

Từ furfural có thể điều chế axit furoic sau đó đecacboxyl hóa axit thu

được furan

III.3.2. Tổng hợp Pirol trong công nghiệp Furan có thể điều chế pirol khi tác dụng với NH3, xúc tác Al2O3, ở

❖❖ Từ

ẠY

KÈ

400-500oC

❖❖

Nhiệt phân muối amoni mucat hay phân hủy nhiệt

đường galactozơ:

III.3.3. Tổng hợp Thiophen trong công nghiệp Trong công nghiệp thiophen được tổng hợp dựa trên sự đóng vòng butan, butadiene hay buten với lưu huỳnh. Thiophen cũng có thể điều chế bằng cách đun nóng hỗn hợp muối natri

(phương pháp Pall- Knorr)

III.3.4. Phương pháp chung tổng hợp furan, pirol và thiophen

IC IA L

của axitsucxinic với photphotrisunfua

Bản chất của phương pháp này là tác dụng của các chất 1,4-đicacbonyl có

khả năng enol hóa với các tác nhân dehidrat hóa có tính axit như H 2SO4, P2O5,

ẠY

KÈ

ZnCl2…

III.3.4.1.Tổng hợp furan theo Feist – Benari và tổng hợp pirol theo Hantzch ❖❖ Tổng hợp furan theo Feist – Benari là phản

α- halogen xeton

α-halogen andehit với β-đixeton với sự có mặt của các bazơ như NaOH, piridin.

IC IA L

hay

ứng của

- Tổng hợp pirol theo Hantzch là phản ứng của α - halogen xeton hay α halogen andehit với β-đixeton với sự có mặt của các bazơ nitơ như amoniac hay

amin bậc 1.

III.3.4.2.Tổng hợp vòng pirol theo Knorr

Phản ứng bao gồm sự ngưng tụ của các α -aminoxeton hay α -amino-β-

xetoeste với các xeton trong sự có mặt của axit axetic hay kiềm.

Các α-aminoxeton được tạo thành từ β-xetoeste hay β-xeton qua giai đoạn

ẠY

KÈ

trong axit axetic

nitro hóa với sự tạo thành oxim tương ứng và sau đó được khử hóa tiếp bởi kẽm

III.3.4.3.Tổng hợp các thiophen theo Hinsberg Tổng hợp thiophen theo Hinsberg dựa trên phản ứng của α -đixeton, α halogen este hoặc các este của axit oxalic với ddietylesste của axit thiodiaxetic

IC IA L

trong điều kiện ngưng tụ Claisen:

III.4. Sơ lược về Indol và cacbazol.

III.4.1. Indol

III.4.1.1. Đặc điểm cấu tạo

vòng benzene gắn với vòng pirol.

Indol là hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, nó có cấu trúc bicyclic bao gồm

Theo quan điểm của phương pháp cặp hóa trị thì Indol có thể được mô tả

ẠY

KÈ

bằng sự lai tạo cộng hưởng cấu trúc như sau:

Indol là sự tập hợp của hai vòng benzen và pirol, sự tập hợp này làm cho Indol ổn định hơn về mặt phân bố điện tích và khả năng phản ứng nhỏ hơn so với pirol. 20

Cấu trúc VIII không bền do hệ liên hợp thơm bị phá hủy, cấu trúc này cho

IC IA L

phép giải thích sự tấn công electrophin vào vị trí 3 của vòng Indol. III.4.1.2. Phương pháp tổng hợp ❖❖

Tổng hợp Indol từ anilin và etylenglycol.

Tổng hợp Indol theo Leimgruber-Batcho

❖❖

Phản ứng được tiến hành ở 200-500oC

❖❖

Phương pháp này rất hiệu quả, và đặc biệt phổ biến trong ngành dược phẩm.

Tổng hợp Indol theo Fischer

Một trong những phương pháp tổng hợp Indol quan trọng nhất và phổ biến

KÈ

là sự chuyển hóa aryhidrazon của các andehit hay xeton thành dẫn xuất của Indol bằng cách đun nóng các aryhidrazon này với sự có mặt của axit ZnCl 2, BF3, axit

ẠY

poliphotphoric…Về mặt hình thức Indol thep phương pháp này bao gồm sự

chuyển vị phenylhidrazon kèm theo sự đóng vòng và tách loại phân tử ammoniac.

IC IA L FF

Tổng hợp Indol theo phương pháp Madelung

❖❖

Cơ chế của phản ứng này được xác định theo kiểu chuyển vị o-benzidin

Bằng cách đóng vòng các fomamidin trong N- metylanilin đun sôi với sự

ẠY

KÈ

có mặt của natrimetylanilin

❖❖

Tổng hợp Indol theo Reisert

Bản chất của phương pháp là sự đóng vòng axit o-nitro phenylpiruvic và các dẫn xuất của nó bằng các tác nhân như Zn trong CH 3COOH hoặc FeSO4 trong NH3. Qua trình khử hóa kèm theo sự đóng vòng axit o -aminophenylpiruvic trung

gian thành các axit indol -2-cacboxylic, sau đó dễ dàng decacboxyl hóa để tạo

❖❖

IC IA L

Indol

Tổng hợp indol theo Nhenhixescu

Phương pháp này dựa trên sự ngưng tụ enamin của 1,4-benzoquinon với

Tổng hợp Indol theo Bisler

KÈ

❖❖

các este của axit β-aminocrotonic.

