Khóa luận Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng pyrazole từ 4 - Nitroaxetophenol

ra. Kết tinh lại chất rắn thu được bằng dung dịch hỗn hợp nước : DMF (1:2).  Kết quả: BẢNG 2: KẾT QUẢ TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC HỢP CHẤT HIDRAZIT N-THẾ (3a-f) Chất -R CTCT tonc (oC) Hiệu suất (%) Đặc điểm 3a 5-Br 2-OH Hr NH - N O CH OH Br 203-205 65,5 Dạng bột, màu trắng 3b 4-OCH3 Hr NH - N O CH OCH3 184-186 60,5 Dạng bột, màu vàng nhạt 5. Tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazolin từ các hợp chất hidrazit N-thế (4b-c):  Phương trình phản ứng + (CH3CO)2O Hr C N O N C COCH3 H R' Hr NH - N O CH R + H2O Hr = O2N HN N và O2N N NH  Hoá chất - 0,01 mol (3b-c) - 8ml anhydrit axetic (d=1,08 g/ml) - 40ml Dioxan : etanol (1:1) 3c 4-N(CH3)2 Hr NH - N O CH N(CH3)2 206-208 61,5 Dạng bột, màu đỏ da cam 3d 4-Cl Hr NH - N O CH Cl 200-202 59,4 Dạng bột, màu vàng 3e 4-NO2 Hr NH - N O CH NO2 194-195 57,4 Dạng bột, màu vàng 3f 4-CH3 Hr NH - N O CH CH3 199-200 60,3 Dạng bột, màu vàng  Cách tiến hành Cho 0,01 mol (3b-c) và 8 ml (CH3CO)2O vào bình cầu 100ml. Lắp sinh hàn ngược rồi đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng trong 4 giờ. Sau khi để nguội đổ hỗn hợp phản ứng vào một cốc nước lạnh. Lọc lấy chất rắn rửa sạch chất rắn bằng nước lạnh, kết tinh lại chất rắn bằng dioxan : etanol (1:1).  Kết quả: BẢNG 3: KẾT QUẢ TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC DẪN XUẤT CHỨA DỊ VÒNG 1,3,4-OXADIAZOLIN (4b- c) III. Xác định tính chất và một số tính chất vật lý 1. Nhiệt độ nóng chảy Các hợp chất đã tổng hợp đều là chất rắn. Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy FP62 Mettler Toledo tại phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ – Khoa Hoá – Trường ĐH Sư Phạm TP Hồ Chí Minh. 2. Phổ hồng ngoại (IR) Phổ hồng ngoại của tất cả các hợp chất đã tổng hợp được ghi trên máy FTIR- 8400S SHIMADZU dưới dạng viên nén KBr, được thực hiện tại Khoa Hóa – Trường ĐH Sư Phạm TP Hồ Chí Minh. 3. Phổ cộng hưởng từ proton ( 1H-NMR) Chất -R CTCT tonc (oC) Hiệu suất (%) Đặc điểm 4b 4-OCH3 Hr C N O N C COCH3 H OCH3 206-208 45 Dạng bột, màu trắng 4c 4-N(CH3)2 Hr C N O N C COCH3 H N(CH3)2 212-214 52 Dạng bột, màu vàng chanh Phổ 1H-NMR của các chất được ghi trên máy Bruker AC 500MHz trong dung môi DMSO được thực hiện tại Phòng cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I. Tổng hợp dietyl oxalat 1. Phương trình phản ứng (COOH)2 + 2C2H5OH (COOC2H5)2+ 2H2O 2. Cơ chế phản ứng HO O O O H HO OH O O + C2H5OH O O OHHO O H C2H5 O O OHHO O C2H5 -H O O OHH2O O C2H5 + H O O C2H5O OH- H2O O OH C2H5O O +H HO OH C2H5O O + C2H5OH C2H5O O OH O HO C2H5 H -H C2H5O O OH O HO C2H5 +H C2H5O O OH2 O HO C2H5 - H2O C2H5O O HO OC2H5 -H C2H5O O O OC2H5 Axit oxalic là một axit mạnh có pK1=1,23; pK2=4,19 và có tính khử mạnh. Với phản ứng este hóa để tăng hiệu suất thường dùng xúc tác axit (phổ biến nhất là axit sunfuric đặc). Tuy nhiên nếu dùng xúc tác H2SO4 đặc trong trường hợp này thì xảy ra phản ứng H2SO4 đặc oxi hóa axit oxalic