HÓA HỮU CƠ 2. GS.TSKH NGÔ THI THUẬN- ĐẶNG NHƯ TẠI

ĐẶNG NHƯ TẠI - NGÔ THỊ THUẬN HÓA HỌC HỮU Cơ ■ Tập 2 (T ái bản lần th ứ n h ấ t) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DUC VIÊT NAM

LỜI NÓI ĐẦU N hằm đáp ứng yêu cầu nâng cao kiến thức về hóa học hữu cơ ở bậc đại học, chúng tôi biên soạn giáo trình Hóa hoc Hữu cơ gồm hai tập, mỗi tập có 1 0 chương. Nội dung tập 1 đề cập đến các chương : Đại cương về hóa học hữu cơ ; Hiđrocacbon no ; Hiđrocacbon không no ; H iđrocacbon thơm ; Dầu mỏ và khí thiên nhiên ; Hóa học lập thể ; Phương pháp phổ và cấu tạo h ợ p chất hữu cơ ; Dẫn xuất halogen của hiđrocacbon ; H ợp chất cơ n g u y ên tô\"; Ancol, phenol và ete. Nội dung tập 2 gồm các chương : A nđehit và x e to n ; Axit cacboxylic và dẫn x u â't; H ợp chất hữu cơ chứa nitơ ; Hóa học enol và ion e n o la t; H ợp chất dị vòng ; C acbohiđrat ; Amino axit, peptit và protein ; Phân tích tông hợp lùi ; Steroit và ancaloit ; Thuôc chữa bệnh từ hợp chất h ữ u cơ. G iáo trình này được dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên các trường đại học, cho học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên về hóa học, nó cũng được dùng làm tài liệu cho cán bộ giảng dạv đại học, cán bộ nghiên cứu, giáo viên các trường phổ thông, học sinh chuyên hóa và n h ữ n g ai q u a n tâm đ ến hóa học hữu cơ. C húng tôi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến q uý báu cho bản thảo. Mặc d ù đ ã có n h iều cô' gắng, như ng chắc chắn sách còn có những chỗ chưa làm hài lòng bạn đọc. C húng tôi rất m ong nhận được ý kiến đóng góp xây dựng đê nội dung sách ngày càng hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến góp ý xin gửi về Công ty c ổ phần sách Đại học - Dạy nghề, N hả x u ất bản G iáo dục V iệt N am , 25 H àn T huyên, H à Nội. Các tác giả I

MỤC LỤC Chương 11. ANĐEHIT VÀ XETON .......................................................................................................................... 1 11.1 Danh pháp ...........................................................................................................................................................1 11.2 Tính chất vật l ý ................................................................................................................................................ 3 Ỷ ANĐEHIT - XETON NO VÀ T H Ơ M ......................................................................................................10 11.3 Tính chất hóa học ..........................................................................................................................................10 11.3.1 Đậc điểm của nhóm cacbonyl........................................................................................................................10 11.3.2 Phản ứng cộng nucleophin.............................................................................................................................. 11 11.3.3 Phản ứng với họp chất cơ lith i........................................................................................................................22 11.3.4 Tác dụng với các dẫn xuất một lần thế của amoniac.Phản ứng thế nguyên tử oxi-cacbonyl ........... 23 11.3.5 Các phản ứng với hợp chất có nhóm metylen linh động .......................................................................... 28 11.3.6 Phản ứng với ylit photpho (phản ứng V ittic)............................................................................................... 28 11.3.7 Sự tạo thành oxiran khi tương tác hợp chất cacbonyl với ylit lưu huỳnh................................................ 31 11.3.8 Các phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon ........................................................................................................... 32 11.3.9 Các phản ứng k h ử ............................................................................................................................................33 11.3.10 Phản ứng oxi hóa anđehit và xeton .............................................................................................................. 40 11.3.11 Phản ứng ngưng tụ benzoin............................................................................................................................46 11.3.12 Phản ứng đecacbonyl hóa các anđehit .........................................................................................................47 11.3.13 Phản ứng tự oxi hóa của anđehit................................................................................................................... 47 11.4 Phương pháp điều chẻ ..................................................................................................................................48 11.4.1 Đi từ hiđrocacbon ............................................................................................................................................48 11.4.2 Đi từ dẫn xuất h alogen....................................................................................................................................50 11.4.3 Đi từ ancol .........................................................................................................................................................51 11.4.4 Đi từ axit cacboxylic và muối của ch ú n g.................................................................................................... 52 11.4.5 Đi từ dẫn xuất của axit cacboxylic................................................................................................................53 11.4.6 Sử dụng 1,3-đithian trong tổng hợp anđehit và xeton ...............................................................................54 11.4.7 Các phương pháp riêng điều chế anđehit và xeton thơm ...........................................................................55 11.5 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ....................................................................................................................... 58 11.6 Hợp chất th iocacb on yl..................................................................................................................................64 HỢP CHẤT POLICACBONYL ..............................................................................................................65 11.7 Hợp chất 1,2-đicacbonyl.............................................................................................................................. 65 11.7.1 Phương pháp điều chế......................................................................................................................................65 11.7.2 Các phản ứng của hợp chất 1,2-đicacbonyl..................................................................................................66 11.7.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ..........................................................................................................................67

11.8 Hợp chất 1,3-đicacbonyI............................................................................................................................... 68 11.8.1 Tautome x eto-en ol............................................................................................................................................68 11.8.2 Phương pháp điều c h ế ...................................................................................................................................... 69 11.8.3 Các phản ứng của hợp chất 1 ,3 -đicacbonyl.................................................................................................. 69 11.8.4 Giới thiệu các chất tiêu biểu ...........................................................................................................................70 11.9 Hợp chất 1,4-đicacbonyl................................................................................................................................71 11.10 Hợp chất tricacbonyl ..................................................................................................................................... 71 HỢP CHẤT CACBONYL KHÔNG N O ............................................................................................... 72 11.11 Xeten ...................................................................................................................................................................72 11.11.1 Phương pháp điều ch ế....................................................................................................................................... 73 11.11.2 Cấu tạo và tính ch ất...........................................................................................................................................73 11.11.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ...........................................................................................................................75 11.12 Hợp chất cacbonyl a , P-khỏng n o ...............................................................................................................76 11.12.1 Phương pháp điều chế....................................................................................................................................... 76 11.12.2 Tính chất hóa h ọ c .............................................................................................................................................. 76 11.12.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ...........................................................................................................................78 11.13 Q u in o n ............................................................................................................................................................... 79 O X I M ................................................................................................................................................................ 81 11.14 Đồng phân lập thể của oxim ........................................................................................................................ 81 11.15 Phản ứng của oxim ......................................................................................................................................... 83 11.15.1 Phản ứng với axit và b a z ơ ................................................................................................................................83 11.15.2 Các phản ứng ankyl hóa và axyl hóa...............................................................................................................83 11.15.3 Sự chuyển vị B ecm an........................................................................................................................................83 11.16 Các hợp chất halogencacbonyl ................................................................................................................... 85 11.16.1 Phương pháp điều c h ế ...................................................................................................................................... 85 11.16.2 Phản ứng của các hợp chất halogencacbonyl...............................................................................................86 11.16.3 Các hợp chất halogencacbonyl tiêu b iể u .......................................................................................................87 CÁC HỢP CHẤT H IĐ R O X IC A C B O N Y L...........................................................................................88 11.17 Hợp chất 1,2-hiđroxicacbonyI..................................................................................................................... 88 11.17.1 Phương pháp điều chế hợp chất 1,2-hiđroxicacbonyl ................................................................................ 88 11.17.2 Phản ứng của các hợp chất 1,2-hiđroxicacbonyl......................................................................................... 89 11.17.3 Một số hợp chất 1,2-hiđroxicacbonyl tiêu biểu .......................................................................................... 89 11.17.4 Các anđehitphenol và xetophenol .................................................................................................................. 91 Tóm tát về hóa học A N Đ E H IT .................................................................................................................................... 93 Tóm tát về hóa học XETON .........................................................................................................................................95 iv

Chương 12. AXIT CACBOXYLIC. DAN x u ấ t c ủ a AXIT CACBOXYLIC. DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBONIC. AXIT SUNFONIC VÀ DAN x u ấ t ..............................96 t A. AXIT C A C B O X Y L IC .............................................................................................................................................96 12.1 Danh pháp ....................................................................................................................................................... 96 AXIT M ONOCACBOXYLIC NO VÀ T H Ơ M .................................................................................... 97 12.2 Tính chất vật lý ............................. ................................................................................................................ 97 12.3 Tính chất hóa học ........................................................................................................................................102 12.3.1 Phản ứng làm đứt liên kết o - H. Sự phân ly a x it .................................................................................... 103 12.3.2 Các phản ứng thế và cộng ở nhóm cacboxyl............................................................................................. 107 12.3.3 Phản ứng đecacboxyl hóa (tách nhóm cacboxyl)..................................................................................... 108 12.3.4 Phản ứng ở gốc hiđrocacbon........................................................................................................................110 12.4 Phương pháp điều c h ế ................................................................................................................................112 12.4.1 Oxi hóa các hợp chất hữu cơ (Phương pháp tổng hợp giảm mạch và giữ nguyên mạch cacbon)... 112 12.4.2 Thủy phân các dẫn xuất của axit cacboxylic và axit orthoíomic (Phương pháp tổng hợp giữ nguyên mạch cacb on ).................................................................................114 12.4.3 Đưa thêm nhóm cacboxyl vào phân tử hợp chất hữu c ơ .......................................................................... 114 12.5 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ......................................................................................................................116 AXIT ĐICACBO XYLIC NO VÀ THƠM ........................................................................................... 118 12.6 Tính chất vật l ý ............................................................................................................................................ 118 12.7 Tính chất hóa học ........................................................................................................................................119 12.7.1 Sựphânlyaxit ................................................................................................................................................119 12.7.2 Tác dụng của n h iệt........................................................................................................................................ 120 12.8 Phương pháp điều c h ế ................................................................................................................................122 12.8.1 Phương pháp oxi hóa .................................................................................................................................... 122 12.8.2 Phương pháp thủy phân................................................................................................................................. 122 12.8.3 Tổng hợp theo Crum - Brom và Walker (1891, 1893) ............................................................................ 123 12.8.4 Tổng hợp từ etyl malonat ............................................................................................................................. 123 12.9 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ......................................................................................................................123 AXIT CACBOXYLIC KHÔNG N O ..................................................................................................... 127 12.10 Tính chất ........................................................................................................................................................127 12.10.1 Sự phân ly axit ................................................................................................................................................127 12.10.2 Phản ứng cộng ............................................................................................................................................... 129 12.10.3 Phản ứng đồng phân h ó a ...............................................................................................................................130 12.11 Phương pháp điều c h ế ................................................................................................................................ 131 12.11.1 Phương pháp tách loại (tách một phân tử nhỏ ra khỏi gốc của axit no) ............................................... 131 12.11.2 Phương pháp oxi hóa .....................................................................................................................................131 12.11.3 Phương pháp ngưng tụ .................................................................................................................................. 132 V

12.11.4 Phương pháp thủy phân..................................................................................................................................132 12.12 Giới thiệu các chất tiêu b iê u .......................................................................................................................132 12.12.1 Axit ankenmonocacboxylic........................................................................................................................... 132 12.12.2 Axit ankinmonocacboxylic............................................................................................................................ 135 12.12.3 Axit đicacboxylic không no........................................................................................................................... 136 12.13 Axit h aỉogencacb oxyỉic................................................................................................................................138 12.13.1 Tính c h ấ t..........................................................................................................................................................138 12.13.2 Phương pháp điều chế axit halogencacboxylic .........................................................................................140 12.13.3 Các axit halogencacboxylic tiêu biểu ......................................................................................................... 142 12.14 Axit hiđroxicacboxylic.................................................................................................................................143 Axit hiđroxicacboxylic với nhóm hiđroxyl ancol .............................................................................. 143 12.14.1 Tính chất............................................................................................................................................................ 143 12.14.2 Điều chế............................................................................................................................................................. 146 12.14.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu.......................................................................................................................... 148 12.15 L a c to n .............................................................................................................................................................. 153 12.15.1 P-Lacton ........................................................................................................................................................... 153 12.15.2 y- và Ô-Lacton ..................................................................................................................................................155 12.16 E p o x ia x it.......................................................................................................................................................... 158 Axit phenolcacboxylic ............................................................................................................................... 158 12.17 Phương pháp điểu c h ế .................................................................................................................................158 12.18 Tính chất .........................................................................................................................................................160 12.19 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ....................................................................................................................... 161 12.20 T a n in ................................................................................................................................................................. 165 12.20.1 Tanin có nhóm chức este .............................................................................................................................. 165 12.20.2 Tanin không có nhóm chức este .................................................................................................................. 165 12.21 Axit o x o ca cb o x y lic........................................................................................................................................166 12.21.1 Phương pháp điều chế các axit oxocacboxylic.......................................................................................... 167 12.21.2 Giới thiệu các chất tiêu biểu ......................................................................................................................... 168 12.22 Axit thiocacboxylic ...................................................................................................................................... 172 ^-B. DẨN XUẤT Ớ NHÓM CHỨC CỦA AXIT CACBOXYLIC .....................................................................173 12.23 E s t e .................................................................................................................................................................... 176 12.23.1 Tính c h ấ t...........................................................................................................................................................177 12.23.2 Phương pháp điều c h ế .................................................................................................................................... 187 12.23.3 Orthoeste ..........................................................................................................................................................192 12.23.4 Một số ứng dụng của este ............................................................................................................................. 194 12.24 Haỉơgenua axit .............................................................................................................................................. 197 12.24.1 Tính c h ấ t...........................................................................................................................................................198 vi