Dựa trên sự tương tác của các arylamin với các halogen hay các α -

ẠY

hidroxicacbonyl trong điều kiện xúc tác axit.

IC IA L

III.4.1.3. Tính chất hóa học Indol có khả năng phản ứng thấp hơn các dị vòng đơn, Indol dễ tham gia các phản ứng thế electrophin. Indol kém bền vững trong môi trường axit, ví dụ như

trong dung dịch HCl Indol dễ dàng chuyển thành dạng đime

a. Phản ứng thế electrophin

ẠY

KÈ

Khi thế ưu tiên thế ở vị trí số 3, đồng thời có một lượng nhỏ thế ở vi trí số 2.

Nếu như vị trí có khả năng phản ứng cao nhất trong qua trình thế electrophin

cảu các dị vòng này bị chiếm bởi một nhóm đẩy electron thì phản ứng xảy ra ở vị trí khác

Khi có mặt nhóm thế hút electron trong phần dị vòng sẽ làm mất hoạt tính

IC IA L

ở nhân dị vòng và khi đó sự thế eletrophin sẽ xảy ra ở bên vòng benzene

b. Phản ứng thế nucleophin

Trong điều kiện phản ứng với điclocacben hình thành từ clorofom trong

c. Phản ứng kim loại hóa

kiềm, indol có thể cho ra sản phẩm indol-3-andehit hoặc 3-cloquinolin.

Do độ linh động khá cao của hidro trong NH trong vòng indol nên nguyên

tuer H dễ thay thế bằng các nguyên tử kim loại kiềm ( Na, K, Mg)

KÈ

Hợp chất cơ magiê của indol tồn tại dưới dạng cấu trúc ion. Chính vì vậy khác với pirol, phản ứng của hợp chất cơ magie của indol thường dẫn tới sự tạo

ẠY

thành các dẫn xuất ở vị trí 1,3.

d. Phản ứng oxi hóa indol Do tính chất giàu electron nên indol dễ bị oxi hóa. Ví dụ như N-

IC IA L

bromosuccinimide có thể oxi hóa indol tạo thành các hợp chất 4,5.

III.4.2. Cacbazol

Cacbazol là hệ ngưng tụ kiểu đibenzo của dị vòng thơm 5 cạnh.

III.4.2.1. Phương pháp tổng hợp

Cacbazol được tổng hợp từ điphenylamin; 2,2 điamino đi -phenyl hay o-

ẠY

KÈ

aminodiphenylamin hoặc bằng sự nhiệt phân phenthiazin khi có mặt đồng kim loại.

III.4.2.2.Tính chất ❖❖

Phản ứng thế electrophin (S E)

Các phản ứng thế electrophi n như halogen hóa, sunfonic hóa, axyl hóa, clometyl hóa, nitro hóa nói chung đều cho các dẫn xuất thế ở vị trí 2 và 2,8 nghĩa

❖❖

IC IA L

là các vi trí para với dị tố.

Phản ứng kim loại hóa

Cacbazol có thể phản ứng với kim loại kali hoặc KOH nóng chatr để tạo

muối trên dị tố nitơ, từ đó chuyển tiếp thành các dẫn xuất ankyl hoặc cacboxylic

ẠY

KÈ

III.5. DỊ VÒNG 5 CẠNH 2 DỊ TỐ NHÓM ĐIAZOL

III.5.1. Cấu tạo Trên dị tố nitơ của vòng còn có cặp electron tự do không tham gia vào sự ổn

định hóa vòng thơm nhưng có khả năng thể hiện tính bazơ và tạo các liên kết mới.

Giá trị pKa trên phù hợp với thực nghiệm, imidazol có thể tạo muối kết tinh bền vững với nhiều axit, các azol khác có tính bazơ yếu hơn có thể bị proton hóa nhưng muối của chúng thường kếm bền vững. Điều này được giải thích do cation imidazol có tính đối xứng cao mà ở

IC IA L

cation của các azol khác không có:

Sự nghiên cứu tính chất vật lý chỉ ra rằng imidazol và piaol còn có khả năng

tạo liên kết hidro giữa các phân tử, vì vậy chúng có nhiệt đ ộ sôi cao (256 oC và 187oC tương ứng). Điều này được giải thích là do ở trạng thái lỏng imidazol ở dạng tập hợp

khoảng 20 đơn phân tử liên kết hidro với nhau, còn piaol ở dạng đime:

Imidazol và pirazol nếu không có nhóm thế ở dị tố N số 1 (còn H axit) thì

chúng có thể tạo thành 2 dạng autome, các dạng autome này dễ dàng đồng phân

KÈ

hóa lẫn nhau do sự có mặt của liên kết hidro.