làm giảm hiệu suất rất nhiều. Vì thế với phản ứng este hóa axit oxalic, người ta dùng chính axit này làm xúc tác. Như vậy để tăng hiệu suất phản ứng chúng tôi tiến hành các biện pháp: • Tách nước ra khỏi hỗn hợp phản ứng để cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo este bằng cách: lắp ống tách nước, dùng benzen làm dung môi để lôi cuốn hơi nước. • Đun hỗn hợp phản ứng cho đến khi nước không tách ra nữa (thời gian tối thiểu khoảng 15 giờ).  Sản phẩm Este thu được là dung dịch không màu nhiệt độ sôi là 184-186oC, phù hợp với số liệu mà tài liệu [27] đã mô tả. II. Tổng hợp etyl 4-(4-nitrophenyl)-2,4-dioxobutanoat (1) 1. Phương trình phản ứng O2N CH3 O + (COOC2H5)2 C2H5ONa O2N O O C2H5 O O + C2H5OH 2. Cơ chế phản ứng Phản ứng xảy ra theo cơ chế ngưng tụ Claisen giữa xeton và este trong môi trường kiềm. Phân tử p-NO2-C6H5COCH3 có CH3C=O, nguyên tử oxy có độ âm điện lớn hút electron về phía nó, làm giảm mật độ electron trên cacbon của nhóm metyl (-CH3), làm H linh động hơn nên dễ tách ra. Trong môi trường bazơ mạnh C2H5ONa, ion etylat sẽ tấn công và lấy đi H linh động (ở vị trí α đối với nhóm cacbonyl của xeton) tạo thành cacbanion -COCH2─. Cacbanion được bền hóa do cộng hưởng và đóng vai trò là tác nhân nucleophin trong phản ứng. O CH2 O CH2 O2N O2N Tác nhân nucleophin –COCH2─ cộng vào nguyên tử cacbon mang điện dương của nhóm cacbonyl của este (chậm) tạo andol; sau đó tách C2H5O─ tạo thành sản phẩm (nhanh). O2N O + O2N O O O O CH3 + C2H5O C2H5O H O2N O + O O OO O2N O O O O CH3 O - C2H5OH  Sản phẩm: Chất (1) là chất rắn kết tinh dạng bột màu nâu đỏ, nóng chảy ở nhiệt độ 115- 116oC, phù hợp với số liệu mà tài liệu [27] đã công bố. 3. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Trên phổ IR của chất (1) (xem phụ lục 2) chúng tôi thấy: - Xuất hiện vân hấp thụ ở 3124 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết đơn Csp2-H - Xuất hiện vân hấp thụ trong vùng 3000 – 2850 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết đơn –C-Hno. - Xuất hiện vân hấp thụ ở 1728, 1718 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết –C=O của este. - Xuất hiện vân hấp thụ ở 1578 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C=Cthơm. - Xuất hiện vân hấp thụ ở 1522 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm –NO2 gắn trực tiếp vào vòng benzen. Như vậy, qua việc xác định tính chất của sản phẩm và phân tích phổ IR cho phép chúng tôi khẳng định đã tổng hợp thành công hợp chất este etyl 4-(4-nitrophenyl)-2,4- dioxobutanoat (1). III. Tổng hợp hydrazit chứa dị vòng pyrazole (2) 1. Phương trình phản ứng O2N O O C2H5 O O + 2NH2-NH2 Hr NH - NH2 O + C2H5OH + 2H2O 2. Cơ chế phản ứng Phản ứng trên diễn ra theo cơ chế cộng nucleophin (AN) vào nhóm cacbonyl, tác nhân thân hạch là đôi điện tử tự do trên 2 nguyên tử nitơ của hợp chất hydrazin hidrat (NH2-NH2). Phản ứng trên xảy ra gồm 2 phản ứng:  Phản ứng 1: Khép vòng pyrazole Giai đoạn 1: đôi điện tử của nitơ trong nhóm –NH2 sẽ ưu tiên tấn công thân hạch vào nhóm cacbonyl dương điện hơn tạo