12.24.2 Phương pháp điều c h ế ............................... ....................................................................................................204 12.24.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ........................................................................................................................ 205 12.25 Anhiđrit axit ................................................................................................................................................. 206 12.25.1 Tính c h ấ t.......................................................................................................................................................... 207 12.25.2 Phương pháp điều c h ế ....................................................................................................................................209 12.25.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ........................................................................................................................ 210 12.26 Amit .................................................................................................................................................................. 211 12.26.1 Tính chất................................................ ........................................................................................................... 211 12.26.2 Phương pháp điều chế.....................................................................................................................................214 12.26.3 Im it.....................................................................................................................................................................215 12.27 N itr in ................................................................................................................................................. .............. 216 12.27.1 Tính chất........................................................................................................................................................... 216 12.27.2 Phương pháp điều ch ế..................................................................................................................................... 218 12.27.3 Giới thiệu các chất tiêu b iểu ......................................................................................................................... 219 f c . DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBONIC .................................................................................................. 222 12.28 Halogenua axit .............................................................................................................................................. 223 12.29 E s te ....................................................................................................................................................................225 12.30 Amit ..................................................................................................................................................................228 12.30.1 Muối và este của axit cacbamic ...................................................................................................................228 12.30.2 Muối và este của các axit thiocacbamic.............................................................. ...................................... 230 12.30.3 Ưre (cacbamit) o = C(NH2)2 ........................................................................................................................233 12.30.4 Imiđoure (guaniđin) NH = C(NH2)2 ...........................................................................................................237 12.30.5 Thioure (thiocacbamit) s = C(NH2)2 ............................................... ...................................... 238 12.30.6 Semicacbazit H2N - c o - NH - NH2 và thiosemicacbazit H2N - c s - NH - NH2 .......................... 239 12.31 Nitrin ...............................................................................................................................................................240 12.31.1 Axit xianic H O C N ......................................................................................................................................... 240 12.31.2 Axit thioxianic (axit sunfoxianic, axit rođanic) HS - c = N .................................................................. 241 12.31.3 Xianamit H2N - c = N ...................................................................................................................................243 12.31.4. Dẫn xuất của cacbon m onoxit...................................................................................................................... 244 D. AXIT SƯNFONIC VÀ DẪN Xư Ấ T ................................................. ...................................................................246 12.32 Axit sunỉonic ................................................................................................................................................. 246 12.32.1 Điều c h ế ........................................................................................................................................................... 246 12.32.2 Tính c h ấ t.......................................................................................................................................................... 247 12.33 Sunĩonyl c lo r u a ............................................................................................................................................. 248 12.33.1 Điều c h ế ........................................................................................................................................................... 248 12.33.2 Tính c h ấ t............................. ........................................................................................ ....................................249 12.34 Các sunfonam it .............................................................................................................................................249 vii

E. LIPIT ...........................................................................................................................................................................252 12.35 ' Lipit đơn g i ả n ................................................................................................................................................252 12.35.1 Triaxylglyxerol (triglyxerit).........................................................................................................................252 12.35.2 Sáp .................................................................................................................................................................... 258 12.36 Llpit phức t ạ p ............................................................................................................................................... 260 12.37 Xà phòng và chất giạt rửa tổng h ợ p .......................................................................................................263 12.37.1 Xà phòng .........................................................................................................................................................263 12.37.2 Chất giặt rửa tổng h ợ p ................................................................................................................................... 265 Tóm tát về AXIT CACBOXYLIC ........................................................................................................................... 268 Chương 13. HỢP CHẤT HỮU c ơ CHỨA N I T Ơ ................................................................................................ 269 A. HỢP CHẤT N I T R O ................................................................................................................................................269 13.1 Phương pháp điều c h ế ............................................................................................................................... 270 13.1.1 Nitro hóa trực tiếp hiđrocacbon ..................................................................................................................270 13.1.2 Thế nguyên tử halogen trong dẫn xuất h alogen .......................................................................................270 13.1.3 Oxi hóa hợp chất chứa nitơ có số oxi hóathấp hơn ..................................................................................271 13.1.4 Phương pháp điều chế hợp chất nitro thơ m ............................................................................................... 271 13.2 Tính chất vặt l ý ............................................................................................................................................ 272 13.3 Tính chất hóa học ..................... ..................................................................................................................273 13.3.1 Đặc điểm cấu tạo của hợp chất n itro.......................................................................................................... 273 13.3.2 Phản ứng chung của các hợp chất nitro :khử nhóm n ú r o ....................................................................... 273 13.3.3 Những phản ứng riêng của các hợp chấtnitro bậc một và bậc h a i ...................................................... 274 13.3.4 Những phản ứng riêng của hợp chất nitro thơ m .......................................................................................277 13.4 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ..................................................................................................................... 278 B. HỢP CHẤT N IT R O S O .......................................................................................................................................... 279 13.5 Phương pháp điều c h ế ............................................................................................................................... 279 13.5.1 Oxi hóa dẫn xuất của hiđroxylamin........................................................................................................... 279 13.5.2 Nitroso hóa trực tiếp .....................................................................................................................................280 13.6 Tính chất ............................................................................ ..........................................................................280 13.6.1 Đim ehóa ........................................................................................................................................................ 280 13.6.2 Phản ứng cộng ............................................................................................................................................... 281 13.6.3 Phản ứng ngưng t ụ .........................................................................................................................................281 13.6.4 Phản ứng oxi hóa .................................................................. ........................................................................282 ^ C . A M IN ...........................................................................................................................................................................282 13.7 Danh pháp .....................................................................................................................................................282 13.8 Cấu trúc của amin ...................................................................................................................................... 283 13.9 Tính chất vật l ý ............................................................................................................................................284 viii

13.10 Tính chất hóa học .......................................................................................................................................289 13.10.1 Tính b a z ơ ........................................................................................................................................................ 289 13.10.2 Tác dụng với axit nitrơ..................................................................................................................................292 13.10.3 Những phản ứng thay thế hiđro ở nhóm am ino........................................................................................295 13.10.4 Phản ứng oxi hóa ........................................................................................................................................... 298 13.10.5 Phản ứng thế electrophin ở amin thơm .....................................................................................................299 13.11 Phương pháp điều c h ế ................................................................................................................................303 13.11.1 Ankyl hóa trực tiếp amoniac và amin (Hoímann, 1 8 4 9 )........................................................................ 303 13.11.2 Ankyl hóa gián tiếp. Tổng hợp amin béo bậc một theo Gabriel ...........................................................304 13.11.3 Phương pháp k h ử ........................................................................................................................................... 305 13.11.4 Amin hóa - khử hợp chất cacbonyl ............................................................................................................ 307 13.11.5 Phản ứng chuyển vị Hopman (August w. Hoímann) .............................................................................308 13.12 Giới thiệu các chất tiêu b iể u ..................................................................................................................... 310 13.13 Amoni hiđroxit bậc bốn. Q uy tác tách theo H o p m a n ....................................................................... 311 13.14 Hợp chất a z o x i.............................................................................................................................................. 314 13.14.1 Điều c h ế ...........................................................................................................................................................314 13.14.2 Cấu trúc ........................................................................................................................................................... 315 13.14.3 Tính chất hóa học ..........................................................................................................................................315 13.15 Hợp chất a z o ..................................................................................................................................................316 13.15.1 Điểu c h ế ........................................................................................................................................................... 316 13.15.2 Tính chất vật lý. Đồng phân cis - tr a n s ....................................................................................................317 13.15.3 Tính chất hóa học ......................................................................................................................................... 317 13.16 Dẫn xuất hữu cơ của h iđ r a z in ..................................................................................................................318 13.16.1 Điarylhiđrazin đối xứng hay là hợp chất hiđrazo thơm .......................................................................... 318 13.16.2 Monoarylhiđrazin ..........................................................................................................................................320 D. HỢP CHẤT Đ I A Z O ................................................................................................................................................ 321 13.17 Hợp chất điazo thơm .................................................. ...............................................................................321 13.17.1 Phản ứng điazo hóa amin thơm bậc một. Điều chế muối điazoni thơm ..............................................322 13.17.2 Cấu tạo. Các dạng hợp chất điazo khác n h au....................................................... ...................................324 13.17.3 Tính chất của các muối điazoni thơm ....................................................................................................... 327 13.18 Hợp chất màu azo và phẩm n h u ộ m ....................................................................................................... 336 13.18.1 Khái niệm về màu ; quan hệ giữa cấu trúc và màu .................................................................................336 13.18.2 Các loại phẩm nhuộm quan trọ n g .............................................................................................................. 339 13.19 Hợp chất điazo dăy béo ............................................................................................................................. 342 13.19.1 Cấu t ạ o ..............................................................................................................................................................342 13.19.2 Phương pháp điểu c h ế ................................................................................................................................... 342 13.19.3 Tính chất của các điazoankan.....................................................................................................................344 E. CÁC HỢP CHẤT ĐIA ZO IM IN O (AZIT) VÀ ĐIAZOAM INO (T R IA Z E N )....................................... 349 ix

13.20 Azit (hợp chất đ iazoim in o)........................................................................................................................ 349 13.20.1 Điều c h ế ........................................................................................................................................................... 349 13.20.2 Tính c h ấ t.......................................................................................................................................................... 350 13.21 Triazen (hợp chất đ iazoam in o)................................................................................................................ 352 Tóm tát về hóa học AMIN ...........................................................................................................................................354 + Chương 14. HÓA HỌC ENOL VÀ ION ENOLAT ............................................................................................. 356 14.1 Mở đ ầ u ............................................................................................................................................................ 356 14.2 Enol và ion enolat ........................................................................................................................................ 357 14.2.1 Hỗ biến xeto - enol ........................................................................................................................................ 357 14.2.2 Sự hình thành và tính bền của ion enolat ...................................................................................................359 14.3 Phản ứng thế ở nguyên tử cacbon a của hợp chất cacb on yl............................................................ 364 14.3.1 Phản ứng a-halogen h o á ...............................................................................................................................364 14.3.2 Phản ứng nitro hóa xeton ..............................................................................................................................367 14.3.3 Phản ứng a-brom hóa axit cacboxylic ....................................................................................................... 368 14.3.4 Phản ứng của hợp chất a-halocacbonyl .................................................................................................... 369 14.4 Ankyỉ hóa ion e n o la t................................................................................................................................... 370 14.5 Sự hình thành và ankyl hóa e n a m in ....................................................................................................... 373 14.6 Ngưng tụ anđol của anđehit và x e to n .....................................................................................................374 14.6.1 Ngưng tụ anđol dùng xúc tác bazơ.............................................................................................................. 375 14.6.2 Ngưng tụ anđol dùng xúc tác a x it ............................................................................................................... 377 14.6.3 Phản ứng anđol hóa kiểu đặc biệt................................................................................................................ 378 14.6.4 Tổng hợp theo dự định khi dùng ngưngtụ anđol ...................................................................................... 379 14.7 Ngưng tụ C la ise n ..........................................................................................................................................380 14.8 Phản ứng Retomatski (R eíorm atsky).................................................................................................... 384 14.9 Ngưng tụ Knoevenagen (K noevenagel)..................................................................................................385 14.10 Phản ứng Mannỉch ......................................................................................................................................388 14.11 Ngưng tụ b e n z o in ......................................................................................................................................... 390 14.12 Ngưng tụ Đichman (Dieckmann) - Sự đóng vòng C la ise n ................................................................392 14.13 Tổng hợp từ este malonic và este a x eto a x etic...................................................................................... 392 11.14 Ngưng tụ ion gốc của xeton và e s t e ......................................................................................................... 395 14.15 Cộng liên hợp : phản ứng Maicơn (M ich a eỉ)....................................................................................... 398 14.16 Đóng vòng R ob in sơ n ................................................................................................................................... 400 Chương 15. HỢP CHẤT DỊ VÒNG .........................................................................................................................402 15.1 Phân l o ạ i ......................................................................................................................................................... 402 15.2 Danh pháp dị vòng đơn v ò n g ................................................................................................................... 403 15.2.1 Tên thường...................................................................................................................................................... 403 15.2.2 Tên hệ thống ...................................................................................................................................................404 X

15.3 Danh pháp hệ dị vòng ngưng t ụ ...............................................................................................................406 15.3.1 Tên thường......................................................................................................................................................406 15.3.2 Tên hệ thống ...................................................................................................................................................406 15.3.3 Tên thay t h ế ....................................................................................................................................................409 15.4 Tính chất ........................................................................................................................................................ 410 DỊ VÒNG THƠM SÁU CẠNH .............................................................................................................. 411 15.5 Nhóm pyriđin ................................................................................................................................................411 15.5.1 Cấu tạo và đặc trưng chung của khả năng phản ứng ................................................................................411 15.5.2 Tính b a z ơ ..........................................................................................................................................................414 15.5.3 Phản ứng với tác nhân electrophin...............................................................................................................415 15.5.4 Phản ứng với tác nhân nucleophin ...............................................................................................................418 15.5.5 Phản ứng oxi hóa và k h ử ................................................................................................................................ 421 15.5.6 Các dẫn xuất của pyriđin .............................................................................................................................. 423 15.5.7 Quinolin và isoquinolin .................................................................................................................................427 15.6 Nhóm pyran ...................................................................................................................................................430 15.6.1 Muối pyrili và p yron ...................................................................................................................................... 430 15.6.2 Các dẫn xuất của benzopyran ...................................................................................................................... 432 15.6.3 Giới thiệu r iê n g ............................................................................................................................................... 434 DỊ VÒNG THƠM NĂM C Ạ N H ............................................................................................................. 435 15.7 Cấu tạo và đạc trưng chung về khả năng phản ứng ...........................................................................435 15.8 Nhóm pyroi .................................................................................................................................................... 438 15.8.1 Tính axit và tính bazơ ....................................................................................................................................438 15.8.2 Phản ứng thế electrophin .......... .........................................................................................438 15.8.3 Phản ứng oxi hóa và k h ử ................................................................................................................................441 15.8.4 Inđol............................................................................................................................................................... ...443 15.9 N h ó m íu r a n ................................................................................................................................................... 444 15.9.1 Phản ứng thế electrophin .............................................................................................................................. 444 15.9.2 Phản ứng cộng hợp và mở v ò n g ...................................................................................................................446 15.10 Nhóm th io p h en .............................................................................................................................................. 447 15.10.1 Phản ứng thế electrophin .............................................................................................................................. 447 15.10.2 Phản ứng phá vỡ tính thơm ........................................................................................................................... 448 15.10.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu ......................................................... ...............................................................449 15.11 Các dị vòng có hai và nhiều dị t ử ..............................................................................................................451 15.11.1 Các azol ............................................................................................................................................................ 451 15.11.2 Các azin ............................................................................................................................................................ 453 15.11.3 Nhóm purin...................................................................................................................................................... 455 15.11.4 Azepin và điazepin..........................................................................................................................................455 15.12 Tính axit và tính bazơ của các dị v ò n g ................. *............................................................................. 456 xi