ẠY

III.5.2. Các phương pháp tổng hợp

III.5.2.1. Tổng hợp 1,2-điazol ( pirazol) Phương pháp chung được sử dụng rộng rãi để tổng hợp isoxazol và

pirazol là sự cộng hợp của hidroxylamin hay hidrazin vào hợp chất 1,3 – đicacbonyl.

IC IA L

Isoxazol và pirazol còn được điều chế bằng cách ngưng tụ hidroxylamin

hay hidrazin với các hợp chất cacbonyl α,β- không no.

Isoxazol và pirazol còn được điều chế bằng sự cộng hợp kiểu 1,3 -lưỡng

cực của điazo -ankan vào axetilen (liên kết ba đã được hoạt hóa bởi nhóm hút

electron bên cạnh)

KÈ

III.5.2.2. Tổng hợp 1,3-điazol ( imidazol ) ❖❖

Đóng vòng các hợp chất 1,4 –đicacbonyl, mà giữa 2 nhóm 1 dị tố.

ẠY

cacbonyl đó có

Sự tương tác của các α

thể dung làm

❖❖

- halogen cacbonyl với amidin có

phương pháp tổng hợp imidazol:

IC IA L

❖❖

Tương tác của 1,2- đicacbonyl với andehit và amoniac (hay ứng mang tên Đebu.

ứng của

α-đixeton với fomandehit

ở

150-180o C trong thời gian 2-4 giờ.

❖❖

❖❖ Phản

amin). Phản

Sự tương tác của

điamin với ancol, andehit hay axit cacboxylic

ẠY

KÈ

no trong sự có mặt của xúc tác Pt/Al2O3 ở 400oC:

III.5.3. Tính chất hóa học ❖❖

Tính chất của nhân thơm:

+ Bền vững với tác nhân oxy hóa + Phản ứng thế electrophin (S E) ở vị trí số 4. Khả năng phản ứng thế electrophin (S E) của 1,2- và 1,3-azol chiếm vị trí

trung gian giữa dị vòng thơm 5 cạnh 1 dị tố và piridin. 30

IC IA L

Trong trường hợp của các phenylpirazol thì sự thế electronphin có thể xảy

ra ở vòng pirazol hay vòng benzene tùy thuộc vào độ axit của môi trường

Đối với 1,3-azol có thể sắp xếp khả năng thế electrophin theo thứ tự như sau:

Imidazol > thiazol > oxazol

Brom hóa imidazol trong dung môi hữu cơ dẫn tới sự tạo thành 4(5)-

bromimidazol.

KÈ

Nếu vị trí số 4 của vòng imidazol chứa nhóm thế đẩy electrophin sự thay thế

diễn ra ở vị trí số 5; nếu cả vị trí 4,5 đều bị chiếm thì tác nhân electrophin tấn công

ẠY

vào vị trí số 2.

❖❖

Tính chất của dị

tố

của Nitơ:

+ Tính acid của NH

IC IA L

+ Tính base của N:

III.6. Các dị vòng có trong thiên nhiên, có ứng dụng thực tế.

III.6.1. Các dẫn chất của pyrazol

Thuốc hạ nhiệt và giảm đau

Thuốc điều trị viêm khớp

ẠY

KÈ

2,3-dimethyl-1-phenyl-5-pyrazolon

4-butyl-1,2-diphenyl-3,5-pyrazolidin dion

IC IA L

III.6.2. Các dẫn chất của imidazol

Tác dụng chống co giật

Có trong hemoglobin

- Có trong phổi, gan và màng nhày.

- Tác dụng giảm huyết áp, kích thích hoạt động

và tiết dịch của dạ dày.

III.6.3. Dẫn xuất của Furan

Họ thuốc kháng khuẩn nitrofuran.

Nitrofurazon: điều trị nhiễm khuẩn ngoài da.

Nitrofurantoin: điều trị nhiễm khuẩn đường niệu.

KÈ

III.6.4. Dẫn chất của thiophen - Các dẫn chất của Thiophen thường ít gặp trong thiên nhiên.

ẠY

- Một số dẫn chất được dùng làm thuốc.

- Có trong khung phân tử một số chất có hoạt tính sinh học.

Ví dụ Vitamin H (Biotin) giữ vai trò lớn trong quá trình tổng hợp Purin,

chữa trứng cá....

III.6.5. Dẫn chất của pyrol

Indol hay benzopyrol - Có trong khung phân tử của một số alcaloid, acid amin....

IC IA L

- Dẫn xuất thế dùng là thuốc có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấ m......

Có trong cây mã tiền. Tác dụng tăng trương lực cơ.