oxim đồng thời tách 1 phân tử nước. Giai đoạn 2: đôi điện tử của nitơ trong nhóm >N-NH2 tấn công vào nhóm cacbonyl còn lại, đóng vòng đồng thời 1 phân tử nước được tách ra tạo thành hợp chất pyrazole. Phỏng theo cơ chế tạo vòng pyrazole từ hợp chất m-tolyloxyaxetohydrazit và axetylaxeton đã được mô tả trong tài liệu [29], theo chúng tôi trong trường hợp này phản ứng diễn ra như sau: O2N O O O O CH3 + O2N O O HNEtOOC H NH2 O2N O O NEtOOC H NH2 H O2N O N COOEt-H2O H2N O2N N COOEt O HN H O2N N COOEt HO HN -H2O O2N N COOEt HN O2N NHN O O CH3 NH2-NH2 Hoặc: O2N O O O O CH3 + -H2O -H2O O2N NH COOEt N O2N NHN O O CH3 NH2-NH2 O2N O O O O CH3 NH NH2 H O2N OH O O O CH3 N NH2 H O2N N O O O CH3 NH2 O2N N O O O CH3 HN H O2N N OH O O CH3 NH  Phản ứng 2: Hình thành hợp chất hydrazit Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng nucleophile AN, tác nhân nucleophile là hydrazin NH2–NH2 với đôi điện tử tự do của nguyên tử nitơ. Phản ứng thuận nghịch, xảy ra qua hai giai đoạn: Hr C OC2H5 O H2N NH2 δ+ δ− Hr C OC2H5 O NH2 NH2 Hr C OC2H5 OH NH NH2 - OC2H5 Hr C O NH NH2 H Hr C O NH NH2H Giai đoạn 1: cộng tác nhân nucleophile NH2–NH2 vào nguyên tử carbon – carbonyl, đây là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng. Giai đoạn 2: giai đoạn tách nhóm –OC2H5. Phản ứng tạo hydrazit từ este xảy ra thuận lợi trong môi trường kiềm yếu. Vì trong môi trường acid thì hydrazin sẽ bị proton hoá làm giảm tính nucleophin và este cũng bị thuỷ phân một phần làm giảm hiệu suất phản ứng. Còn nếu phản ứng thực hiện trong môi trường kiềm mạnh thì este sẽ dễ dàng bị thuỷ phân làm mất một lượng lớn este, giảm hiệu suất phản ứng.  Sản phẩm: Sản phẩm thu được là chất rắn dạng bột màu vàng, nóng chảy ở nhiệt độ 170- 172oC, dung môi kết tinh là nước : dioxan (2:1).  Nhận xét: Phản ứng khép vòng pyrazole được thực hiện giữa hợp chất (1) – hợp chất 1,3- dicacbonyl bất đối xứng với hydrazin hidrat nên sản phẩm hình thành của quá trình trên có khả năng tạo thành một hỗn hợp đồng phân gồm 2 chất 5-(4- nitrophenyl)pyrazole-3-cacbohidrazit và 3-(4-nitrophenyl)pyrazole-5-cacbohidrazit. Do nhóm cacbonyl gần nhóm chức este dương điện hơn nên nhóm cacbonyl còn lại nên sản phẩm 5-(4-nitrophenyl)pyrazole-3-cacbohidrazit là sản phẩm chính. Dựa vào một số tính chất vật lý của sản phẩm sau phản ứng như: nhiệt độ nóng chảy khác nhiều so với hợp chất trước, màu sắc, dạng tinh thể, dung môi kết tinh... cho phép chúng tôi dự đoán hydrazit (2) đã được hình thành. Việc phân tích phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ proton nhằm khẳng định một cách chính xác hơn cấu trúc và sự hình đồng phân của hợp chất (2). 3. Phương pháp nâng cao hiệu suất phản ứng Các phản ứng trên xảy ra thuận lợi trong môi trường bazơ yếu, hydrazin hydrat tạo môi trường bazơ nên lượng hydrazin cho vào phản ứng phải cho từ từ (chia làm 2 hay 3 đợt) để tránh tạo môi trường bazơ mạnh phân huỷ este. Để tăng hiệu suất của phản ứng, cần dùng dư một lượng hydrazin để đảm bảo lượng hydrazin khép vòng pyrazole và tạo dẫn xuất hidrazit (cụ thể ở đây chúng tôi dùng với tỷ lệ 1:8). Dùng một lượng vừa đủ etanol để hoà tan chất phản ứng, thuận lợi cho phản ứng; tránh dùng quá dư sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch. 4. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR của chất (2) (xem phụ lục 3)cho biết đây là hợp chất hydrazit với các vân hấp thụ đặc trưng cho dao động của các liên kết trong phân tử như sau: - Vân hấp thụ ở 1690 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết >C=O trong phân tử hydrazit. Tần số dao động hoá trị của liên kết C=O giảm so với liên kết C=O trong este là 1728 cm-1, do đôi điện tử trên nguyên tử Nitơ tham gia vào hệ liên hợp với nhóm C=O mạnh hơn so với đôi điện tử trên nguyên tử oxi. Vì thế vân hấp thụ của liên kết >C=O trong phân tử hydrazit chuyển về vùng có tần số thấp hơn. - Có sự xuất hiện vân hấp thụ mạnh ở tần số 3192 cm-1 và 3123 cm-1 đặc trưng cho dao động tự do của nhóm N-H. Qua đó chứng tỏ sự hình thành hợp chất hidrazit có chứa dị vòng pyrazole. - Xuất hiện vân hấp thụ ở 3080 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết đơn Csp2-H. - Xuất hiện vân hấp thụ ở 1645 cm-1 và 1601 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C=N và C=C của dị vòng pyrazole nhưng do cường độ biến đổi và thường lẫn với các vân phổ đặc trưng cho dao động khung của vòng thơm benzen (C=Cthơm) nên khó quy kết chính xác. 5. Phân tích phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) Như đã nói ở trên phản ứng giữa hydrazine với 1,3-dixeton bất đối xứng có thể tạo thành hỗn hợp đồng phân 5-(4-nitrophenyl)pyrazole-3-cacbohidrazit và 3-(4-nitrophenyl)pyrazole-5-cacbohidrazit: O2N O O C2H5 O O + NH2-NH2 O2N HN NH - NH2 N O 1 2 3 4 5 6 7 8 O2N N NH - NH2 NH O 1 2 3 4 5 6 7 8 Phổ 1H-NMR của (2) xuất hiện đầy đủ các tín hiệu với cường độ như dự kiến. Tuy nhiên, các tín hiệu thường có dạng ghép của 2 bộ tín hiệu; đặc biệt, proton trong nhóm NH của dị vòng pyrazole cho 2 tín hiệu rõ rệt với tỷ lệ cường độ khoảng 7 : 3 (xem hình 1). Mặc dù có sự khác biệt về tỷ lệ cường độ giữa 2 bộ tín hiệu trên phổ 1H-NMR (ứng với tỷ lệ mol 2 đồng phân tạo thành) do sự khác nhau giữa các nhóm thế và điều kiện phản ứng so với các phản ứng khép vòng pyrazole mà các tài liệu [21, 23] đã mô tả, song sự tạo thành hỗn hợp hai đồng phân pyrazole cũng là điều thường gặp khi tổng hợp dị vòng này từ các hợp chất 1,3-dicacbonyl bất đối xứng như các tài liệu [5, 21, 23] đã mô tả. Hình 1: Một phần phổ 1H-NMR của hợp chất (2) Dựa vào độ dịch chuyển hóa học, sự tách spin-spin giữa các tín hiệu và cường độ các vân phổ có thể quy kết các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton của (2) (phụ lục 4, 5) như sau: - Hai tín hiệu ở 8,06 ppm; 8,01 ppm (2H, doublet, 3J=8,5Hz) và 8,31 ppm (2H, doublet, 3J=8,0Hz) được quy kết cho hai loại proton H3,4 và H1,2 trên vòng benzen. Do hiệu ứng liên hợp rút electron của oxi trong nhóm nitro (-NO2) mạnh nên proton H1,2 sẽ dịch chuyển về phía trường yếu hơn so với proton H3,4. Cả hai tín hiệu này đều ở dạng doublet