15.13 Tổng hợp hệ dị vòng .....................................................................................................................................458 15.13.1 Phương pháp tổng quát ...................................................................................................................................458 15.13.2 Các thí dụ tổng hợp hợp chất dị vòng ......................................................................................................... 459 Chương 16. C A C B O H IĐ R A T ................................................................................................................................... 462 M O N O SACA RIT ........................................................................................................................................ 463 16.1 Cấu trúc và đồng phân lập thể ................................................................................................................. 463 16.1.1 Phân loại và danh pháp ...................................................................................................................................463 16.1.2 Cấu trúc của m onosacarit............................................................................................................................... 465 16.1.3 Cấu trúc vòng của m onosacarit.....................................................................................................................472 16.1.4 Sự đổi quay (mutarotation) ........................................................................................................................... 477 16.1.5 Các monosacarit không kinh điển và monosacarit dản xuất ...................................................................480 16.2 Tính chất vặt lý .............................................................................................................................................. 483 16.3 Tính chất hóa học ..........................................................................................................................................483 16.3.1 Phản ứng tạo glycozit (phản ứng của nhóm hiđroxyl hemiaxetal) ........................................................ 484 16.3.2 Phản ứng của nhóm hiđroxyl an colic...........................................................................................................488 16.3.3 Phản ứng của nhóm cacbonyl .......................................................................................................................496 16.3.4 Các phản ứng liên quan đến mạch cacbon .................................................................................................. 501 16.4 Một vài m onosacarit thiên n h iê n .............................................................................................................. 505 16.4.1 Các pentozơ........................................................................................................................................................506 16.4.2 Các h ex o zơ ......................................................................................................................................................... 507 O L IG O S A C A R IT ........................................................................................................................................ 508 16.5 Cấu trúc và danh p h á p ................................................................................................................................ 509 16.5.1 Danh pháp oligosacarit ...................................................................................................................................510 16.5.2 Tautome hóa ......................................................................................................................................................512 16.5.3 Cấu d ạ n g .............................................................................................................................................................513 16.6 Giới thiệu một số oligosacarit ....................................................................................................................513 16.6.1 M antozơ..............................................................................................................................................................513 16.6.2 X enlobiozơ......................................................................................................................................................... 514 16.6.3 Lactozơ ...............................................................................................................................................................514 16.6.4 S a c a r o z ơ .............................................................................................................................................................. 515 16.6.5 Rafinozơ .............................................................................................................................................................515 16.6.6 Oligosacarit v ò n g ............................................................................................................................................. 516 16.6.7 Các chất ngọt tổng hợp ...................................................................................................................................517 PO LISA CAR IT ............................................................................................................................................ 518 16.7 Các P-D-glucan ...............................................................................................................................................519 16.7.1 Xenlulozơ, poli(l,4-ớ-P-D-glucopyranozit) .............................................................................................. 5Ỉ9 16.7.2 Chitin, poli(K 4’-ỡ-P-2-axetamiđo-2-đeoxi-D-glucopyranozit)............................................................. 523 xii

16*8 Các a-D -gỉucan .............................................................................................. .............. -..... ......................523 16.8.1 Tinh bột ............................................................................................................................................................. 523 16.8.2 G lycogen............................................................................................................................................................526 16.8.3 Đextran .............................................................................................................................................................. 526 16.9 Một sô heteropolỉsacarit.............................................................................................................................. 526 16.9.1 Hemixenlulozơ ................................................................................................................................................ 526 16.9.2 Pectin ................................................................................................................................................................. 526 16.9.3 Aga-aga ............................................................................................................................................................. 527 16.9.4 Heparin .............................................................................................................................................................. 528 Một sô phản ứng chính của G L Ư C O Z Ơ ................................................................................................................. 529 Chương 17. AM INO AXIT,PEPTIT VÀ PROTEIN ............................................................................................. 531 A. a-A M IN O AXIT .........................................................................................................................................................532 17.1 Phản loại, đồng phản và danh p h á p .........................................................................................................533 17.1.1 Phân loại ................................. *...................................................................................................................... 533 17.1.2 Đồng phân ........................................................................................................................................................ 533 17.1.3 Danh pháp......................................................................................................................................................... 534 17.2 Tính chất vật Ịý .............................................................................................................................................. 535 17.3 Tính chất hóa học ......................................................................................................................................... 540 17.3.1 Tính chất axit - bazơ của amino axit.Điểm đẳng đ iện ...............................................................................540 17.3.2 Phản ứng este hóa nhóm ca c b o x y i............................................................................................................... 544 17.3.3 Axyl hóa nhóm amino ....................................................................................................................................545 17.3.4 Phản ứng tạo muối .......................................................................................................................................... 546 17.3.5 Tác dụng của n h iệt......................................................................................................................................... .547 17.3.6 Phản ứng màu với ninhiđrin...........................................................................................................................547 17.3.7 Phản ứng với sự quay cấụ hình ở nguyên tử cacbon bất đ ố i.....................................................................548 17.4 Phương pháp điểu chê ..................................................................................................................................549 17.4.1 Amin hóa axit a-halogencacboxylic............................................................................................................549 17.4.2 Tổng hợp Gabriel - este m alon ic.................................................................................................................. 549 17.4.3 Phương pháp amin hoá - khử anđehitvà xeton ...........................................................................................550 17.4.4 Tổng hợp Strechcơ (Strecker)........................................................................................................................ 552 17.4.5 Tổng hợp p-amino axit và Ỵ-amino a x it ...................................................................................................... 552 17.4.6 Tổng hợp các amino axit thơm .................................................................................................................... 553 17.4.7 Sự tách riêng amino axit raxemic thành đối quan g...................................................................................554 17.5 Giới thiệu các chất tièu b iể u ....................................................................................................................... 554 B. P E P T IT ..........................................................................................................................................................................561 17.6 Phương pháp tổng hợp peptit .............................................. .....................................................................563 17.6.1 Bảo vệ nhóm amino ........................................................................................................................................ 563 xili

17.6.2 Tổng hợp peptit ở pha rắn ............................................................................................................................. 566 17.7 Tính chất ......................................................................................................................................................... 567 c . PROTEIN.................................................................................................................................................571 17.8 Phản loại p r o te in ............................................................................................................................................ 571 17.9 Thành phần và cấu trúc của p r o tein ....................................................................................................... 572 17.10 Tính chất của protein .................................................................................................................................. 577 17.11 Vai trò sinh học của p r o te in .......................................................................................................................577 D. ENZYM ........... ............................................................................................................................................................ 578 E. AXIT NUCLEIC .........................................................................................................................................................581 17.12 Thành phần cấu tạo của axit n u cỉeic....................................................................................................... 581 17.12.1 Bazơ dị vòng n itơ .............................................................................................................................................582 17.12.2 Pentozơ .............................................................................................................................................................. 583 17.13 Cấu trúc của nucleozìt và n u c le o tỉt......................................................................................................... 583 17.14 Cấu trúc của axit n u c le ic .............................................................................................................................587 17.15 Sự tạo thành axit n u c le ic .............................................................................................................................592 17.15.1 Tổng hợp n u cleotit.......................................................................................................................................... 592 17.15.2 Tổng hợp axit nucleic .................................................................................................................................... 593 17.16 Một số tính chất của axit n u c le ic ..............................................................................................................594 Chương 18. PHÂN TÍCH T ổ N G HỢP LỪI ................................................................ ..........................................595 18.1 Tổng hợp hóa học nhiều giai đ o ạ n ........................................................................................................... 595 18.2 Mức độ phức tạp của phân t ử ................................................................................................................... 596 18.3 Cách tư duy về quá trình tổng h ợ p .......................................................................................................... 597 18.4 Phân tích tổng hợp lùi .................................................................................................................................600 18.5 Các dạng biến đổi và các đơn vị cấu trúc biểu diễn giản lược (R e tr o n )........................................ 601 18.6 Các dạng biến đổi ......................................................................................................................................... 603 18.6.1 Tổng hợp phân tử mục tiêu chứa một nhóm chức với yêu cầu phân cắt đơn giản................................604 18.6.2 Sự phân cực ngầm và sự chuyển đổi nhóm ch ứ c....................................................................................... 608 18.6.3 Phân tử mục tiêu với hai nhóm c h ứ c ........................................................................................................... 610 18.6.4 Sự chuyển đổi nhóm chức (F G I).................................................................................................................. 612 18.7 Một số thí dụ về phân tích tổng hợp lùi ................................................................................................. 616 18.8. Tổng kết về chiến lược tổng hợp lùi, một vài hướng dản cho phân tích tổng hợp lùi, các synthon hữu ích .....................................................................................................................................631 Tóm tắt về SYNTH O N và CHẤT TƯƠNG ĐƯƠNG T ổN G H Ợ P .................................................................633 xiv

Chương 19. STEROIT VÀ A N C A L O IT ........................................................ .........................................................635 A. STEROIT ....................................................................................................................................................................635 19.1 S te r o l................................................................................................................................................................ 636 19.2 Axit m ậ t ...........................................................................................................................................................638 19.3 Các steroit hocmon ...................................................................................................................................... 639 19.4 Steroit trợ t i m ................................................................................................................................................ 642 19.5 Steroit sapogenin ..........................................................................................................................................643 19.6 Steroỉt a n c a lo it.............................................................................................................................................. 643 19.7 Tổng hợp s te r o it............................................................................................................................................644 19.8 Sinh tổng hợp tecpen và s te r o it.................................................................................................................645 B. A N C A L O IT ................................................................................................................................................................ 649 19.9 Các ancaloit nhóm pyriđin và piperiđin ................................................................................................650 19.10 Ancaloit nhóm tropan .................................................................................................................................653 19.11 Ancaloit dãy quỉnolỉn ..................................................................................................................................659 19.12 Các ancaloit dãy isoquinolin ..................................................................................................................... 667 19.13 Ancaloit nhóm q u ỉn o lỉsỉđ in ....................................................................................................................... 669 19.14 Ancaloit nhóm purin ................................................................................................................................... 671 19.15 Ancaloỉt nhóm inđol .................................................................................................................................... 673 19.16 Ancaloiỉ nhóm phenyletylam in .......................................... ...................................................................... 676 Chương 20. THƯỐC CHỮA BỆNH TỪ HỢP CHẤT HỮU c ơ .......................................................................678 20.1 Sự phát triển của ngành hóa d ư ợ c ...........................................................................................................684 20.2 Tiêu chuẩn hiện đại của t h u ố c ..................................................................................................................686 20.3 Những nguyên lý cơ bản trong nghiên cứu phát triển một loại thuốc mới ................................. 686 20.4 Đặt tên t h u ố c ................................................................................................................................................. 686 20.5 Các hợp chất dẫn đ ư ờ n g ............................................................................................................................. 687 20.6 Sự cải bỉến phân t ử ...................................................................................................................................... 688 20.7 Sàng lọc ngẫu n h iê n ..................................................................................................................................... 690 20.8 Tính cầu may của nghiên cứu phát triển th u ố c ....................................................................................691 20.9 Vị trí các thụ t h ể ...........................................................................................................................................692 20.10 Các chất kháng h ista m in ............................................................................................................................ 693 20.11 Thuốc ức chế enzym ....................................................................................................................................695 20.12 Thiết kế một cơ chất tự hủy (Designing a Suicide Substrate) ......................................................... 697 2 HHCT2 XV

20.13 Quan hệ định lượng cấu trúc - tác dụng (Q S A R )...............................................................................698 20.14 Lập mô hình phân t ử .................................................................................................................................. 699 20.15 Tổng hợp hữu cơ theo tổ hợp (Combinatorial Organic S y n th e sis)................................................700 20.16 Thuốc kháng v i r u t ....................................................................................................................................... 701 20.17 Kinh tế học của Thuốc. Quy chế quản lý nhà nước ........................................................................... 702 TÀI LIỆU THAM K H Ả O ............................................................................................................................................ 703 MỤC LỤC TRA c ứ u .................................................................................................................705 xvi

