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

Cơ chế A1B1 thực chất là một cơ chế SN1 và cơ chế A1B2 cũng là cơ chế SN2. Những điều kiện thuận lợi cho cơ chế A1B2 cũng thuận lợi cho cơ chế AcB2. Cơ chế A1B2 ít gặp và thường bị cạnh tranh bởi phản ứng AcB2 nhanh hơn. Tuy nhiên, người ta cũng đã gặp một số trường hợp phản ứng theo cơ chế A1B2. Thí dụ : C H . - O - C - Ph + CH.O CH3OH » CH3OCH3 + O C - P h o 1 0 Sự thủy phân este bằng chất xúc tiến bazơ được gọi là sự xà phòng hóa. Hơn 2000 nãm trước, người A-rập đã biết làm xà phòng bằng cách đun nóng mỡ động vật với tro gỗ. Mỡ động vật có chứa nhiều trieste của glyxerol, còn tro gỗ chứa nhiều kali cacbonat. Sự phân cắt chất béo cho hỗn hợp các muối kali của axit cacboxylic mạch d à i : CH2- 0 - C 0 ( C H 2)xCH3 k 2c o 3, h 20 c h 2o h C H 3(CH2)xCOOK + CH3(CH2)yCOOK 1 1 CH3(CH2)zCOOK C H - 0 - C 0 ( C H 2)vCH3 CHOH Các muối kali cacboxylat I 1 CH2- 0 - C 0 ( C H 2)zCH3 c h 2o h Glyxerol Phản ứng xà phòng hóa các este của ancol quang hoạt dẫn đến sự bảo toàn cấu hình : H KOH H 18 , ■> CH3COK 18 ancol, nước II CH3C - 0 - C — c 6h 3 + H O - C — C6H5 0 ì\\ \\ 0 ch3 ch3 Hiệu suất 80%, có độ tinh khiết quang học như este Không có liên kết nào ở trung tâm bất đối bị đứt khi xảy ra sự phân cắt liên kết axyl - oxi. Trong phản ứng dưới đây, etyl benzoat thu hồi bị mất một phần đồng vị đánh dấu do có sự tạo thành hợp chất trung gian tứ diện : 18 OH- 18 OH o 0 ?= * HO OH 18 ĩ V✓ c + h 20 c 6h 5 c 6h 5/ ^ o c 2h 5 + h 20 o c 2h 5 Q H , OC2H 5 Các sự việc trên đã được thấy rõ trong cơ chế ở hình 12.9. b) Phản ứng vói amonỉac và dẫn xuất của amoniac Amoniac, amin bậc một và amin bậc hai phản ứng với este tạo thành amit và amit thế ở nguyên tử nitơ. Phản ứng xảy ra ở điều kiện êm dịu và cho amit với hiệu suất cao. Phản ứng này đặc biệt có ích khi axyl halogenua hoặc anhiđrit axit là khó kiếm, thí dụ khi tổng hợp amit của hiđroxiaxit và của amino a x it: 184