Có trong cây lá ngón. Tác dụng tăng trương lực cơ

rất mạnh. Là độc dược bảng A.

IV. DỊ VÒNG THƠM SÁU CẠNH – PYRIDIN VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT.

IV.1. Cấu tạo và tính chất vật lí.

KÈ

- PYridin là dị vòng thơm sáu cạnh chứa một dị tố nitơ.

ẠY

- Cấu trúc cộng hưởng.

- Là chất lỏng không màu, mùi đặc trưng, rất độc, có thể trộn lẫn với nước, tan tốt trong dung môi hữu cơ. Nhiệt độ nóng chảy: - 42oC, nhiệt độ sôi: 115oC.

IV.2. Tính chất hóa học. IV.2.1. Tính chất bazơ – Phản ứng của nguyên tử N

IC IA L

- Trong phản ứng với axit.

- Phản ứng với các tác nhân electrophin khác.

IV.2.2. Phản ứng thế electrophin.

ẠY

KÈ

- Sơ đồ:

IC IA L

Ví dụ:

IV.2.3. Phản ứng thế nucleophin.

KÈ

Sơ đồ:

ẠY

Ví dụ:

IV.2.4. Phản ứng oxi hóa - khử. - Pyridin có thể bị khử bởi: H 2(xt), hỗn hợp C 2H5OH và Na, LiAlH4…

IC IA L

Ví dụ:

KÈ

- Phản ứng oxi hóa pyridin.

IV.3. Tổng hợp pyridin. - Một số phương pháp tổng hợp pyridin và các chất có chứa vòng pyridin.

ẠY

IV.3.1. Trùng hợp đóng vòng C 2H2 với HCN.

IV.3.2. Đóng vòng của các hợp chất đicacbonyl không no với NH 3.

Hoặc dùng.

IC IA L

IV.3.3. Phương pháp Hantzsch.

- Các dẫn xuất của pyridin có dạng:

V.1. Phản ứng của các dẫn xuất.

V. MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA PYRIDIN.

- Tương tự như pyridin, các dẫn xuất cũng có những loại phản ứng: Phản ứng của dị tố: tính bazơ , phản ứng với các tác nhân electrophin.

Phản ứng của vòng: thế electrophin, thế nucleophin.

KÈ

Phản ứng của các nhóm thế. Phản ứng oxi hóa – khử.

ẠY

- Tính bazơ:

- Phản ứng thế electrophin.

IC IA L

- Phản ứng thế nucleophin.

- Phản ứng oxi hóa – khử.

ẠY

KÈ

- Phản ứng của nhóm thế.

IC IA L

V.2. Một số hợp chất chứa vòng pyridin có ứng dụng.

- Vitamin PP.

- Vitamin có trong gan, thận, sữa động vật, mầm, hạt ngũ cốc, được dùng để chữa các bệnh như viêm ruột, viêm miêm mạc miệng …

- Vitamin B6.

- Vitamin B6 có trong vỏ chấu, dưa hấu, rau xanh. Thiếu vitamin B6 gây

bệnh rối loại thần kinh, thiếu máu.

KÈ

- Thuốc chống lao.

VI. HỢP CHẤT DỊ VÒNG THƠM SÁU CẠNH NGƯNG TỤ CHƯA MỘT

ẠY

DỊ TỐ NITƠ.

Hợp chất điển hình là: Quinolin và Isoquinilin

V.1. Một số phản ứng của quinolin và isoquinolin.

- Tính chất hóa học giống như pyridin.

IC IA L

- Phản ứng thế electrophin.

ẠY

KÈ

- Phản ứng oxi hóa – khử.

V.2. Một số phương pháp tổng hợp quinolin và isoquinolin.

V.2.1. Tổng hợp Quinolin.

IC IA L

- Tổng hợp Skaraup.

- Tổng hợp Dobner – Miller.

- Tổng hợp Knorr.

- Tổng hợp Friedlender.

V.2.2. Tổng hợp Isoquinolin.

KÈ

- Tổng hợp Pomeranz – Pries.

ẠY

- Tổng hợp Bischle – Napieralski.

C. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ HỢP CHẤT DỊ VÒNG. Dạng 1. Danh pháp và cấu tạo: Bài 1.Gọi tên các hợp chất sau, sử dụng chỉ số vị trí bằng số đếm và bằng chữ cái Hi-Lạp. CH

(a)

HC CH3

CH C

H3C C

(b)

HC C

Br C

C CH3

C2H5

(d)

C COOH

H3C

CH3

O HC

IC IA L

(a) 2-metylthiophen (2-metylthiol) hoặc α-metylthiophen

(b) 2,5-dimetylfuran (2,5-dimetyloxol) hoặc α,α'-dimetylfuran

(d) axit 1-etyl-5-brom-2-pirolcacboxilic (axit N-etyl-5-bromazol-2-cacboxilic)

hoặc axit N-etyl-α-brom-α'-pirolcacboxilic.