Chương 11 ANĐEHIT VÀ XETON Anđehit và xeton là những hợp chất hữu cơ có chứa nhóm chức cacbonyl (hay nhóm oxo) / C = o . Nếu nhóm cacbonyl liên kết với hai nguyên tử hiđro hoặc với một gốc hiđrocacbon và một nguyên tử hiđro ta gọi hợp chất cacbonyl là anđehỉt, còn nếu nhóm cacbonyl liên kết với hai gốc hiđrocacbon ta có xeton. /C =0 /C =0 /C =o H H R' Fomanđehit Anđehit Xeton Hợp chất cacbonyl được chia thành nhiều loại khác nhau tuỳ theo số lượng nhóm cacbonyl và bản chất của gốc hiđrocacbon trong phân tử. - Theo số lượng nhóm cacbonyl trong phân tử ta phân b iệ t: hợp chất monocacbonyl bao gồm những anđehit và xeton chỉ có một nhóm cacbonyl trong phân tử ; hợp chất đicacbonyl và hợp chất policacbonyl có chứa hai hoặc hơn hai nhóm cacbonyl trong phân tử. - Theo bản chất gốc hiđrocacbon ta có : hợp chất cacbonyl no, trong phân tử có chứa gốc no loại béo hay loại vòng ; hợp chất cacbonyl không no, trong phân tử có chứa liên kết đôi c = c hoặc liên kết ba c s c ; hợp chất cacbonyl thơm có nhóm cacbonyl gắn với gốc thơm. 11.1 Danh pháp Anđehit Theo cách gọi tên thông thường; tên của anđehit dựa theo tên của axit cacboxylic có cùng một mạch cacbon, nhưng khác ở chỗ : một bên gọi là axit còn bên kia gọi là anđehit. Theo cách gọi tên IUPAC, tên của anđehit dựa theo tên của hiđrocacbon tương ứng, có thêm đuôi al và đánh số mạch cacbon bắt đầu từ nhóm chức CH = o (bảng 11.1). 1

Bảng 11.1 Tên gọi của một số anđehit Công thức Tên thông thường Tên IUPAC Xu II0 II Anđehit fomic (Fomanđehit) Metanal X Etanal u Propanal 1 «-Butanal uX 0 Anđehit axetic (Axetanđehit) 2-Metylpropanal 1co CH3 - CH2 - CH = 0 Anđehit propionic (Propionanđehit) c h 3 - c h 2 - CH2 - CH = 0 Anđehit butyric (Butyranđehit) c h 3 - CH - CH = 0 Anđehit isobutyric ch3 (Isobutyranđehit) c h 3 - (CH2)3 - c h = o Anđehit valeric (Valeranđehit) /Ỉ-Pentanal c h 3 - (CH2) 16 - CH = 0 CH2 = CH - CH = 0 Anđehit stearic (Stearanđehit) /7-Octađecanal c h 2 = c h c h 2c h 2c h = 0 Anđehit acroleic (Acrolein) Propenal C6H5 - CH = 0 C6H5 - CH, - CH = 0 0 Anđehit crotonic (Crotonanđehit) But-2-enal II X u 1 X u II X u 1m 0 Pent-4-enal Anđehit benzoic (Benzanđehit) Phenylmetanal Anđehit phenylaxetic 2-Phenyletanal (Phenylaxetanđehit) c 6h 5 - c h = c h - c h = o Anđehit xinamic (Xinamanđehit) 3-Phenylprop-2-enal Khi nhóm chức anđehit CH = o đính trực tiếp vào một vòng ta có thể coi như nhóm thế của vòng đó và gọi là nhóm fomyl, trên cơ sở đó gọi tên của hợp chất. CH = 0 CH = 0 Fomylxiclohexan 9-Fomylantraxen (Xiclohexylíbmanđehit) (9-Antranđehit) Xeton Tên thông thường của xeton được gọi theo tên của các gốc đính vào nhóm cacbonyl, kèm theo từ “xeton”. Theo cách gọi tên IUPAC, tên của xeton dựa theo tên của hiđrocacbon tương ứng có thêm đuôi on cùng với số chỉ vị trí của nhóm cacbonyl trong mạch. Các xeton thường được đánh số bắt đầu từ cacbon ở gần nhóm cacbonyl (bảng 1 1 .2 ). 2

Bảng 11.2 Tên gọi của một số xeton Công thức Tên thông thường Tên IUPAC CH3 - C O - C H 3 Đimetyl xeton (Axeton) Propanon ch 3- c o - c h 2- c h 3 Metyl etyl xeton Butanon Metyl isopropyl xeton 3-Metylbutan-2-on CH, - CO - C1H - CH, -Xu CH, Metyl tert-butyl xeton 3,3-Đimetylbutan-2-on 1 (Pinacolon) CH3 - C O - C - C H 3 But-3-en-2-on Pent-4-en-2-on ch3 Axetophenon Benzophenon ch 3- c o - c h = c h 2 Metyl vinyl xeton Metyl alyl xeton CH3 - c o - CH2 - CH = CH2 Metyl phenyl xeton Điphenyl xeton c h 3 - c o - c 6h 5 c 6h 5 - c o - c 6h 5 Nhóm CH3 - CO được gọi là nhóm axetyl, nhóm C6H5 - c o được gọi là nhóm benzoyl, khi các nhóm đó đính vào vòng của hiđrocacbon, ta có thể gọi tên xeton như là dẫn xuất axetyl hay benzoyl của vòng đó. Thí dụ : 0 0 0 Axetylbenzen Benzoylbenzen Benzoylxiclopentan (Axetophenon) (Benzophenon) Ngoài ra, vì nhóm cacbonyl còn có tên gọi là nhóm 0X0, ta có thể gọi tên anđehit và tên xeton theo tên nhóm này, nhất là đối với các hợp chất policacbonyl. Thí dụ : o = CH —CH = o 0 = C H - C - C H 2- C H 2- C H = 0 . 7 .. lí 1,2-Đioxoetan o (Glioxal) 1,2,5-Trioxopentan CH3 - C - C - C H 3 11 00 2,3-Đioxobutan 11.2 Tính chất vật lý Sự phân cực của nhóm cacbonyl tạo ra lực hấp dẫn lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử anđehit và các phân tử xeton làm cho anđehit và xeton có nhiệt độ sôi cao hơn hiđrocacbon và ete có khối lượng phân tử tương đương. Anđehit và xeton không có liên kết o - H nên giữa chúng không tạo liên kết hiđro và do đó có nhiệt độ sôi thấp hơn đáng kể so vớì các ancol có khối lượng phân tử tương đương. Thí dụ : 3

c h 3c h 2c h 2c h 3 c h 3o c h 2c h 3 c h 3c h 2c h o CH3COCH3 CH3CH2CH2OH Butan Metyl etyl ete Propanal Axeton Propan-l-ol M 58 60 58 58 60 ts °c 0°c 8°c 49°c 56°c 97°c (1 atm) Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của một số anđehit và xeton được dẫn ra trong bảng 1 1.3. Mặc dù anđehit và xeton không có liên kết hiđro giữa chúng nhưng do có những cặp electron tự do, nên có thể tạo liên kết hiđro với những hợp chất khác, có liên kết o - H hay N - H. Chẳng hạn, hiđro trong nhóm OH của nước hay ancol có thể tạo liên kết hiđro với electron không chia trên nguyên tử oxi cacbonyl. ‘0 * 0• * /\\ /\\ HH HR Ỹĩ ĩ c c /\\ /\\ R R' R R' Do có liên kết hiđro kiểu này, anđehit SỐ nguyên tử cacbon và xeton là dung môi tốt cho các hợp chất Hình 11.1 Giản đổ nhiệt độ sôi của dãy anđehit có nhóm OH phần cực như ancol chẳng hạn. Bảng 11.3 cho thấy, những chất đầu dẫy (n------- n ) và dãy m etylxeton (n------n ) aliphatic như íòmanđehit, axetanđehit, axeton tan vô hạn trong nước, còn các đồng đẳng cao hơn chỉ tan ít hoặc không tan. Fomanđehit là chất khí ở điều kiện thường, các anđehit và xeton thấp là chất lỏng, cao là chất rắn. Hợp chất cacbonyl có mạch phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn đồng đẳng không phân nhánh. Xeton có nhiệt độ sôi cao hơn một chút so với anđehit có cùng thành phần phân tử (hình 1 1 .1 ). Các anđehit thấp có mùi hắc, các hợp chất từ c 3- c 6 có mùi khó chịu, anđehit cao có mùi hoa quả và được dùng trong công nghiệp hương liệu. 4

Bảng 11.3 Hằng số vật lý của một số anđehit và xeton Hợp chất Công thức ^nc t.s .20 Tính tan °c °c 4 g/ 1 0 0 g, h 2o Anđehit Metanal HCHO hay CH20 -9 2 -2 1 0,82 55 Etanal CH3CHO - 123 21 0,78 00 Propanal CH3CH2CHO -81 49 0,81 20 Butanal CH3(CH2)2CHO -9 7 75 0,82 7,1 2-Metylpropanal (CH3)2CHCHO -6 6 61 0,79 11 Pentanal CH3(CH2)3CHO -91 103 0,82 3-Metylbutanal (CH3)2CHCH2CHO -51 93 0,80 0,1 Hexanal CH3(CH2)4CHO -5 6 129 0,83 0,02 Heptanal CH3(CH2)5CHO -45 155 0,85 Propenal c h 2= c h - ch o - 8 8 53 0,84 30 But-2-en-l-al c h 3- c h = c h - c h o - 7 7 104 0,86 18 Benzanđehit c 6h 5c h o - 5 6 179 1,05 0,3 Xeton Propanon CH3COCH3 - 9 5 56 0,79 00 Butanon 25,6 Pentan-2-on CH3COCH2CH3 - 8 6 80 0,81 5,5 c h 3c o c h 2 c h 2c h 3 - 7 8 102 0,81 Pentan-3-on c h 3c h 2c o c h 2c h 3 - 4 1 101 0,81 4,8 Hexan-2-on 1,6 Hexan-3-on CH3CO(CH2)3CH3 - 5 7 127 0,83 Heptan-2-on 1,4 Heptan-3-on c h 3 c h 2c o c h 2 c h 2c h 3 124 0,82 0,4 Heptan-4-on 4-Metylpent-3- CH3CO(CH2)4CH3 - 3 6 151 0,81 en-2 -on But-3-en-2-on CH3CH2CO(CH2)3CH3 - 3 9 147 0,82 (CH3CH2CH2)2CO - 3 4 144 0,82 (CH3)2C = CHCOCH3 - 5 9 131 0 ,8 6 c h 2 = CHCOCH3 - 6 80 0,86 Xiclohexanon Ổ c-° - 16 157 0,94 15 C6H5COCH3 0,5 Axetophenon c 6h 5c o c h 2c h 3 21 202 1,02 Propiophenon c 6h 5c o c 6h 5 2 1 218 Benzophenon 48 305 1,08 5

Tính chất phổ của anđehit và xeton Nhóm chức cacbonyl đễ dàng được xác định bằng phổ (x. Tập 1, mục 7.3). Trong phổ hồng ngoại (IR) của anđehit và xeton có hấp thụ mạnh của dao động hóa trị ở liên kết c = o trong vùng 1700 đến 1730 crrT1. Chẳng hạn, các hấp thụ của nhóm cacbonyl của hầu hết các xeton no không vòng và xiclohexanon nằm ở vùng 1700 đến 1715 cm Hấp thụ dao động hóa trị liên kết c = o mạnh của anđehit no không vòng nằm trong vùng 1720 đến 1730 crrT1 như được chỉ ra ở phổ của butanal trong hình 11.2. Phổ hồng ngoại của anđehit khác với phổ hồng ngoại của xeton như sau : Dao động hóa trị của liên kết cacbon - hiđro ở nhóm cacbonyl cho hai hấp thụ ở khoảng 2800 và 2700 crrT1. Phổ IR của butanal trong hình 11.2 cho thấy hai băng hấp thụ ở 2800 cm 1 và 2700 cm_1. Cả hai đều nhọn nhưng yếu và băng hấp thụ gần 2800 crrT1 đôi khi bị che lấp bởi hấp thụ của liên kết c - H béo. Hai băng hấp thụ này không có trong phổ hồng ngoại của các xeton vì các xeton không có nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon-cacbonyl của chúng. Số sóng (cm ') Hình 11.2 Phổ hồng ngoại của butanal. . cTần số dao động hóa trị của nhóm cacbonyl = o xuất hiện ở dạng hấp thụ mạnh ỏ 1720 cm cDao động hóa trị - H (cacbonyl) xuất hiện ở dạng hai đỉnh ở 2800 cm 1 và 2700 cm . Các anđehit cũng dễ dàng được nhận biết bằng phổ 'H-NMR. Độ chuyển dịch hóa học của hiđro ở - CHO nằm ở miền ô 9 - 10 và ở dạng đa vạch (multiplet). Trong phổ 'H-NM R của propanal ở hình 11.3, nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon-cacbonyl có tín hiệu là một triplet có tâm ở ô 9,82 vì nó tương tác với hai nguyên tử hiđro trên nguyên tử cacbon-a. Các nguyên tử hiđro ở cacbon-a của anđehit và xeton đều bị phản chắn ít và có độ chuyển dịch hóa học nằm trong miền 5 2,0 đến 2,6. Chẳng hạn, metylxeton có thể nhận biết bằng sự có mặt của tín hiệu singlet mạnh ở gần ô 2 ,1 . 6