do có tương tác spin-spin. - Hai tín hiệu dạng tù rộng có độ dịch chuyển hoá học lần lượt là 9,49 ppm và 9,87 ppm với tổng cường độ tương đối là 1H được quy kết cho proton H5 trên dị vòng pyrazole. Do sự hình thành đồng thời 2 đồng phân nên tín hiệu này phân tách rõ rệt thành 2 tín hiệu với tỉ lệ khoảng 7:3 tương ứng với tỉ lệ mol của 2 đồng phân trong hỗn hợp. - Trên phổ còn lại 2 tín hiệu dạng singlet, nhìn vào công thức cấu tạo của (2) ta có thể dự đoán đó là các tín hiệu của proton 6, 7. Mật độ electron xung quanh hạt nhân đang xét phụ thuộc vào độ âm điện của nguyên tử hay nhóm nguyên tử bên cạnh. Nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) có độ âm điện càng lớn sẽ càng làm giảm mật độ electron xung quanh hạt nhân đang xét và do đó làm cho tín hiệu hạt nhân này chuyển về phía trường yếu (δ lớn). Do độ âm điện của N > C nên H7 có δ=14,00 ppm; tín hiệu dạng singlet, cường độ 1H còn lại là của proton H6 có δ=7,36 ppm. - Tín hiệu có tù rộng tại 4,56 ppm và cường độ tương đối là 2H đặc trưng cho tín hiệu của nhóm N-H được quy kết cho proton H8 của nhóm NH2.  Như vậy, qua việc xác định tính chất của sản phẩm và phân tích phổ IR và phổ 1H-NMR cho phép chúng tôi khẳng định đã tổng hợp được hợp chất hydrazit (2), đồng thời cũng cho thấy sự hình thành hỗn hợp hai đồng phân trong quá trình tổng hợp. IV. Tổng hợp các dẫn xuất hydrazit N-thế (3a-f) 1. Phương trình phản ứng Hr NH - NH2 O CHO + R Hr NH - N O CH R + H2O 2. Cơ chế phản ứng Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn: • Giai đoạn đầu phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng nucleophile (AN): phân tử hidrazit với nhóm NH2 còn đôi điện tử tự do trên nguyên tử nitơ đóng vai trò là tác nhân nucleophile tấn công vào cacbon cacbonyl của dẫn xuất benzandehit. Hr NH - NH2 O R C O H + δ− δ+ Hr N O N H HH C H OH R Hr N O N HH C H OH R • Giai đoạn sau là phản ứng tách nước tạo hydrazide N-thế: Hr H N O N H C H OH R -H2O Hr H N O N C H R 3. Phương pháp nâng cao hiệu suất Trong phản ứng này ta cần hòa tan hoàn toàn hydrazit trong hỗn hợp nước:dioxan (2:1) để tạo thành dung dịch đồng nhất. Vì dung dịch thu được là trong suốt nên ta dễ dàng nhận biết phản ứng có xảy ra hay không nhờ lượng kết tủa dần được tạo thành trong quá trình đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng. Sau khi kết tinh sản phẩm bằng nước:DMF (1:2), khi lọc lấy chất rắn cần rửa lại bằng etanol để loại bỏ DMF bám trên sản phẩm. 4. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Trên phổ hồng ngoại của các hydrazit N-thế (3a-f) (xem phụ lục 6; 9;12; 15; 18 và 21) đều có một số vân hấp thụ đặc trưng như sau: - Vân hấp thụ ở vùng 3110-3200 cm-1 là vân đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H. Tín hiệu của dao động hoá trị của nhóm Csp2-H có sự trùng chập với tín hiệu của nhóm –NH nên không xuất hiện trên các phổ IR. - Ở vùng 2850-2950 cm-1 có sự xuất hiện đám vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết Csp3-H - Ở vùng 1670-1700 cm-1 có xuất hiện vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết >C=O. - Vân hấp thụ ở khoảng 1600-1620 cm-1 và 1510-1520 cm-1 ứng với dao động hóa trị của liên kết C=C thơm, C=N. - Bên cạnh một số vân hấp thụ có đặc điểm chung như trên thì phổ IR của các hydrazit thế (3a-f) còn có một số vân hấp thụ riêng đặc trưng cho từng chất. Cụ thề: o Phổ IR của (3a) có đám vân tù và rộng có đỉnh ở 3489 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH tham gia liên kết hydro và vân hấp thụ ở 544 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C-Br. o Phổ IR của (3d) có sự xuất hiện vân hấp thụ ở 593 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C-Cl. Kết quả quy kết phổ IR của các hydrazit N-thế được tóm tắt ở bảng 4 BẢNG 4: MỘT SỐ TÍN HIỆU HẤP THỤ TIÊU BIỂU TRÊN PHỔ IR CỦA CÁC HYDRAZIT N-THẾ O2N HN NH - N N O CH R và O2N N NH - N NH O CH R Hợp chất -R Tần số (cm-1) O-H N-H C-H no C=O C=C, C=N 3a 5-Br-2-OH 3489 3190 - 1692 1605 3b 4-OCH3 - 3169 3119 2916 2848 1667 1609 3c 4-N(CH3)2 - 3160 2917 1663 1598 3d 4-Cl - 3140 3111 - 1682 1591 3e 4-NO2 - 3188 3163 - 1670 1603 3f 4-CH3 - 3185 - 1667 1604 3. Phân tích phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) Khi tổng hợp hợp chất (2) đã tạo thành hỗn hợp đồng phân. Khi ngưng tụ (2) với các benzandehit thơm khác nhau tạo nên các hợp chất (3a-f) cũng có sự xuất hiện đồng phân như hợp chất (2). Phổ 1H-NMR của các hợp chất này có sự trùng chập của 2 bộ phổ nên mất đi nhiều nét tinh tế của hình dạng vân phổ (xem hình các phụ lục 7; 8;10; 11; 13; 14; 16; 17; 19;20; 22 và 23) . Ở hợp chất (3a) thể hiện rõ nét nhất hiện tượng đồng phân với tỉ lệ mol 1:1, các hợp chất cũng thể hiện hiện tượng này tuy nhiên với các tỉ lệ mol khác nhau. Hình 2: Một phần phổ 1H-NMR của hợp chất (3a) Với qui ước đúng số vị trí: O22N NH NH -- N N O C H11 2 33 44 5 66 77 8 11 1100 9 R 1122 13 và O2N N NH - N NH O C H1 2 3 4 5 6 7 8 11 10 9 R 12 13 Dựa vào độ dịch chuyển hóa học, sự tách spin-spin giữa các tín hiệu và cường độ các vân phổ có thể quy kết các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton của các hợp chất (3a-f) như sau: - Trong vùng trường yếu có độ dịch chuyển hoá học từ 11,30 – 12,30 ppm và 14,10 – 14,30 ppm có sự xuất hiện hai tín hiệu dạng singlet hoặc tù rộng cường độ tương đối là 1H, dựa vào công thức cấu tạo của các hợp chất chúng tôi dự đoán đây là các tín hiệu của H5 và H7. Khi xem xét mật độ electron của các hạt nhân thì mật độ electron của H5 lớn hơn mật độ electron của H7; mặc khác khi so sánh phổ với hợp chất (2) thì tín hiệu H5 dịch chuyển về trường mạnh hơn so với H7. Chúng tôi quy kết tín hiệu trong vùng 11,30 – 12,30 ppm được quy kết cho H5 của nhóm N-H trên dị vòng pyrazole, tín hiệu trong vùng 14,10 – 14,30 ppm được quy kết cho H7. Đối với hợp chất (3a) tín hiệu H5 và H7 xuất hiện dưới dạng tín hiệu singlet với tổng cường độ tương đối là 1H. Ở hợp chất (3c) hai tín hiệu này lại trao đổi với dung môi nên không xuất hiện trên phổ. - Tín hiệu proton H6 tương đối ổn định có dạng singlet, độ dịch chuyển trong khoảng 7,45 – 