Bài 2. Viết công thức cấu tạo các hợp chất: b) α-brom thiophen

c) α,α'-dimetylpirol

d) 2-amino piridin

e) 2-metyl-5-vynyl piridin

f) β-piridin sunfoaxit

g) axit 4-indol cacboxylic

h) 2-metyl Quinolin

KÈ

a) 2,5-dimetyl furan

ẠY

Bài làm: a)

H3C

CH3

CH3 N

NH2

SO3H

CH2=CH

g)COOH

N N H

CH3

Bài 3. (a) Giải thích tính thơm của piridin, biết piridin có cấu tạo phẳng với góc liên kết bằng 120 o. (b) Piridin có tính bazơ không? Tại sao? (c) Giải thích tại sao piperidin (azaxyclohexan) lại có tính bazơ mạnh hơn

IC IA L

so với piridin. Bài làm:

(a) Cấu tạo thơm của piridin (azabenzen) tương tự cấu tạo benzen, ba liên kết

đôi đã đóng góp sáu electron p tạo ra hệ liên hợp π phù hợp với qui tắc Huckel 4n+2.

(b) Có. Khác với pirol, nguyên tử N trong piridin tham gia hệ liên hợp π bằng

electron p thuần thiết và do vậy nó còn một cặp electron lai hóa sp2 tự do có khả

năng kết hợp proton.

tính bazơ sẽ mạnh hơn.

L ai hãa sp

Pipe rid in

(% s nhá)

L ai hãa sp Pipe rid in

(% s lí n)

Bài 4. Hãy giải thích tại sao piridin ưu tiên thế electrophin tại vị trí β và kém hoạt

KÈ

động hơn benzen? Bài làm:

ẠY

Khi tác nhân electrophin tấn công vào vị trí α hoặc γ của piridin thì sẽ tạo

cấu trúc cộng hưởng (I, IV) trong đó nguyên tử N chỉ có sáu electron lớp ngoài

cùng và mang một điện tích dương. Nguyên tử N lại có độ âm điện lớn nên trạng thái trung gian này không bền. Khi tác nhân electrophin tấn công vào vị trí β, điện tích dương của trạng thái trung gian sẽ chỉ phân bố trên các nguyên tử C. Cấu trúc sáu electron ngoài cùng và mang điện tích dương của C lại khá bền. Do vậy, phản ứng thế 44

electrophin của piridin ưu tiên xảy ra tại vị trí β là vị trí có trạng thái trung gian bền vững hơn. H

T Ên c«ng vÞtrÝα

III

IC IA L

T Ên c«ng vÞtrÝγ

T Ên c«ng vÞtrÝβ

E N

Piridin kém hoạt động hơn benzen là vì nguyên tử N trong piridin có độ âm

điện lớn (cũng do nguyên tử N này phản ứng với tác nhân electro phin tạo cation

piridinium) hút electron (-I) làm mật độ điện tích âm trong vòng và làm mất ổn

định trạng thái trung gian R +.

Dạng 2. So sánh tính chất của các hợp chất dị vòng.

Bài 1. So sánh có giải thích ngắn gọn tính chất bazơ của các chất sau.

Bài làm:

ẠY

KÈ

- Tính bazơ của các chất giảm dần theo thứ tự.

N H

Giải thích: Chất (III) do đôi electron của nguyên tử N tham gia vào hệ liên

hợp nên tính chất bazơ yếu nhất. Chất (I) do độ âm điện của Csp 2 > Csp 3 nên tính chất bazơ yếu hơn chất (II) và (IV). Do hiệu ứng cấu trúc về mặt không gian ngăn cản quá trình solvat hóa nên làm giảm tính bazơ vì vậy chất (II) pKa = 11,2 yếu hơn chất (IV) pK a = 11,3. 45

Bài 2. Sắp xếp theo chiều tăng dần tính axit của các chất trong dãy sau:

IC IA L

Bài làm:

Giải thích:

- Trên phân tử A,B có nguyên tử N gây hiệu ứng –C nên tính axit lớn hơn C, D

- Phân tử D có hiệu ứng cảm ứng –I1 nhỏ hơn hiệu ứng –I2 của C nên C có

tính axit lớn hơn.

- A tạo liên kết hidro nội phân tử trên nguyên tử N nên tính axit yếu hơn B

Bài 3. Cho các chất: Piridin, Piperidin, Pirol, p -amino piridin, m- aminopiridin

Cho các pKa tương ứng: 5,17 - 11,11 - 0,4 - 9,11 - 6,03

b. Piridin và Pirol.

a. Piridin và Piperidin.

Hãy so sánh và giải thích tính bazơ giữa:

Bài làm:

c. p – aminopiridin và Piridin.