Hình 11.3 Phổ 1H -N M R của propanal Nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon-cacbonyl là triplet có trung tâm ở ô 9,82 do nó tương tác với hai nguyen tử hiđro ở nguyên tử C-a. Mỗi tín hiệu quartet của nhóm metylen cũng bị phân tách thành đuplet do tương tác với nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử cacbon-cacbonyl. Các thí dụ sau trình bày độ chuyển dịch hóa học của các nguyên tử hiđro nằm gần nhóm cacbonyl của các anđehit và xeton đơn giản : Ọ o (Quartet) 1 c \\ /H3c ỵ XCH3 8 2,40 /\\ 5 2,17 o (Singlet) /H CH3 cỶ /h3c c h 2c h 3 5 9,8 5 2,20 5 2,20 0 0,99 (Quartet) (Doublet) (Singlet) (Triplet) Anđehit và xeton cũng có thể được nhận biết nhanh chóng bằng độ chuyển dịch hóa học của cacbon-cacbonyl trong phổ 13C-NMR của chúng. Trong tập 1, mục 7.5 ta đã thấy rằng các pic của các nguyên tử lai hóa sp2 nằm ở miền trường thấp (ô ~ 20 0 ) của phổ 13C-NMR phần nào do độ âm điện của nguyên tử oxi-cacbonyl làm phản chắn nguyên tử cacbon-cacbonyl. Các nguyên tử cacbon gắn với nhóm cacbonyl cũng bị phản chắn giống như vậy. Các thí dụ về độ chuyển dịch hóa học 13C-NMR dưới đây của một số anđehit và xeton sẽ minh hoạ cho những nhận xét này : 7

ô 200,5 Ọ 5 202,7 6 201,3 ■^ ^ - I / c\\ c uỵ x c h 2c h 2c h 2c h 3 Hỵ XCH3 5 31,2 6 36,7 ô 43,6 s 22,4 Q 5 7,0 o 8 17,3 5 206,7 o 5 206,3 ô 206,8 c c c /\\ h 3c c h 2c h 2ch h 3c c h 3 /h 3c ch2ch3 5 30,7 5 27,0 5 35,2 5 29,5 5 45,4 5 13,4 Phổ khối lượng Như đã biết, việc ion hóa các hợp chất cacbonyl do bắn phá bằng electron chủ yếu được thực hiện nhờ sự tách đi một trong những electron n của nhóm cacbonyl: c=0 + e R + 2e R c=0 +• M Pic ion phân tử của anđehit và xeton thường mạnh, việc phân mảnh của nó được thực hiện do sự đứt gãy của liên kết a và sự hình thành cation axyl, điện tích của cation này được giải toả trên các nguyên tử cacbon và oxi. Khi phân rã a sẽ có hai khả nâng tách loại để tạo ra một gốc bền nhất : gốc benzyl, alyl, ankyl bậc ba, ... Xác suất lớn nhất khi phân mảnh ion phân tử của các anđehit là việc loại đi một gốc hiđrocacbon để tạo thành cation fomyl. ° 7> [ r ' - C = Ồ <-----* R ' - C = o ] +• -R M cation axyl, m/z [M— R] TT/ cC ——oO -R [h -C = ỏ < > H -C =o ] H cation fomyl, m/z 29 +• M Sự phân mảnh tiếp theo của cation axyl kèm theo sự tách loại một phân tử c o và tạo thành cacbocation tương ứng : R'—c —ô ------> R'+ -CO [M -R ]+ [M —R—28]+ 8

Hình 11.4 Phổ khối lượng của butanal Sự CÓ mặt của nguyên tử hiđro ở vị trí Ỵtrong phân tử anđehit hoặc xeton (điều cần thiết là một trong các gốc phải có ít nhất 3 nguyên tử cacbon) làm cho sự phân mảnh ion phân tử diễn ra chủ yếu là tách loại một phân tử anken bền vững (chuyển vị Mc Lafferty), thí dụ như sự phân rã các ion phân tử của pentanal và pentan-2 -on : -----------------------> _+• - c h 3c h = c h 2 o h 2c ĩ p h + , m/z 44 Trạng thái chuyển tiếp M , m/z 86 H H h 2c o o h 2c ^ c K - c h 2= c h 2 ,c ch2 ch3 h 2c c h 3 M , m/z 86 m/z 58 Sự xuất hiện của ion m/z 44 trong phổ khối lượng của butanal là do hiệu ứng Mc Lafferty, còn những ion m/z 71 và 29 được tạo ra bởi sự phân rã a của ion phân tử cùng với sự loại đi các gốc tự do để tạo ra các cation axyl tương ứng (hình 11.4). Phổ eỉectron. Trong phổ tử ngoại của các anđehit và xeton no và không liên hợp có một vân phổ hấp thụ cường độ yếu ở À,max 270 - 290 nm (8 10 - 12), gây ra bởi các bước chuyển n —» 71*. Vị trí vân phổ của bước chuyển n —» 7Ĩ* phụ thuộc vào dung môi ; trong các dung môi phân cực thì cực đại của vân phổ này bị dịch chuyển về vùng bước sóng ngắn. Các liên kết hiđro, được hình thành bởi các proton của dung môi (nước, etanol) với anđehit và xeton làm giảm năng lượng của các electron không liên kết của nguyên tử oxi trong nhóm cacbonyl. Để kích thích những electron này đòi hỏi một năng lượng lớn, cũng 9

có nghĩa là sự bức xạ càng mạnh thì độ dài sóng càng ngắn. Khi axit hóa các dung dịch anđehit và xeton thì vân phổ của bước chuyển n -> 71* yếu đi rất nhanh hoặc nói chung là biến mất. Các máy quang phổ thông thường không ghi được vân phổ mạnh ứng với bước chuyển n -» n* nằm trong vùng 180 - 190 nm. Những hợp chất cacbonyl liên hợp có sự dịch chuyển các cực đại hấp thụ của hai vân phổ này về phía bước sóng dài hơn. Ở các hợp chất quinon, cực đại hấp thụ trong khoảng 400 - 500 nm (8 20 - 100) là vân phổ quan trọng nhất và tương ứng với bước chuyển singlet - singlet n -» n*. ANĐEHIT - XETON NO VÀ THƠM 11.3 Tính chất hóa học 11.3.1 Đặc điểm của nhóm cacbonyl Trong các phân tử anđehit và xeton nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl ở trạng thái lai hóa sp2 với các góc hóa trị 120°. Hai nguyên tử cacbon và oxi nối với nhau bằng một liên kết sigma và một liên kết pi. Nói chung liên kết đôi c = o của hợp chất cacbonyl giống liên kết đôi c = c của anken, nhưng liên kết đôi c = o ngắn hơn và bền hơn : H------- — Độ dài Năng lượng liên kết c = 0 „ 178 kcal/mol 1,23 Â (745 kJ/mol) liên kết c = c 1,34 Ả 146kcal/mol (611 kJ/mol) Ngoài ra, ở nguyên tử oxi còn cặp electron chưa sử dụng chiếm obitan có trục thẳng góc với mặt phẳng pi. Liên kết c = o luôn luôn phân cực về phía oxi vì oxi có độ âm điện lớn hơn cacbon. Sự phân cực đó biểu hiện ở giá trị momen lưỡng cực khá lớn của nhóm c = o (~ 2,7 D). Nếu đem so với |I của nhóm c - o trong ete (~ 1,2 D), ta thấy sự phân cực của nhóm cacbonyl phần lớn do liên kết n gây nên. Do đó ta có thể mô tả nhóm cacbonyl như sau : .... S + ^ 5 - yc= o Như vậy, nhóm cacbonyl có tính chất không no và phân cực đã trở thành trung tâm tấn công đối với các tác nhân nucleophin. Mặt khác, sự phân cực của nhóm cacbonyl có ảnh hưởng lớn đến các gốc hiđrocacbon. Nếu là gốc thơm, nhóm cacbonyl sẽ phản hoạt hóa vòng thơm nối trực tiếp với nó và định hướng meta trong phản ứng thế electrophin. Nếu có gốc no, nhóm cacbonyl 10

sẽ hoạt hóa những nguyên tử hiđro ở vị trí a tạo điều kiện cho phản ứng enol hóa (x. mục 10.7 và 11.8) và các phản ứng thế ionic những nguyên tử hiđro đó. Những phản ứng của hợp chất cacbonyl gồm ba loại chính : phản ứng cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl (cộng đơn thuần và cộng có kèm theo phản ứng tách tạo ra sản phẩm thế nguyên tử oxi-cacbonyl), phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon (ở cacbon a) và phản ứng oxi hóa - khử. 11.3.2 Phản ứng cộng nucleophin Hợp chất cacbonyl có thể tác dụng với nhiều tác nhân nucleophin khác nhau tạo thành sản phẩm cộng theo sơ đồ sau : R, ỗ ỗ +, 8 \" ------ > / OH >=0 + H Ì-Y \"c\" ô; : 5- RY R (hoặc x i - Ỷ) g+ g— g+ g — g— g+ g— g+ g— g+ g— trong đó H - Y là H - O H , H - O C 2H5 , H - C N , H - s 0 3N a , ... còn X - Y thường là s+ S\" 8+ 5” các hợp chất cơ kim như Br M g - CH3 , N a C s CH, ... Các dữ kiện thực nghiệm cho thấy đây là phản ứng lưỡng phân tử và gồm hai giai đoạn : giai đoạn cộng phần mang điện âm của tác nhân vào nguyên tử cacbon mang điện dương của nhóm cacbonyl (chậm) và giai đoạn proton hóa sản phẩm trung gian (nhanh): R ....S+ ^ ô - 5+, 5 - c^hâm R \\^ ^ . 0 \" ++HH + R . .O H > c —— c ; c = 0 4- H — Y nhanh R’^ V Y R '^ V Y R’^ ______ - H + Vì giai đoạn chậm quyết định tốc độ của toàn bộ phản ứng cộng, là sự tấn công của tác nhân nucleophin cho nên ta gọi đó là phản ứng cộng nucleophin, kí hiệu AN. Muốn cho phản ứng cộng xảy ra dễ dàng, phần điện tích dương ô+ ở nguyên tử cacbon-cacbonyl phải lớn và nguyên tử đó không bị các gốc thế R và R ’ án ngữ không gian. Nói cách khác, khả năng phản ứng của nhóm cacbonyl phụ thuộc vào bản chất các gốc nối với nó. Vì thế, những nhóm hút electron (hiệu ứng - I) làm tăng khả năng phản ứng, còn những nhóm đẩy electron (hiệu ứng + I) làm giảm khả năng phản ứng và xeton nói chung kém hoạt động hơn so với các anđehit: ci3c- c h =o > o 2n c h 2- c h =o > C1CH2-C H =0 > h 2c =o > c h 3- c h =o > c h 3- c - c h 3 0 Dưới đây chúng ta sẽ xét một số phản ứng cụ thể : a) Cộng nước và ancol Khi hoà tan anđehit và xeton trong nước sẽ xảy ra sự tương tác giữa nước với nhóm cacbonyl (phản ứng hiđrat hóa) theo một cân bằng : 11

R + HOH nhanh R \\ / OH \"c= 0 < ==> R OH R ge/w-điol Hợp chất cacbonyl K ________ [hidrat]_____________ hiđr [hợp chất cacbonyl] [nước] Fomanđehit bị hiđrat hóa gần như hoàn toàn. Khi thay thế nguyên tử hiđro trong HCHO bằng các nhóm ankyl thì khả năng hiđrat hóa giảm đi nhiều. Trái lại, những nhóm hút electron như CC13, CF3,... đính vào nhóm c = o làm cho khả năng hiđrat hóa tăng thêm. Vì vậy, trong khi các gem-đio\\ nói chung là những chất không bền, dễ bị tách nước trở thành hợp chất cacbonyl ban đầu, thì gem-điol của một số chất như cloral (CCI3CHO) lại bền vững và có thể tách ra ở dạng kết tinh với tnc 57°c. Bảng 11.4 dẫn ra các hằng số cân bằng hiđrat hóa Khiđr của một số anđehit và xeton đơn giản. Bảng 11.4 Hằng số cân bằng hiđrat hóa của một số anđehit và xeton Hợp chất cacbonyl Hiđrat ^hiđr % chuyển hóa thành hiđrat HCH=0 CH2(OH)2 41 c h 3c h = o CH3CH(OH)2 l,8x l0-2 99,96 (C H 3)3C C H = 0 (CH3)3C CH(OH)2 4,1x10 3 50 CH3COCH3 (CH3)2C(OH)2 2,5xl0“5 19 0,14 Đơn vị Khiđr là M Nồng độ tổng cộng là IM. Nồng độ nước là 55,5M. Cơ chế hiđrat hóa anđehit hay xeton trong điều kiện xúc tác bazơ gồm hai giai đoạn : Giai đoạn 1 : Cộng hợp nucleophin ion hiđroxit vào nhóm cacbonyl HO: + R chậm R \" x\\ r * <===* R'' V í C -O : c= 0: / / R' HO lon hiđroxit Anđehit hay xeton Giai đoạn 2 : Chuyển dịch proton từ phân tử nước đến sản phẩm trung gian tạo thành trong giai đoạn 1 . R R RA .. - X nhanh C -O -H 5 / + H-OH ĩ= ± HO c-ọ : + :Õ••H Nước g e m -á iol / lon hiđroxit HO

Hình 11.5 dẫn ra giản đồ thế năng của sự hiđrat hóa anđehit hay xeton trong điều kiện xúc tác bazơ. R' R Hình 11.5 Giản đổ thế năng của sự hiđrat hóa anđehit hay xeton dùng xúc tác bazơ Phản ứng hiđrat hóa trong điều kiện xúc tác axit gồm 3 giai đỡạn : Giai đoạn 1 : Proton hóa oxi cacbonyl nhanh R \\+ + HOH c = 0: /\\ R' H Anđehit hay xeton lon hiđroni Axit liên hợp của hợp chất cacbonyl Giai đoạn 2 : Cộng hợp nucleophin vào anđehit hay xeton đã proton hóa R chậm R' V lí . •• ^C -0 / **\\ H -0 + H I H Nước Axit liên hợp Axit liên hợp của hợp chất cacbonyl của gem-âiol 13