7,60 ppm cường độ tương đối 1H. - Tín hiệu proton H8 của nhóm imin N=CH xuất hiện dưới dạng singlet cường độ tương đối 1H trong khoảng 8,50 – 8,70 ppm. Đối với hợp chất (3c) tín hiệu này trùng chập với tín hiệu của các proton H1,2. - Tín hiệu H1,2 và H3,4 có độ dịch chuyển trong vùng từ 7,54 – 8,35 ppm dạng doublet, cường độ tương đối là 2H hằng số tách 3J = 8-8,5 ppm. Do nhóm –NO2 là nhóm rút electron nên tín hiệu H1,2 dịch chuyển về trường yếu hơn so với H3,4. Nhưng đối với hợp chất (3a) và (3f) thì 2 tín hiệu này không xác được hình dạng do sự trùng chập 2 bộ phổ với nhau. - Tín hiệu proton H9,10 và H11,12 ở hợp chất (3b) và (3c) có độ dịch chuyển trong vùng trường thơm từ 6,76 – 8,13 ppm, dạng doublet cường độ tương đối 2H. Đối với hợp chất còn lại 2 tín hiệu này tương đối không ổn định và hình dạng tín hiệu có sự thay đổi. - Bên cạnh những nét chung của các tín hiệu trên, thì phổ 1H-NMR của các hợp chất cũng có những nét riêng như sau: o Hợp chất (3a) có sự xuất hiện tín hiệu dạng singlet cường độ tương đối 1H ở 12,23 ppm được quy kết cho proton của nhóm -OH (H13). o Hợp chất (3b); (3c) và (3f) có sự xuất hiện tín hiệu dạng singlet cường độ tương đối lần lượt là 3H, 6H và 3H có độ dịch chuyển hoá học lần lượt là 3,82; 2,98 và 2,50 ppm được quy kết cho H13. Kết quả quy kết phổ 1H-NMR của các hydrazit N-thế được tóm tắt ở bảng 5. BẢNG 5: BẢNG QUY KẾT MỘT SỐ TÍN HIỆU TRÊN PHỔ 1H-NMR CỦA CÁC HYDRAZIT N-THẾ O22N NH NH -- N N O C H11 2 3 44 5 66 77 8 11 1100 9 R 1122 13 và O2N N NH - N NH O C H1 2 3 4 5 6 7 8 11 10 9 R 12 13 Vị trí Tín hiệu (δ, ppm và J, Hz) 3a 3b 3c 3d 3e 3f 1,2 (2H) 8,35 (*) 8,34 (d) 3J = 8,5 8,33 (d) 3J = 8,5 8,34 (d) 3J = 8,5 8,34 (*) 8,34 (d) 3J = 8,0 3,4 (2H) 8,11 (*) 8,09 (d) 3J = 8,5 8,09 (d) 3J = 8,5 7,54 (d) 3J = 8,5 8,34 (*) 7,28 (d) 3J = 8,0 5 (1H) 11,30 (s) 11,34 (s) 11,75 (br) - 11,98 (br) 12,22 (br) 11,89 (s) 11,73 (s) 6 (1H) 7,56 (s) 7,49 (s) 7,49 (s) 7,48 (s) 7,54 (s) 7,55 (s) 7,51 (s) 7 (1H) 14,29 (s) 14,19 (s) 14,13 (br) - 14,13 (br) 14,22 (br) 14,15 (br) 8 (1H) 8,70 (s) 8,62 (s) 8,42 (s) 8,33 8,49 (br) 8,62 (br) 8,50 (br) 9,10 (2H) 7,85 (s) 7,73 (s) 7,68 (d) 3J = 8,5 7,55 (d) 3J = 8,0 7,76 (br) 8,13 (br) 8,13 (br) 11,12 (2H) 7,40 (*) 6,91 (*) 7,03 (d) 3J = 8,5 6,76 (d) 3J = 8,0 8,13 (*) 8,01 (*) 7,64 (*) 13 12,23 (s) 3,82 (s) 2,98 (s) - - 2,50 (s) Qua kết quả phân tích phổ IR và 1H-NMR của chất (3a-f) chúng tôi khẳng định đã tổng hợp thành công các hợp chất hydrazit N-thế và có công thức đúng như dự kiến. V. Tổng hợp các dẫn xuất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazolin từ các hợp chất hidrazit N-thế (4b-c) 1. Phương trình phản ứng + (CH3CO)2O Hr C N O N C COCH3 H R' Hr NH - N O CH R + H2O 2. Cơ chế phản ứng Theo tài liệu [18] cơ chế của phản ứng tạo vòng oxadiazolin từ các hợp chất hydrazon và anhydrit axetic được đề nghị như sau: Hr C O N N CH H Hr C OH N N CH + (CH3CO)2O Hr C O N N C C CH3 O H Hr C O N N C H COCH3 Hr C N O N C COCH3 H R R R R R 3. Phương pháp nâng cao hiệu suất Trong phản ứng này ta cần hòa tan hydrazit N-thế với lượng (CH3CO)2O dư gấp 2-3 lần để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn. Dùng 1 cốc nước đá thật lạnh để cho hỗn hợp sau phản ứng vào nhằm loại bỏ lượng (CH3CO)2O dư. Dùng đũa thuỷ tinh khuấy mạnh để sản phẩm sẽ kết tủa dưới đáy cốc. 4. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Các hợp chất (4b-c) được tổng hợp từ anhydrit axetic các hợp chất (3b-c) tương ứng. Trên phổ hồng ngoại của các hợp chất (4b-c) (xem phụ lục 24 và 27) đều có một số vân hấp thụ đặc trưng như sau: - Vân hấp thụ ở vùng khoảng 3125cm-1 là vân đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H. - Ở vùng 2850-2950 cm-1 có sự xuất hiện đám vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết Csp3-H - Ở vùng khoảng 1750 cm-1 có xuất hiện vân hấp thụ mạnh đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết >C=O. - Vân hấp thụ ở khoảng 1600-1620 cm-1 và 1510-1520 cm-1 ứng với dao động hóa trị của liên kết C=C thơm, C=N. Kết quả quy kết phổ IR của các hợp chất (4b-c) được tóm tắt ở bảng 6. BẢNG 6: MỘT SỐ TÍN HIỆU HẤP THỤ TIÊU BIỂU TRÊN PHỔ IR CỦA CÁC HỢP CHẤT (4b-c) Hr C N O N C COCH3 H R' T T Trên phổ IR của các hợp chất (4b-c) vân hấp thụ của nhóm >C=O có sự dịch chuyển về trường mạnh hơn so với các hợp chất trước, có lẽ do sự hình thành dị vòng 1,3,4-oxadiazolin nên vấn hấp thụ này có tần số cao hơn. Ngoài ra vẫn còn có sự xuất hiện của pic N-H ở khoảng 3125 cm-1 chứng tỏ phản ứng khép vòng Chất -R Tần số (cm-1) O-H N-H Csp2-H C-Hno C=O C=C C=N 4b -OCH3 - 3123 - - 1748 1721 1693 1604 4c -N(CH3)2 - 3125 - - 1757 1720 1689 1604 1,3,4-oxadiazolin không xảy ra phản ứng axyl hoá ở nguyên tử nitơ trong vòng pyrazole. Qua việc quy kết phổ IR của các hợp chất (4b-c) chúng tôi bước đầu khẳng định việc tạo thành 2 hợp chất trên đúng theo công thức cấu tạo dự kiến. 5. Phân tích phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) Các các hợp chất (4b-c) cũng xảy ra hiện tượng đồng phân như các hợp chất trước nên nhiều tín hiệu mất đi nét đặc trưng của hình dạng vân phổ. O2N HN C NN O N C COCH3 H 1 2 4 3 5 6 7 8 9 1210 11 R 13 và O2N N C NNH O N C COCH3 H 1 2 4 3 5 6 7 8 9 1210 11 R 13 Dựa vào độ chuyển dịch hóa học, sự tách spin-spin giữa các tín hiệu và cường độ các vân phổ có thể quy kết các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton của chất (4b-c) như sau (xem phụ lục 25; 26 và 28; 29): - Khi so sánh phổ của hợp chất (4b-c) và hợp chất (3b-c) chúng tôi nhận thấy có lẽ do hình thành dị vòng 1,3,4-oxadiazolin nên tín hiệu của proton nhóm imin CH=N (singlet, 1H ở 8,30-8,40ppm) không còn nữa mà lại thấy tín hiệu H8 dạng singlet dịch chuyển về trường mạnh hơn so với các hợp chất (3) có độ dịch chuyển hoá học lần lượt là 8,09 ppm và 8,06 ppm. Ngoài ra còn có sự xuất hiện tín hiệu dạng singlet có cường độ tương đối là 3H ở gần 2,50 ppm ứng với các proton trong nhóm C(O)CH3 được quy kết cho H7. - Tín hiệu singlet cường độ tương đối là 1H, có độ dịch chuyển hoá học là lượt là 8,03 ppm và 7,93ppm lần lượt ở các chất (4b-c) đư