KÈ

a. Piridin có tính bazơ yếu hơn piperidin vì đôi electron gây tính bazơ của piridin thuộc obitan sp 2 nó bị giữ chặt và không sẵn sang cho cặp electron như

ẠY

trường hợp piperidin vơi obitan sp 3 b. Piridin có đôi electron thuộc obitan sp 2 sẵn sang để dung chung với axit;

trong khi pirol chỉ có thể kết hợp với proton khi đánh đổi tính thơm của vòng. c. Có thể xảy ra sự phân tán các electron không liên kết của nhóm NH2 vào nhân.

Dẫn đến sự tăng mật độ electron trên nguyên tử N dị vòng do đó tính bazơ tăng

Bài 4. So sánh nhiệt độ nóng chảy của các dị vòng sau đây, có giải thích

IC IA L

Bài làm.

Thứ tự tăng dần nhiệt độ nóng chảy là. E (52 oC) < G (92 oC) < F(217 oC). Giải thích: Chất E có phân tử khối lớn nhưng có liên kết Hiđro yếu, F có

phân tử khối lớn và có liên kết Hiđro liên phân tử bền vững, G có liên kết Hiđro.

Bài 5. So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau.

Bài làm.

Nhiệt độ sôi giảm dần: (D) > (C) > (B) > (A) > (E).

Giải thích: Chất D có liên kết Hiđro liên phân tử bền vững, C có liên kết Hiđro

rất yếu, B phân tử phân cực nhờ có hai nguyên tử N, E có chứa dị tố O làm giảm

nhiệt độ sôi.

Dạng 3. Phản ứng và cơ chế của các hợp chất dị vòng.

Bài 1. Viết phương trình biểu diễn cấu tạo các sản phẩm theo sơ đồ sau:

KÈ

CH3CONO 2 (CH 3CO)2O, 50C Pyrid in, SO 3, 90 0C

Br2

ẠY

H2 SO4

Br2

E1 N

H2O + O N-C H -N 2

HCN+HCl

CH3MgBr

HNO3 N

KOH

0 (CH CO) O, 200 C

HNO3

SO3

H2SO4

Bài làm: CH3CONO2

(CH 3CO)2 O , 5 0C

NO2

N H

0 Pyridin, SO 3, 90 C

SO3H

H Br2

IC IA L

COCH3

(CH3CO)2 O, 200 C

N H

KOH

N H

N-

K+

CH3 Mg Br

HCN+HCl

CHO

H2 O

N+ Mg Br

N H

+ 4 2

N=N-C6H4NO2

O N-C H -N

KÈ

N H

ẠY

Br2

O2N

HNO3 + H

HNO3

N H N

HO3S

H2SO4 SO

O 2N

HO 3S H

H2SO4 N

N H

Bài 2. Pirol được khử bằng Zn và CH3COOH thành Pirolin C4H7N. a) Hãy viết 2 công thức có thể của Pirolin. 48

b) Chọn đồng phân đúng thỏa mãn: khi ozon phân sẽ được chất A (C4H7O4N), chất A được tổng hợp từ 2 mol axit monocloaxetic và amoniac. Bài làm:

IC IA L

a) Hai chất có thể là:

N 2,5-dihidropirol (A)

2,3-dihidropirol (B) H

b) Đồng phân A cho HOOC – CH2 – NH – CH2 – COOH. (C)

Đồng phân B cho HOOC – NH – CH2 – CH2 – COOH. (D)

Chỉ có (C) là có thể tổng hợp được từ 2 mol Cl – CH2 – COOH và 1mol

NH3 nên Pirolin là (A)

CH3

Bài 3. Xác định cấu trúc các chất trong sơ đồ.

SOCl 2

[O]

NH 3

C H OH ( H ) 2 5

NH3

E C6H6( AlCl 3)

ẠY

KÈ

Bài làm.

Bài 4. Xác định cấu trúc các chất trong sơ đồ.

Bài làm. KMnO4

SOCl2

CH N

NH3

COOH N

P2O5 CONH2

COCl N

CN N

IC IA L

Bài 5. Trình bày cơ chế của các phản ứng sau:

KÈ

Bài làm.

Dạng 4. Tổng hợp các hợp chất dị vòng. Bài 1. Viết phương trình phản ứng điều chế:

ẠY

a) Hai chất Pyrol, Pyridin từ axetylen, fomandehit, axit xianhydric và các

điều kiện cần thiết. b) Ba chất 2,5-dimetyl furan; 2,5-dimetyl Pyrol; 2,5-dimetyl thiofen từ

axetonyl axeton (hexadion – 1,5) và các tác nhân, điều kiện cần thiết.

Bài làm: a) Điều chế Pyrol, Điều chế Pyridin CH ≡ CH + 2HCHO → HOCH 2 C ≡ C CH2 OH → Cu 2 C2

N t0

HC CH

IC IA L

NH3 , p

PO 2

H3C

nung

CH3

CH2

H3 C

CH3

100 C

(NH4 )2 CO3

CH3

CH2

H3 C

nung

CH3 S

Bài 2. Từ axit sucxinic hãy điều chế pirol.