Giai đoạn 3 : Chuyển dịch proton từ axit liên hợp đến phân tử H20 RR R - \\ .. nhanh 1 .. + C -0 + H ,0 <-------> ^ C -0 + H ,0 / **\\ / \"\\ H—o + H H- 0 H 1 H Axit liên hợp g e m - d iol lon hiđroni của gem-áiol Tương tự nước, ancol có thể cộng vào nhóm cacbonyl của anđehit tạo ra sản phẩm kém bền gọi là hemiaxetal. Khi dùng lượng dư ancol với sự có mặt hiđro clorua, hemiaxetal sẽ tác dụng với một phân tử ancol nữa (ete hóa) tạo thành axetal là hợp chất bền có tính chất tương tự ete, nhưng khả năng phản ứng cao hơn ete. R'OH, H+ O H R'OH, H+ OR' R - C H = 0 < = = > R - C H C \" <.....■ _ > R - C H C + H20 OR' OR' Anđehit Hemiaxetal Axetal Nước Thí d ụ : < ^ ^ - C H = 0 + 2CH3CH2OH ^ y - C H ( O C H 2CH3)2 Benzanđehit Etanol Benzanđehit đietyl axetal (66%) CH3(CH2),C H = 0 axit p -toluen ^^ + HOCH2CH2OH 'sunfonic > 0 'o benzen /\\ H (CH2)5CH3 Heptanal Etilen glicol 2-Hexyl-l,3-đioxolan (etan-1,2-điol) (81%) Những hợp chất tương tự axetal của xeton được gọi là xetal. Thông thường người ta điều chế xetal bằng cách cho axeton tác dụng với etyl orthoíom iat: h 3c ^ / o c 2h 5 h 3c o c 2h 5 / C = 0 + H - C - O C 2H5 <------ > _ + HCOOC2H5 o c 2h 5 h 3c n o c ;h ; h 3c \" Etyl orthoíomiat Xetal Etyl íomiat Axetal bị thuỷ phân trong môi trường axit, nhưng bền đối với bazơ mạnh và tác nhân nucleophin. Axetal dễ dàng được điều chế từ xeton và anđehit tương ứng và cũng dễ dàng tái tạo hợp chất cacbonyl ban đầu. Do đó axetal thường được dùng để bảo vệ nhóm chức trong tổng hợp hữu cơ. Để minh hoạ ta sẽ dẫn ra hai thí dụ sau đây : 14

Thí dụ 1 : Xét chuyển hóa dưới đây : Ọĩ ỌII c h 3c c h 2c h 2c = c c h 3 c h 3c c h 2c h 2c = c h — > Hex-5-in-2-on Hept-5-in-2-on Để bảo vệ nhóm chức cacbonyl, ta phải thực hiện lần lượt các phản ứng sau : dj) Bảo vệ nhóm chức cacbonyl o HOCH2CH2OH Ọ0 c h 3c11c h 2c h 2c = c h a. />toluen- \\ c/ -suníonic, C6H6 Hex-5-in-2-on /\\ h 3c c h 2c h 2c = c h 2-(B u t-3 '-in y l)-2 -m e ty l-1,3-đioxolan (80%) a2) A nkyl hóa ankin Ọ\\ / p 1) NaNH2, NH: /\\ 2) CH3I c Ọp /\\ „> c ............................................................... h 3c c h 2c h 2c = c h h 3c c h 2c h 2c = c c h 3 2 -M e ty l-2 -(p en t-3 '-in y l)-1,3-đioxolan (78%) a3) Tái tạo nhóm cacbonyl bằng cách thuỷ phân /\\ H20 Ọ HC1 Ọp II CH3CCH2CH2C = C C H 3 „> N ................................................................ h 3c c h 2c h 2c = c c h 3 Hept-5-in-2-on (96%) 2-M e ty l-2 -(p e n t-3 '-in y l)-1,3-đioxolan Thí dụ 2 : Trong tổng hợp dự kiến sau đây, tác nhân Grinha dùng cho phản ứng không tồn tại được, bởi vì nhóm cacbonyl sẽ phản ứng với nhóm cơ kim có tính nucleophin : O uOiMvigDBr o V ị ^ - C H 2CH2 - C - H + BrMg—CH2CH2—c —H -X -> Xiclohexanon Các nhóm kị nhau H ,0‘ (Tác nhân không tồn tại) OH o ị ^ - c h 2c h 2 - c - h Sản phẩm cuối 3- H H C T2 15

Muốn có sản phẩm trên, trước hết ta phải bảo vệ anđehit bằng cách chuyển thành axetal, rồi thành tác nhân Grinha và sau đó phản ứng với xiclohexanon : Ọ 00 00 '1 HOCHoCHoOH \\/ Br - CH2CH2- c - H ------ — >Br - CH2CH2 - C - H Me \\ _ / H B rM g- CH2CH2- c - H e*e Anđehit đã được bảo vệ r ”\\ OMgBr Qp \\/ BrMg—CH2CH2—c —H OH o CH2CH2 - C - H Sản phẩm cuối Sự tạo thành axetal một cách chọn lọc Bởi vì anđehit tạo axetal nhanh hơn xeton, nên anđehit có thể được bảo vệ chọn lọc khi có mặt xeton : 1đương lượng H /H OH OH H H+ o w b) Phản ứng với hiđro xianua Hiđro xianua (ts 26°C) có thể được xem như là chất khí hoặc chất lỏng với ts thấp. Trong các thí nghiệm điển hình ở phòng thí nghiệm, nó được dùng như một chất khí, nhưng với các thiết bị đặc biệt nó có thể được dùng như là một chất lỏng (và trong một vài trường hợp có thể dùng như một dung môi). Thường thường, HCN được sinh ra trực tiếp trong hỗn hợp phản ứng từ KCN hay NaCN và một axit mạnh. Hiđro xianua rất độc và đặc biệt âm thầm bởi vì chỉ phát hiện ra mùi của nó ở nồng độ gây tử vong. Tương tự nước và ancol, hiđro xianua có thể cộng vào nhóm cacbonyl của anđehit và xeton để tao thành xianhiđrin. Thí du : 16

0 CN OH 1 ĩ CH3C H -C N CH.CH + HCN Axetanđehit Axetanđehit xianhiđrin Hiđro xianua không cộng trực tiếp vào nhóm cacbonyl. Để cộng hợp thành công cần phải có phản ứng kiềm nhẹ như dung dịch đệm NaCN-HCN. Trong dung dịch kiềm, nồng độ ion xianua tăng lên và tấn công nucleophin vào nhóm cacbonyl: HCN: :N=C: lon xianua Anđehit hoặc xeton lon ankoxit sinh ra sẽ tách proton khỏi phân tử hiđro xianua thứ hai và tái tạo ion xianua. R R + :C —N: :N —c —cI —0—: I .. I ■> : N = C - C - Ọ H R' I R' Hiđro xianua Xianhiđrin Phản ứng tạo xianhiđrin là thuận nghịch và vị trí của cân bằng phụ thuộc các yếu tố không gian. Anđehit và xeton không bị án ngữ không gian cho xianhiđrin với hiệu suất cao. Thí d ụ ; C1 C1 C l-^ ^ -C H O NaCN.ete-H20 ' -£ ^ C H -C » N r rồi HC1 OH 2,4-Điclobenzanđehit 2,4-Điclobenzanđehit xianhiđrin ( 100%) Ọ NaCN, H20 OH L rồi H2S 0 4 ĩ CH3CCH3 CH3- C - C H 3 ■1 Axeton C=N Axeton xianhiđrin (77 - 78%) Xianhiđrin là những chất trung gian tó ích trong tổng hợp hữu cơ. Thí dụ nhóm CN có thể được thuỷ phân đến nhóm cacboxyl hoặc chuyển hóa đến este. Ngoài ra nhóm OH của xianhiđrin cũng có thể bị thế bằng amoniac dể thành nhủm^amiiKX-T-mb-chất này được dùng để tổng hơp amino axit. ĐẠi HHỌỌCC QQUUOỐCC GGIIAA HHAÀ NNỌỘIi^_ TRUNG TẰM THỐNG TÌN THƯ VỈỆN 05030001408 17

o OH o '' HCN I CHiOH ■' ch2= c -c o c h 3 CH3 CCH3 - ^ 7 =-» CH3 - C - C N -—- > 11 3 J CN J1 H2S 0 4 ch3 ch3 Metyl metacrylat o NaCN NHa o T > CH3CHCN ^ NH4C1 1 3 > CH3CHCN HC1 II 1 CH3CH NH2 > CH3CHCOH OH h 20 1 NH2 Alanin (60%) Con rết Apheloria corrugata mang trong mình tuyến tích trữ khí độc dưới dạng manđelonitrin (một xianhiđrin) dùng để tự vệ. Khi gặp nguy hiểm, dưới tác dụng của enzym, xianhiđrin phân ly rất nhanh thành benzanđehit và HCN để đầu độc kẻ thù. Chỉ cần một con rết có thể phóng ra lượng khí HCN đủ để giết một con chuột ! Mặc dù manđelonitrin, benzanđehit và HCN có cấu trúc khác nhau nhưng đều có mùi thơm của hạnh nhân : OH o - C6 H5CHCN enzym > C6 H5CH + HCN Manđelonitrin Benzanđehit Trong các thực vật giống Prunus (gồm mận, mơ, đào và anh đào), xianhiđrin được sinh tổng hợp và tích trữ dưới dạng dẫn xuất của đường trong các nhân hạt, Amygdalin và laetril là những xianhiđrin thường gặp, chúng có cấu trúc rất gần nhau. Glucozơ Axit glucuronic co 2h c n ■I °\\O C H C 6H5 Amygdalin c) Cộng natri hiđrosunfit Anđehit và metylxeton tác dụng với natri hiđrosunfit tạo thành sản phẩm cộng ở trạng thái tinh thể gọi là hợp chất cộng hiđrosuníĩt (hay hợp chất cộng bisuníit). Phản ứng cộng hiđrosunfit là thuận nghịch, do đó muốn có sản phẩm với hiệu suất tốt ta phải lấy dư dung dịch natri hiđrosunfit 40% trong nước. Trong phân tử N aHS03, nguyên tử lưu huỳnh có tính nucleophin mạnh tấn công vào cacbon mang điện dương của nhóm cacbonyl: 18

o HOH t CH3- C - H H S 0 3Na (89%) CH3COCH3 + NaHS03 < H0H ■» (CH3)2C - S 0 3Na OH (56%) Hợp chất cộng bisunfit thực chất là những muối natri của axit a-hiđroxisunfonic, thường ở dạng tinh thể. Chúng dễ dàng bị axit phân huỷ thành hợp chất cacbonyl ban đầu và S 0 2. Do đó, phản ứng cộng natri hiđrosuníit được dùng để phân lập các anđehit (hoặc xeton) ra khỏi hỗn hợp với các chất khác không tham gia phản ứng cộng này ; thí dụ tách xitronelal ra khỏi tinh dầu sả. Hợp chất cộng bisunfit cũng được dùng để bảo quản anđehit khỏi bị oxi hóa và ngưng tụ anđol. d) Cộng hợp chất cơ kim Phản ứng cộng hợp chất cơ kim vào nhóm cacbonyl có vai trò rất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Chẳng hạn, cộng hợp các tác nhân Grinha, cơ lithi và axetilua sẽ dẫn tới hợp chất trung gian ankoxit rồi chuyển hóa thành ancol bậc một, bậc hai hay bậc ba (x. Tập 1, mục 9.3.3). Trong những phản ứng đó, hợp chất cơ kim tác dụng như một chất phân cực để tạo ra cacbanion. Thí dụ : Ọ Na :0 : CH3CH2CH2C = c :r Na + + CH3 —C■ —H Natri pentinyl Axetanđehit Natri ankoxit CH3 Ị h 3o + ỌH ĩ ch3 Hept-3-in-2-ol (95%) Đáng chú ý là phản ứng cộng natri axetilua vào hợp chất cacbonyl tạo ra etinylcacbinol, ancol này bị hiđro hóa trên chất xúc tác Lindlar (Pd đã bị đầu độc một phần) và chuyển vị dưới tác dụng của axit sẽ tạo ancol alylic :

R \\ -I— NaNH2, NH3 Rx / 0 H ỵ C = 0 + NaC —CH c R' R' c —CH H2, xt R H+ R x ỵ OH C = CH -CH 2OH chuyển vị alylic c R' R' CH=CH2 Cộng hợp chọn lọc lập thể vào nhóm cacbonyl Về phương diện hóa lập thể, phản ứng cộng vào nhóm cacbonyl không có tính đặc thù vì nhóm này có cấu trúc phẳng. Tuy vậy, vấn để sẽ trở nên phức tạp nếu nhóm cacbonyl liên kết với một trung tâm bất đối. Khi đó, phản ứng cộng sẽ tạo nên hỗn hợp hai đồng phân lập thể không đối quang (erythro và threo) ; một trong hai đồng phân đó sẽ chiếm ưu thế hơn. Để dự đoán đồng phân chiếm ưu thế đó, tức là dự đoán hướng tấn công chủ yếu của tác nhân nucleophin ta dựa vào quy tác Cram (1952), nội dung cơ bản như sau : Nếu ba nhóm th ế ở nguyên tử cacbon bất đối đính với nhóm cacbonyl có kích thước khác nhau (kí hiệu L , T B và N ứng với các nhóm th ế lớn, trung bình và nhỏ) thì tác nhân nucleophin sẽ tấn công nhóm cacbonyl từ phía ít bị án ngữ không gian hơn, tức là phía có nhóm thế với kích thước nhỏ hơn, ít bị án ngữ không gian hơn). L R. .Y OH Thí dụ, trong phản ứng giữa 3-phenylbutan-2-on với phenyl magie bromua, sản phẩm cộng theo quy tắc Cram (I) nhiều gấp 5 lần sản phẩm trái với quy tắc đó (II). Cf6iHl l 5 CH c 6h 5 H c 6h 5 OH ch 3 erythro CHq c 6h 5 H C6 H 5 HO OH ch 3 (II) threo 20