o CH3C H -C O O C H 2CH3 + n h 3 - nước,etano1 > C H 3 C H - C + CH3CH2OH 1 25 c 1 1 ÓH ỎH NH2 (85%) o N = C - C H 2COOCH2CH3 + n h 3 n = c - c h 2c + CH3CH2OH nh2 (86 - 88%) Sản phẩm sau khi được thủy phân sẽ sinh ra amit. Cơ chế phản ứng này tương tự các quá trình cộng - tách ở nguyên tử cacbon axyl. R -C \" + NH3 <==> 0~ r 0~ 0R ' R -C -O R ' R - C„ - C I> rr + / -R--'-------- > INH3+ L n h 2H ------> R - C ^ + R’OH NH2 Amin bậc ba, pyriđin và imiđazol xúc tác cho phản ứng này còn /7-nitrophenoxi trong các este của /?-nitrophenol là một trong những nhóm đi ra tốt nhất. c) Phản ứng vói hợp chất cơ magie và cơ lithi Este và lacton phản ứng với hai đương lượng hợp chất cơ magie hoặc cơ lithi sinh ra ancol bậc ba (x. Tập 1, mục 9.3.2): o C6H5C - O C H 2CH3 + 2C6H5MgBr (C6H5)3C - OMgBr H2O (C6H5)3COH (96%) o 1) 2CH3MgBr (CH3)2C - C H 2CH2CH2CH2OH ó > 1 2) H3O OH (72%) Khả nãng phản ứng của este đối với hợp chất cơ magie hoặc cơ lithi kém hơn xeton, do đó phản ứng thường không dừng lại ở giai đoạn tạo xeton. Muốn có sản phẩm xeton thì este và hợp chất cơ kim phải chứa nhóm ankyl bậc ba gây cản trở không gian cho phản ứng của xeton với tert-ankyl lithi hoặc íerr-ankyl magie halogenua : Ọ Ọ .\" „ (CH3)3CLi(CHet3e)3CC„- C(CHI 3)3 + CH 3CH 2O LÌ (C H 3 )3C C - O C H 2C H 3 + (80%) Khác vói hợp chất cơ magie và cơ lithi, các điankyl lithi cuprat không phản ứng với este. 185

d) Phản ứng khử Este có thể bị khử bằng lithi nhôm hiđrua đến ancol bậc m ộ t: 1) LÌAIH4, ete _ _ H5C2O O C -(C H 2)4 -C O O C 2H5 “ -----> HO(CH2)6OH + 2CH3CH2OH (90%) Khả năng phản ứng của este đối với L1AIH4 kém hơn anđehit, do đó phản ứng không dừng ở giai đoạn tạo anđehit và sản phẩm phản ứng là ancol bậc một. Lithi bo hiđrua cũng cho kết quả tương tự LiAlH4 : THF ___ _ _„ CH3 (CH2 ) 1 4 CH2OH + CH3 CH2 OH CH3 (CH2 ) 1 4 COOCH2 CH3 + L1BH4 65 c (95%) Lithi bo hiđrua được điều chế bằng cách cho NaBH4 phản ứng với LiCl trong etanol khan : NaBH4 + LiCl - - ta-n- -> LiBH4 + N aC ll Cả hai phương pháp khử này đều được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ và ta cũng cần nhớ rằng NaBH4 không khử được este. Việc khử este của axit mạch không vòng và axit thom bằng hiđrua phức đã thay thế hoàn toàn phương pháp khử este của axit mạch không vòng của Bouveault - Blanc bằng tác dụng của natri lên etanol tuyệt đối. Khi khử este vòng (lacton) bằng L1AIH4 ta được đ io l: /0 ^ 1 ) L1AIH4, ete HOCH2CH2CH2CH2OH C _o 4-----> (83%) ______ I 2) H30 + Khi dùng tác nhân khử có tính chọn lọc cao như điisobutyl nhôm hiđrua (DIBAL-H), ta có thể khử được este đến anđehit. Để tránh khử anđehit đến ancol bậc một, cần phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp ( - 60 đến - 70°C), trong môi trường trơ vì DIBAL-H tự bốc cháy trong không k h í: CH3(CH2) 10COOCH3 + (ĩ-C4H9)2A1H 1 ) toluen, - 6 0 °c CH3(CH2) 10CHO ' = - ------ > (8 8 %) 2) CH3OH e) Khử đến axyloỉn (ngưng tụ axyloin) Khi đun nóng este của axit cacboxylic với natri trong khí quyển không có oxi, dung môi trơ như đietyl ete, benzen hoặc toluen, không có hơi ẩm hoặc ancol thì axyloin (1,2-hiđroxixeton) được tạo thành. Theo Kharasch (1939), mới đầu sản sinh ra ion gốc, rồi các ion gốc này đime hóa thành đianion và phản ứng đi tiếp đến axyloin : 186