Bài làm:

CH2

P S ,t 0

COOH

CH 2

CH2

2 5

H2O

KÈ

O Zn O

H2O

C=O

Khö

ẠY

NH3

Bài 3. Từ Pyridin hoặc các đồng phân Picolin hãy điều chế: a). 3 - aminopiridin b). 2 - Py - CH2-CH2-NH2.

N H

Bài làm. a). Sơ đồ tổng hợp. CH3

COOH

KMnO4

NH3

SOCl2

CONH2

COCl

NH2

NaOBr OH

IC IA L

b). Sơ đồ tổng hợp. 0 1) OH , t

NaCH(C O O C 2H5)2

SOCl 2

2) H O+

CH(COOC 2H5)2

N NH3

LiAlH4

COCl

CH2CONH2

CH2-COOH

CH2-CH2-NH2

Bài 4. Từ Quinolin và các chất cần thiết hãy điều chế:

a). 8 - hidroxiquinolin.

b). 2 - aminoquinolin Bài làm.

a). Sơ đồ tổng hợp

HNO3 H SO 4 2

ẠY

KÈ

Hoặc:

1) NaNO 2 ,0 0C

Sn / HCl

2) H 2O ,t 0C

N+

NO2

N+

NH2 H

1) NaOH

tC +

H2 SO4

2) H3O

N SO3H

N OH

b). Sơ đồ tổng hợp. 1) NaNH , t 0 2

2) H 2O

NH2

Bài 5. Từ benzen và các hóa chất mạch hở tùy chọn, các tác nhân cần thiết coi như có đủ, lập sơ đồ tổng hợp dược phẩm cloroquin (thuốc chống sốt rét) có cấu

IC IA L

tạo như sau:

Bài làm.

Sơ đồ tổng hợp.

Dạng 5. Bài tập tổng hợp các kiến thức về dị vòng.

KÈ

Bài 1. Xác định cấu trúc các chất trong sơ đồ sau.

ẠY

Bài làm.

Bài 2. Người ta điều chế 2 -phenylxiclo [3.2.2] azin từ 2,6-lutidin qua ba giai đoạn: (1). 2-phenyl-5-metylpirocolin được tạo thành với hiệu suất 86 % từ 2,6-

IC IA L

lutidin và phenaxyl bromua.

2). Xử lý 2-phenyl-5-metylpirocolin bằng phenyl liti trong ete ở - 30oC.

3). Cộng hợp tiếp với N,N-đimetylfomamit đun trong thời gian ngắn với

axit axetic sẽ thu được sản phẩm với hiệu suất 45%. Viết cơ chế xảy ra trong quá

trình tổng hợp này. Hãy dẫn ra cấu chúc cộng hưởng quan trong nhất phù hợp với

chính công thức xiclo [3.2.2] azin. So sánh tính bazơ của sản phẩm với anilin, so

Công thức của 2-phenylxiclo [3.2.2] azin là.

sánh khả năng nitro hóa với pyrol và pyridin. Nhóm nitro vào vị trí nào dễ nhất.

Bài làm.

ẠY

KÈ

+ Sơ đồ cơ chế:

+ Cấu trúc cộng hưởng.

IC IA L

- Sản phẩm có tính baozơ yếu hơn anilin vì cặp đôi electron trên nitơ bị giải tỏa nhiều hơn.

- Sản phẩm có khả năng phản ứng mạnh hơn pyridin nhưng kém pyrol.

- Sự thế xảy ra ở vị trí mũi tên.

ẠY

KÈ

Bài 3. Xác định cấu trúc các chất trong sơ đồ.

ẠY M

KÈ Y

Q H

N Ơ N

IC IA L

Bài làm.

D. KẾT LUẬN. - Đã bước đầu tìm hiểu được những vấn đề đại cương về hợp chất dị vòng như: Phân loại, danh pháp, các phương pháp tổng hợp dị vòng. cạnh chứa dị tử nitơ và các dẫn xuất điển hình của chúng.

IC IA L

- Tìm hiểu sơ lược về cấu trúc, phản ứng của các dị vòng thơm năm,sáu - Tìm hiểu sơ lược về Indol, Cacbazol, Quinolin và Isoquinolin.

- Định hướng được một số dạng bài tập cơ bản về dị vòng.