Ngoài các phản ứng với hợp chất cơ kim, quy tắc Cram cũng được ứng dụng cho phản ứng khử dưới tác dụng của các hiđrua kim loại. Thí dụ phản ứng khử 7,7-đimetylbixiclo [2.2.1] heptan-2-on bằng natri bo hiđrua : NaBH, + Ancol isopropylic 0°c 7,7-Đimetylbixiclo íurơ-7,7-Đimetylbixiclo £/2í/ơ-7 ,7 -Đimetylbixiclo [2 .2 . 1 ] heptan-2 -on [2 .2 . 1 ] heptan-2 -ol (80%) [2 .2 . 1 ] heptan-2 -ol (2 0 %) Việc lại gần của bo hiđrua từ phía trên của nhóm cacbonyl bị án ngữ không gian bởi một trong các nhóm metyl. Phía dưới nhóm cacbonyl ít bị án ngữ không gian hơn và sản phẩm chính được tạo thành từ hướng này : H3C CH3 $ Hướng phụ o Hương chính h -b h 3 e) Phản ứng trùng hợp Fomanđehit là chất khí ở điều kiện thường, vì vậy nó thường được bảo quản và dùng ở dạng dung dịch 40% trong nước, có tên 1afơmalin. Fomanđehit khô có thể được điều chế bằng cách đun nóng một trong các dẫn xuất rắn của nó, thường là trỉoxan hay paraýomanđehit. Trioxan (hay trioximetylen) là một trỉme vòng gồm ba đơn vị fomanđehit. Paraíomanđehit là một polime thẳng gồm nhiều đơn vị íbmanđehit. Những dẫn xuất rắn này được tạo thành một cách tự phát khi thêm một lượng nhỏ xúc tác axit vào íomanđehit tinh khiết. HH \\/ o o HO H H \"cT H H ,0 HO OH Trioxan, tnc 62°c Fomanđehit \\/ (trime của fomanđehit) ts - 2 1 ° c H -C -H Fomalin HH HH + C - 0 - CL - 0 - C í - 0 - C L- 0 1111 HH HH Paraíomanđehit (polime của íomanđehit) 21

Axetanđehit sôi ở 20°c, gần nhiệt độ phòng, nên có thể xem là chất lỏng. Axetanđehit cũng được dùng ở dạng trime (paranđehỉt) và dạng tetrame (metanđehit). Axetanđehit có thể được điều chế bằng cách đun nóng một trong các hợp chất này. Paranđehit được dùng trong y tế làm thuốc giảm đau, còn metanđehit được dùng làm mồi nhử và chất độc đối với sên và ốc sên. H CH3 H n / CH3 Ọ Ọ t°. _ Vi t\" _ Ọ' C - ° ' c / H H3C 0 1^C H , - í- > H3C - C - H < - í - H3C X 1 1 •'C H , H H Axetanđehit H \\_ _ /Q u O -C -H ts 20 c I Paranđehit, ts 125°c ch3 Metanđehit, tnc 246°c 11.3.3 Phản ứng với hợp chất cơ lithi Các hợp chất cơ lithi cộng hợp chủ yếu vào nhóm cacbonyl của anđehit và xeton a , p không no để tạo thành ancol alylic (cộng hợp 1 ,2 ) : ,) r > _ 0 > r y .H \\= / 2) H^O+; H20 \\= = / CH3 (95%) OH 1) CH3L1 ; ete 2) (CH3)2C = C H - C - C H 3 — — > (CH3)2C —CH—c —CH3 1 2)H3Q+;H20 \\ 0 ch3 (81%) Việc cộng liên hợp chọn lọc vùng của hợp chất cơ kim đạt được nhờ điankyl lithi cuprat. Hiện nay sự cộng hợp liên hợp của điankyl lithi cuprat là phương pháp tốt nhất đưa nhóm ankyl vào vị trí p của a, P-enon (Cori; Haoxơ, 1966). Nhờ có các điankyl lithi cuprat người ta có thể đưa vào vị trí (5 của a , P-enon, không những nhóm ankyl bậc một mà cả nhóm ankyl bậc hai và nhóm ankyl bậc ba. Ngoài nhóm ankyl, ta cũng có thể đưa vào cả nhóm ankenyl và nhóm aryl. Dưới đây là một số thí dụ : o +o II „ l ) [ ( ( 'll,) 2Cu] Li ; ete 1 ) c h 3c - c h = c h 2 -------------> c h 3c - c h 2c h 2c h 3 2) H3O 3 2-2 3 (97%) 2) 0 = 0 l ) [ ( C H 3)2C u ] - L , + ; e , e > 2) H ,0 + )— / h 3c (97%) 22

3) o 1)(C H 2 = CH)2CuLì ;THF 2) H , 0 + ch= ch2 (65%) 1) (C6H5)2C uL i; ete 4) o 2) H30 + c6h 5 (70%) 5) 1 )(C H 3)2C u L i;e te 2) CH3COOH - H20 o 9-Metyl-cií-đecan-2-on (80%) Trong tất cả các trường hợp người ta đều không phân lập được cuprat ở dạng riêng biệt, mà trực tiếp dùng ngay sau khi điều chế từ hợp chất cơ lithi hay cơ magie và đồng (I) bromua trong ete, THF hoặc đimetoxietan. Trong nhiều trường hợp có thể dùng xúc tác Cu2Br2 (5 - 10%) 11.3.4 Tác dụng với các dẫn xuất một lần thế của amoniac. Phản ứng thê nguyên tử oxi-cacbonyl Các dẫn xuất một lần thế của amoniac R”NH2 tác dụng tương đối dễ dàng với anđehit và xeton tạo ra sản phẩm ngưng tụ chứa liên kết đôi c = N là những dẫn xuất ở nhóm chức của các hợp chất cacbonyl đó : R \\ R\\ C = N —R\" Ịc lo N —R\" HiO R' R' I Thí dụ : H H 3C H ,c N -O H C =N -O H c =0 H H ,0 H ,c H ,c Hiđroxylamin Axetoxim Axeton 23

Cơ chế của phản ứng như sau : R \\ S 5- I R\\ + ' c = 0 + H2N - R \" — > 'c -N H 2-R \" ------ ► RI R' o ------ > R/C -N H -R \" ------- > R^C = N -R \" RI - H 20 N-Imin thế OH Cacbinolamin Thực chất đây là phản ứng cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl tạo ra sản phẩm trung gian rất không bền và bị tách nước ngay thành sản phẩm ngưng tụ hay là sản phẩm thế nguyên tử oxi - cacbonyl. a) Phản ứng với amoniac Amoniac là một chất nucleophin có thể phản ứng với nhóm cacbonyl của anđehit hoặc xeton trong phản ứng cộng - tách. Phản ứng được xúc tác bằng vết axit, với anđehit béo tạo thành sản phẩm ít bền là anđehit-amoniac. Thí dụ : c h 3 - c h = o + NH3 ------» ỵ OH CH3 - C H nh2 Axetandehit-amoniac (tnc 97°C) Anđehit-amoniac dễ bị tách nước và trime hóa thành hợp chất dị vòng : NH / 0H CH3- C H CH —CH3 CH3-CH— — > CH3-CH =N H - - - - - -> 11 - h 20 3 HN NH NH2 \\/ Anđimin CH I ch3 b) Phản ứng với amin Các imin không thế được tạo thành từ amoniac không bền vững. Do đó, nếu dùng amin bậc một thay cho amoniac thì sản phẩm là imin thế (còn gọi là bazơ Schiff) thì sản phẩm sẽ bền hơn. Ọ OH ủ ĩII NHCH ^ > r V c H = : NCH Benzen, H+, t° CH + NH2CH3 <------------ > N-Benzyliđenmetylamin (95%) 24

C y ĩH + ( > N H 2 ^ C „ = N- ^ Benzanđehit Anilin N-Benzyliđenanilin (87%) Cơ chế phản ứng tạo bazơ Schiff gồm hai bước. Bước thứ nhất là sự cộng hợp nucleophin amin vào cacbon cacbonyl có một phần điện tích dương, tiếp theo là sự chuyển một proton từ nitơ đến o x i: Bước ỉ : Cộng /ỏ i + R'NH2 nhanh iỏ ĩ nhanh :ÔH y II <==ì I < I ^ RCR RCR RCR • 1 V _I R’NH2 ^ R’N•• H Bước hai, nhóm OH proton hóa được tách đi dưới dạng phân tử nước. Bước 2 : Tách :OH H+ :Ô h 2 - h 2o -H + I nhanh M chậm + nhanh .. R2CNHR' < = ± R2C t-N H R ' < = ì R2C = N H R ' ĩ = ± R2C = N R ’ Imin (bazơ Schiff) Cần chú ý rằng chỉ những bazơ Schiff sinh ra từ anđehit thơm và amin thơm mới bền vững. Các bazơ Schiff điều chế từ anđehit và amin béo thường không bền, dễ trime hóa thành hợp chất dị vòng. Thí dụ : CH3 triniehóa _ 1 I 1_ A h 2c = o + h 2n - c h 3 — 0 > h 2c = n —c h 3 — — — > c h 3 - n ^ n - c h 3 Bazơ Schiff sinh ra từ fomanđehit và anilin dễ dàng chuyển hóa ngay thành trime gọi là anhidrofomanđehitanilin. Trong trường hợp này nếu dùng dư anilin, bazơ Schiff sẽ tác dụng với anilin tạo ra N,N’-điphenylđiaminometan. H2N C 6H 5 C6H 5NH2 + CH2= 0 — H—2Ur > C6H5N = C H 2 — - ĩ —> C6H5N H -C H 2- N H C 6H5 - Anhiđroíomanđehitanilin N,N'-Điphenylđiaminometan Ngược lại, nếu dùng hơi dư íomanđehit và có mặt axit người ta sẽ được polime gọi là nhựa anilin, tương tự bakelit. Các xeton rất khó phản ứng với amin bậc một, thường phải dùng những chất xúc tác mạnh như ZnCl2, HC1,... 25

Anđehit thơm tác dụng với amoniac tạo thành hiđrobenzamit có lẽ cũng qua giai đoạn tạo thành anđehit-amoniac và anđimin : C6H5-CH O + NH3 OH > [C6H5-C H = NH] C6H5-C H \\ NH' H ,0 [2C6H5 —CH = NH + 0 = C H - C 6H5] HoO (C6H5CH=N)2CHC6Hs Hiđrobenzamit Xeton cũng có thể tác dụng với amoniac qua nhiều giai đoạn phức tạp. Trong trường hợp axeton, phản ứng thoạt tiên tạo ra mesityl oxit và phoron, những chất này cộng thêm phân tử amoniac tạo thành điaxetonamin và triaxetonamin : 2 CH3 - CO - CH3 ------ > (CH3)2C = CH - CO - CH3 NH3■> (CH3)2C - C H 2-C O C H : nh2 Mesityl oxit Điaxetonamin H CH■,3 NXTTHT3 H3C / N ^ /C H 3 H,c C =C H -C -C H = C > cc 3 CH3 - C - C H 3 — -> \\ CH I H3C ^ I p C H 3 ì ~ H2° H3C 0 h2c ch 2 0 Phoron 'c \" I 0 Triaxetonamin Với amin bậc hai, anđehit và xeton cho ion ỉmini rồi đến enamin (x. thêm mục 14.5). Enamin được tạo thành do có sự loại đi proton khỏi cacbon ị3 đối với nitơ, kết quả là xuất hiện một liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon a và cacbon p. Các enamin là những chất trung gian quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Liên kết đôi giữa cacbon a và cacbon p 0H H - H+ ) .. _ CH2-CH =N (CH 3)2 1 - H20 É ==* CH2==CHN(CH3)2 CH3CH + (CH3)2NH < = ± Đimetylamin lon imini Enamin o benzen N HoO + N N-( 1-Xiclopent-1-enyl) Xiclopentanon pyroliđin (80 - 90%) H Pyroliđin 26

c) Phản ứng với hiđroxylamin Anđehit tác dụng với hiđroxylamin tạo thành anđoxim, còn xeton tạo ra xetoxim : R —C H = 0 + H2N - O H ------> R —C H = N —OH + H20 ----- > + H,0 R x .................. Anđoxim c = 0 + H,N-OH < /1 R' C =N -O H / Thí dụ : R Xetoxim CH3(CH2)5CHO + H2N - O H ------> CH3(CH2)5C H =N O H + H20 Heptanal Hiđroxylamin Heptanaloxim (81 -93% ) Thường thường người ta thực hiện phản ứng trong môi trường axit yếu (x. trên). Các axit mạnh phân tách oxim trở lại các hợp phần ban đầu. Chúng ta sẽ đề cập đến các tính chất của oxim một cách đầy đủ hơn ở mục 11.15. d) Phản ứng với các hiđrazin Hiđrazin tác dụng với hợp chất cacbonyl tạo ra hìdraion hoặc aún tùy theo tỉ lệ các chất lấy vào phản ứng : Rx Rx c=o 20.................. + h 2n - n h 2 — > c = n - n h 2 + h ^ Hiđrazin ^ Hiđrazon C = N - N „H 2 + 0 = c / R ------ > R \\ C = N - N = C / R+ H20 / z\\ /\\ R R' R' R' Azin Người ta phân biệt anđazin và xetazin. Xetazin khó tạo ra hơn anđazin, cho nên phản ứng giữa xeton với hiđrazin thường dừng ở giai đoạn hiđrazon (do án ngữ không gian). Hiđrazon và azin đều là những chất rắn, kết tinh, với nhiệt độ nóng chảy đặc trưng, lại dễ bị thuỷ phân (axit) tạo ra hợp chất cacbonyl ban đầu. Vì vậy, người ta có thể dùng phản ứng vơi hiđrazin để nhận hiết hợp chất cacbonyl. Phenylhiđrazin cũng dễ dàng tác dụng với hợp chất cacbonyl sinh ra phenylhiđrazon : R\\ ............................ Rx c =0 + h2n - n h - c6h5 — » c = n - n h c6h5 + h20 R' R' Phenylhiđrazin Phenylhiđrazon Phenylhiđrazon cũng là những chất rắn, kết tinh, dễ bị thuỷ phân trong môi trường axit tạo thành hợp chất cacbonyl ban đầu, và do đó thường được đùng để nhận biết hoặc đặc 27