2 R - C f _ 2NaV 2R - c ; : : — :Õ: :ổ: ỌỌ -> OR' ~ 2Na OR' 11 II II — >R -C -C -R > R-C— C -R - 2R,° 11 :OR' :OR’ lon gốc Đianion M _ •• - OH OH ỌH Ọ :0: :Õ: 1 II 2Na7» I I 2H 4 1 i, * R -CH -C-R c —R R -C =C -R - 2Na R—c = Axyloin Trong trường hợp có mặt oxi sẽ xảy ra sự ghép nối các anion gốc với oxi để tạo thành peoxit của axyl và ancolat. Điều này ngăn cản sự tạo thành axyloin. . .0 : /5 0 : c:0 : pQ VI 2R -C // \\ OR’ * R -C -O -O -C -R ------- Ỳ R -C C -R r\\ r\\ - 2R’0 \\ / •ỌR' :0R' 0 -0 •• •• 12.23.2 Phương pháp điều chế Ta có thể điều chế este của axit cacboxylic bằng một trong những phương pháp sau : a) Từ clorua axit và ancol hoặc phenol RCOC1 + HOR’ ------» RCOOR’ + HC1 Thí dụ : CH3COCI + (CH3)3COH ------> CH3COOC(CH3)3 + HC1 Í-Butyl axetat (6 8 %) b) Từ anhiđrit axit và ancol hoặc phenol (R C 0)20 + HOR’ ------» RCOOR’ + RCOOH Thí d ụ : (CH3C 0 )20 + HOC6H5 ------» CH3COOC6H5 + CH3COOH Phenyl axetat c) Từ xeten và ancol hoặc phenol CH2 = C = 0 + HOR’ ------> CHiCOOR’ d) Từ axit cacboxylic và điazometan RCOOH + CH2N2 ------> RCOOCH3 + N2 Thí dụ : [> ^ C H 2COOH + CH2N2 ----- > p>—CH2COOCH3 + N; Axit xiciopropyl axetic Metyl xiclopropylaxetat (79%) 187

e) Từ muôi bạc hay muối kiềm của axit cacboxylic và ankyl halogenua RCOOAg + IR ’ ------ » RCOOR’ + Agl Thí dụ : CH3COOAg + C l - C H 2 - ^ y - C 2H5 ----- > CH3COOCH2^ ^ - C 2H5 + AgCl p-Etylbenzyl clorua p-Etylbenzyl axetat (93%) f) Từ nitrin và ancol RC = N + HOR’ — RCOOR’ Thí dụ : CH2(C = N)2 + C2H5OH ------ > CH2(COOC2H5)2 Đietyl malonat (62%) g) Từ axit cacboxylic và ancol (phản ứng este hóa theo E. Fisơ, 1895) là phương pháp quan trọng, được áp dụng rộng rãi nhất h 2so 4 RCOOH + H O R ’ < _ > RCOOR’ + H20 h 2s o 4 Thí dụ : CH3COOH + C2H5OH < --> CH3COOC2H5 + H20 Etyl axetat (90%) Phản ứng trên có tính thuận nghịch. Hằng số cân bằng [CHĩ COOCzH;i][H ĩ O] [C H 3C O O H ][c:2 H 5OH ] Như vậy, có khoảng 6 6 % được chuyển hóa thành este. Muốn tăng hiệu suất este, tức là chuyển dịch cân bằng về phía bên phải, ta có thể tãng nồng độ của một trong hai chất phản ứng (ancol hoặc axit) hoặc tách sản phẩm ra (este hoặc nước) bằng cách chưng cất. Đặc điểm nữa của phản ứng este hóa là rất chậm. Hỗn hợp đẳng phàn tử của CH3COOH và C2H5OH ở nhiệt độ phòng phải cần khoảng 16 nãm mới đạt tới cân bằng. Để tăng tốc độ phản ứng, ngoài việc đun nóng hỗn hợp, người ta còn dùng các chất xúc tác như H2S 0 4 đậm đặc, HC1 khan ... Cơ chế phản ứng este hóa đã được I. Roberts và H .c. Urey*' chứng minh đầy đủ vào năm 1938. Các ông đã điều chế metanol chứa đồng vị l80 và cho metanol này este hóa với axit benzoic ; sản phẩm metyl benzoat có chứa toàn bộ !80 vốn của m etanol: C6H5 - C - O H + CH3 - O H ------ > C6H5 - C - O C H 3 + H20 Axit benzoic Metanol giàu lxO Metyl benzoat giàu IX0 Nước >Uri H. (Harold Clayton Urey ; 1893 - 1981), nhà khoa học Hoa K ỳ nổi tiêhg với các công trình vé' tách đồng vị phóng xạ của cacbon, oxi. nitơ và hiìt huỳnh ; tách đổng vị IIran - 2JS lử đồng vị IIran - 238 bằng phương pháp khuếch tán khí. Giải thưởng Noben hóa học (1934) về công trình khám phá ilạtĩg nặng của hiđro là đơterí. 188