E. TÀI LIỆU THAM KHẢO.

1. Hóa học các hợp chất dị vòng – Nguyễn Minh Thảo. 2. Cơ sở hóa học dị vòng – Trần Quốc Sơn.

3. Hóa học hữu cơ T 3 – Đỗ Đình Rãng cùng một số tác giả.

ẠY

KÈ

4. Bài tập hóa học hữu cơ T 1, T2 – Ngô Thị Thuận

ẠY M

KÈ Y

Q H

N Ơ N

IC IA L

MỤC LỤC

DỊ VÒNG CHỨA MỘT DỊ TỬ NITƠ .........................................................................................................1 B. NỘI DUNG...................................................................................................................................................................2 I. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG .............................................................................2

IC IA L

I.1. Định nghĩa và phân loại ...............................................................................................................................2 I.1.1. Định nghĩa ..................................................................................................................................................2 I.1.2. Phân loại ......................................................................................................................................................2 I.2. Danh pháp các hợp chất dị vòng............................................................................................................2

I.2.1. Danh pháp thông thường ..................................................................................................................2 I.2.2. Danh pháp hệ thống đối với hợp chất đơn vòng...............................................................3

I.2.3. Danh pháp của thệ thống vòng ngưng tụ ...............................................................................5 II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHUNG TỔNG HỢP DỊ VÒNG ..........................................9

II.1. Phương pháp dùng phản cộng. ..............................................................................................................9

II.2. Phương pháp đồng phân hóa các liên kết . ..................................................................................10 II.3. Phương pháp ngưng tụ enamin ..........................................................................................................10

III. DỊ VÒNG NĂM CẠNH - PIROL, FURAN, THIOPHENE............................................11

III.1. Đặc điểm cấu trúc, tính chất vật lý . ...............................................................................................11 III.1.1. Đặc điểm cấu trúc ..........................................................................................................................11

III.1.2. Tính chất vật lí ..................................................................................................................................12

III.2. Tính chất hóa học ......................................................................................................................................12

III.2.1. Nhóm pirol ..........................................................................................................................................12 III.2.2. Nhóm Furan .......................................................................................................................................14

III.2.3. Nhóm Thiophen ..............................................................................................................................15

KÈ

III.3. Các phương pháp tổng hợp .................................................................................................................17 III.3.1. Tổng hợp Furan trong công nghiệp ....................................................................................17 III.3.2. Tổng hợp Pirol trong công nghiệp ......................................................................................17

ẠY

III.3.3. Tổng hợp Thiophen trong công nghiệp ...........................................................................18 III.3.4. Phương pháp chung tổng hợp furan, pirol và thiophen ........................................18

III.4. Sơ lược về Indol và cacbazol ............................................................................................................20 III.4.1. Indol .........................................................................................................................................................20 III.4.2. Cacbazol ...............................................................................................................................................26

III.5. DỊ VÒNG 5 CẠNH 2 DỊ TỐ NHÓM ĐIAZOL ...................................................................27 III.5.1. Cấu tạo ...................................................................................................................................................27 III.5.2. Các phương pháp tổng hợp ......................................................................................................28 III.5.3. Tính chất hóa học ...........................................................................................................................30

III.6. Các dị vòng có trong thiên nhiên, có ứng dụng thực tế . ................................................. 32 III.6.1. Các dẫn chất của pyrazol .......................................................................................................... 32 III.6.2. Các dẫn chất của imidazol ....................................................................................................... 33 III.6.3. Dẫn xuất của Furan ....................................................................................................................... 33 III.6.4. Dẫn chất của thiophen ................................................................................................................ 33

IC IA L

III.6.5. Dẫn chất của pyrol .............................................................................................................................. 34 IV. DỊ VÒNG THƠM SÁU CẠNH – PYRIDIN VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT............. 34 IV.1. Cấu tạo và tính chất vật lí ................................................................................................................... 34 IV.2. Tính chất hóa học ..................................................................................................................................... 35 IV.2.1. Tính chất bazơ – Phản ứng của nguyên tử N............................................................... 35

IV.2.2. Phản ứng thế electrophin ......................................................................................................... 35 IV.2.3. Phản ứng thế nucleophin .......................................................................................................... 36

IV.2.4. Phản ứng oxi hóa - khử .............................................................................................................. 37 IV.3. Tổng hợp pyridin ..................................................................................................................................... 37

IV.3.1. Trùng hợp đóng vòng C2H2 với HCN.............................................................................. 37

IV.3.2. Đóng vòng của các hợp chất đicacbonyl không no với NH 3............................ 37

IV.3.3. Phương pháp Hantzsch .............................................................................................................. 38

V. MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA PYRIDIN ............................................................................................. 38 V.1. Phản ứng của các dẫn xuất ................................................................................................................... 38

V.2. Một số hợp chất chứa vòng pyridin có ứng dụng ................................................................. 40

VI. HỢP CHẤT DỊ VÒNG THƠM SÁU CẠNH NGƯNG TỤ CHƯA MỘT DỊ TỐ NITƠ .......................................................................................................................................................................... 40

V.1. Một số phản ứng của quinolin và isoquinolin ........................................................................ 41

V.2. Một số phương pháp tổng hợp quinolin và isoquinolin ................................................... 42 V.2.1. Tổng hợp Quinolin ......................................................................................................................... 42

KÈ

V.2.2. Tổng hợp Isoquinolin ................................................................................................................... 42 C. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ HỢP CHẤT DỊ VÒNG ............ 43

ẠY

D. KẾT LUẬN .............................................................................................................................................................. 57

E. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................................ 57