trưng cho hợp chất cacbonyl. Với mục đích đó, bên cạnh phenylhiđrazin người ta hay dùng /?-nitrophenylhiđrazin và 2,4-đinitrophenylhiđrazin. Cơ chế tạo hiđrazon giống hệt cơ chế tạo imin (xem mục 1 1.3.4b). Giai đoạn khử thực thụ gồm hai lần chuyển dịch proton hỗ biến từ nitơ đến cacbon. Trong dung dịch bazơ mạnh, xảy ra chuyển dịch proton từ N đến c do tách proton khỏi nitơ kèm theo sự proton hóa lại trên c. R'.\\ / Nx : •o• h R 'x R- H o / C -N C= N H / C=N R / R [R Hiđrazon Tách proton khỏi N Thế proton vào c OH Việc tách proton lần thứ hai tạo ra hợp chất trung gian để loại nitơ và chuyển thành cacbanion. Cacbanion này được proton hóa nhanh để cho sản phẩm. :N = N : RL j Ọ r Ì 5 H R'v ^ C n í' RR''v\\ / ' \" “ ì i,o K '2 y J \"\\ ■■=* H- ± H -C : * H - C - H + OH RR ỵ / / R R Tách proton khỏi N Tách N2 Cacbanion Sản phẩm e) Phản ứng với semicacbazit và thiosemicacbazit Sản phẩm ngưng tụ sinh ra được gọi là semicacbazon và thiosemỉcacbazon. \\ + H2N -N H -C O N H 2 H ,0 R c= o Semicacbazit c = n - nh- conh2 / + h 2n - n h - c s n h 2 - h 20 / \\ Thiosemicacbazit R' c =0 Semicacbazon / R\\ c = n - n h - csnh2 R' / R' Thiosemicacbazon 11.3.5 Các phản ứng với hợp chất có nhóm metylen linh động (x. mục 14.6) 11.3.6 Phản ứng với ylit photpho (phản ứng Vittic) Như đã biết, phản ứng Vittic bao gồm sự tương tác của anđehit hoặc xeton với ylit photpho để tạo thành anken và photphin oxit (x. Tập 1, mục 3.7.6). Thí dụ : o + (C6H5)3P = CH2 THF /\\ c h 2 + (C6H5)3P = 0 o- Metvlenxiclohexan Xiclohexanon (84%) 28

* < ^ ^ C H = C H C H = C H ^ ^ > + (C6H5)3P = 0 1,4-Điphenylbuta-1,3-đien (67%) -ĨỆỆU(^yO o + (C6H5)3P ^ C I Br\" < 1 + (C6H5)3PO (45%) Ylit photpho dùng cho phản ứng Vittic được điều chế bằng sự thế nucleophin (SN2) của ankyl halogenua với photphin bậc ba như triphenylphotphin (một chất nucleophin mạnh, nhưng là một bazơ yếu), và chế hóa tiếp theo với một bazơ mạnh, như butyl lithi («-C4H9L i): R' H \" xi r? -X _ + cL CH3CH2CH2CH2Li (C6H5)3P : (C6H5)3P - C R '2 ------- — > + CH—X Triphenylphotphin R lon photphoni ch 3ch2ch 2ch 3 + (C6H5)3P+ -oC-R '2 <----> (C6H5)3P=CR ’2 Các cấu trúc cộng hưởng của ylit Phản ứng Vittic là phương pháp tốt nhất để tổng hợp anken có vị trí xác định của nối đôi. Vì vây, nó được ứng dụng nhiều trong tổng hợp vitamin các nhóm A và D, các hợp chất polien, polienin, chất thơm, pheromon và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác. Dưới dây dẫn ra thí dụ về tổng hợp bombicol (một pheromon được phân lập từ con tằm) bằng cách cho metyl este của axit n-ĩomylđeca-lOE-enoic ngưng tụ với ylit nhận được từ H-butyltriphenylphotphoni bromua và natri bis-(trimetylsilyl) amiđua trong tetrahiđroíuran với sự tạo thành este đien liên hợp E, Z; hợp chất trung gkin này được khử bằng lithi nhôm hiđrua đến bombicol với hiệu suất tổng cộng 45%. ............................................... ............. CH3CH2CIỈ2CH; PPh,,B? CH3OOC(CH2)gCH= c h c h o - • -■- - E_ Na N[Si(CH3)312 ; THF ; - 20 c 1) L1AIH4 ; ete ------> CH3 CH2 CH2 C H = C H -C H = CH(CH2 )8 COOCH3 — — ------ > Z- E- ' 2) H3O -> c h 3c h 2c h 2c h = C H -C H = C H (C H 2)8CH2OH z- E - Hexađeca-10E, 12Z-đien-1-ol (bombicol) 29

Phản ứng Vittic được dùng trong công nghiệp để tổng hợp vitamin A |. Giai đoạn chìa khoá của quá trình tổng hợp này là sự oleíìn hóa theo Vittic : Về cơ chế phản ứng do chính Vittic đề nghị thì ở giai đoạn một do sự cộng hợp nucleophin thuận nghịch của ylit vào nguyên tử cacbon cacbonyl để tạo thành chất trung gian lưỡng cực betain. Tiếp theo, betain sau khi phối trí của oxi cacbonyl ở nguyên tử photpho, được chuyển thành oxaphotphetan. Trong dung dịch, oxaphotphetan không bền kể cả ở nhiệt độ thấp. Ở - 20°c và cao hơn, chúng bị tách loại cis để tạo thành anken và triphenylphotphin o x it: ©® Ỵ P(C6H5)3 (C6H5)3P - C H R I + r 2c o r 3 <-— > r 2- c - c h r ' <----- » / o J P(C6H5)3 R BRet,ain <— -> r 2- c - ^ c h — > (C6H5)3P = 0 + r 2- c = c h /\\ /\\ R3 R1 R3 R1 Oxaphotphetan Các yếu tố kiểm soát cấu hình của anken tạo thành có thể xem xét trong khuôn khổ của cơ chế này. Bởi vì giai đoạn cuối là tách loại syn, hóa học lập thể của chất trung gian betain được tạo thành ở giai đoạn đầu được bảo toàn và trạng thái chuyển tiếp bốn trung tâm của sự tách loại quyết định cấu hình anken. Vì vậy, khi phàn huỷ erythro-betain ta nhận được r/s-anken, còn khi phân huỷ //ỉ/-eo-betain sẽ nhận được đồng phân trans. 30

©© X(C6H5)3P Ọ (CóH5)3P (C6H5)3P - C H R oô R CHO (C6H5)3P = 0 /< \\H R / k\\ ^ ,RR2 IH H r' HR erỵthro-Bel&in threo-Betain Tách loại syn Tách loại s;y/7 < /R 2 R \\ H/ + c=c c= c Hỵ XH H ỵ X R2 cứ-Anken trans-Anken 11.3.7 Sự tạo thành oxiran khi tương tác hợp chất cacbonyl với ylit lưu huỳnh Trong khi các ylit photpho tương tác với anđehit và xeton tạo thành anken thì các ylit lưu huỳnh trong phản ứng với hợp chất cacbonyl lại cho oxiran (epoxit). Các ylit lưu huỳnh được điều chế bằng cách đeproton hóa muối suníòni dưới tác dụng của các bazơ mạnh như «-butyl lithi hoặc natri đimxyl. ©0 © 0 rt-C4H9Li > (C H 3)2S - C H 2 1) (CH3)3S I + TH F; - 20°c + Lil + C4H 10 Ylit lưu huỳnh o 2) (CH3)2S - 0 + NaH DMSO; 40-50°C ©0 Ọ DMSO - THF; - 10°c 3) (CH3)3S Br ©0 t NaCH2SCH3 ©© _t > (CH3)2S - C H 2 + NaBr + CH3SCH3 Ylit lưu huỳnh cũng như ylit photpho khi tương tác với hợp chất cacbonyl mới đầu tạo thành betain do kết quả phản ứng cộng nucleophin vào cacbon cacbonyl. Tuy nhiên, khác với betain photpho, betain lưu huỳnh được bền hóa nhờ sự tấn công nucleophin của nguyên tử oxi vào cacbon betain với sự đóng vòng ba cạnh. Sự khác biệt này có thể hiểu được, nếu biết rằng trong phản ứng SN2 đimetyl suníua khác với triphenylphotphin là một nhóm tách đi tố t: ©© c® R COR' R —c - c h 2- S(CH3)2 (CH3)2S - C H 2 / \\ 0©: R R —C - c h 2 + (CH3)2S R2‘ o (75 - 95%) 4- HHCT2 31

Như vậy, đối với nhóm cacbonyl, các ylit lưu huỳnh về hình thức đóng vai trò tác nhân vận chuyển nhóm metylen : 1 /° \\ c 6h 5 - c — c h 2 + (CH3)2S 1) c 6h 5c h o + CH2- ! ( C H 3)2 H (75%) o H2C;------ 0 + (CH3)2S e© lJ 2) 1Ỏ j + CH22-S(CH3)2 Để thay thế các ylit lưu huỳnh, người ta có thể dùng các ylit sunfoxit. Metylit của đimetylsunfoxoni ~CH2 S(0)(CH3)2 phản ứng với anđehit và xeton tương tự như metylit của đimetylsuníoni: (CH3)2s - 0 ♦ ỵ° + ch3i ------------- > (CH3)2- S - C H 3I *ỵ° +/ ° - (CH3)2 ~ S ~ C H 3! + NaH (CH3)2 - S - C H 2 + Nai + H2 (CH3)2- S - C H 2 + 0 ^ 3 - > O ^ C H + (CH3)2S* ° (75%) 11.3.8 Các phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon a) Phản ứng halogen hóa vị trí a của nhóm cacbonyl (x. thêm mục 14.3) Do có sự phân cực của nhóm cacbonyl, nguyên tử hiđro ở vị trí a đối với nhóm đó trở nên linh động và hợp chất cacbonyl (anđehit cũng như xeton) dễ bị clo hóa, brom hóa và cả iot hóa ở vị trí này. Thí dụ : c h 3- c h = o + Cl2 ------ > CH2C 1 - C H = 0 + HC1 Cloaxetanđehit O g - C H 3 + Br2 -------» < ^ ) - C - C H 2Br + HBr 00 a-Bromaxetophenon Khi dùng dư halogen ta có thể thế được hết các nguyên tử H a. Trong trường hợp halogen hóa trong môi trường kiềm ; các hợp chất metyl-cacbonyl kiểu RCOCH3 (R : H, ankyl hoặc aryl) cho ngay dẫn xuất trihalogen R - co - c x 3. 32

R - C - C H 3 + 3X2 + 3NaOH ■> R - C - C X 3 + 3NaX + 3H20 01 ĩ ỏ Trong điều kiện phản ứng như vậy, dẫn xuất trihalogen bị phân cắt thành muối của axit cacboxylic RCOONa và haloíom CHX3 (phản ứng halofom ): R - CI - C X 3 + NaOH ■> CHX3 + R -C -O N a 0 1 0 Trong thực tế clorofom CHCI3, bromoíom CHBr3 và iođofom CHI3 được điều chế từ axeton hoặc ancol etylic (ancol này sẽ bị oxi hóa thành axetanđehit) trong môi trường kiềm. b) Phản ứng aminoankyl hóa các xeton c ó H a được gọi là phản ứng Mannich (x. mục 14.10) 11.3.9 Các phản ứng khử a) Phản ứng khử thành ancol Phương pháp khử đơn giản nhất để chuyển hóa hợp chất cacbonyl thành ancol với quy mô lớn là hiđro hóa trên bề mặt chất xúc tác kim loại (x. Tập 1, mục 1.7.3). R +H xúc tác R c= 0 C H -O H “ R ’^ R Chất xúc tác thường dùng là niken, palađi, platin, đồng cromit. H2,P t^ metanol1 o H OH Xiclopentanon Xiclopentanol (93 - 95%) Nhưng chất khử có ý nghĩa quan trọng được dùng nhiều trong những năm gần đây là các hiđrua phức kim loại như natri bo hiđrua và lithi nhôm hiđrua. H H1 1 4* 1 Li H - A l - H Na H - B - H ỉi 11 H H Natri bo hiđrua (NaBH4) Lithi nhôm hiđrua (L1AIH4) Natri bo hiđrua đặc biệt dễ sử dụng, nó tan được trong nước và trong ancol, do đó khi thực hiện phản ứng khử, người ta thêm nó vào dung dịch nước hoặc ancol của anđehit hoăc xeton : 33