Thí nghiệm của Roberts - Urey cho thấy liên kết c - o của ancol được bảo toàn trong quá trình este hoá, còn oxi trong phân tử nước tạo thành là từ axit cacboxylic. Cơ chế phản ứng este hóa được dẫn ra ở hình 12.11. Cơ chế 6 bước này có thể được tổ hợp lại thành hai giai đoạn. Sự tạo thành hợp chất trung ẹian tứ diện mô tả đặc điểm của giai đoạn một (các bước 1 đến 3), và sự phân ly của hợp chất trung gian tứ diện này mô tả đặc điểm của giai đoạn 2 (các bước 4 đến 6 ): Bước 1 - 3 HO OH Bước 4 - 6 y _ IX_ H+ \\ / H+ y H20 C6H,C + CH3OH < = = = > c < = = > C6H5C + \\_ _ /\\ _ \\ OH C6H5 ìx OCH3 1 8 OCH3 Axit benzoic Metanol Hợp chất trung gian tứ diện Metyl benzoat Nước Phản ứng este hóa gồm sáu bước sau : Bước I : Axit cacboxylic được proton hóa ớ oxi của nhóm cacbonyl. Chất cho proton là ion ankyloxoni được hình thành do sự chuyển dịch proton từ xúc tác axit đến ancol. O -H CH, \\_ IX / •• + 0: >„ \\ \\ • 0• • — H H :Ọ -H H Axit benzoic lon metyloxoni Axit liên hợp Metanol của axit benzoic Bước 2 : Việc proton hóa axit cacboxylic làm tăng đặc tính dương của nhóm cacbonyl (hoạt động hóa nhóm cacbonyl). Phân tử ancol có vai trò như một tác nhân nucleophin và tấn công vào cacbon cacbonyl. Axit liên hợp Metanol : ? H CH3 của axit benzoic 1 ixy + Q H 5C - 0 : I \\. ỈO• • H H Dạng proton hóa của hợp chất trung gian tứ diện Bước 3 : lon oxoni được hình thành ở bước 2 mất đi proton để cho hợp chất trung gian tứ diện ở dạng trung hòa. Bước này kết thúc giai đoạn thứ nhất trong cơ chế. : 91 H1H/+c h 3 18 / c h 3 : 9I h 18.. 18 4 c h C6H5CI- OC\\ĩ C06H5C - Ọ..C H 33 + H - Ò \\: + /SOS\\ :O• •H — H :Ỏ••H H Dạng proton hóa Metanol Hợp chất lon metyloxoni của hợp chất trung gian tứ diện trung gian tứ diện Hình 12.11 Các bước mô tả cơ chế este hóa dùng xúc tác axit 189

Bước 4 : Giai đoạn hai bắt đấu với việc proton hóa hợp chất trung gian tứ diện ớ một trong hai oxi hiđroxyl. CH 3 :ÕH CH I 18.. 18/ C6H5C - O C H , + t ì - ' o : <==^ C6H5C - O C H 3 +808 ỈOH H Hợp chất trung gian tứ diện HH Hợp chấ! trung gian tứ diện được proton hóa ờ một hiđroxyl Bước 5 : Hợp chất trung gian mất một phân tử nước cho este proton hoá. r :ÕH + •• + H C6H5C1 - O1!í”C_H 3 J °H / HH c 6h 5c :0 : Hợp chất trung gian \\ 1« tứ diện được proton hóa \\ :OCH3 H ờ một hiđroxyl Axit liên hợp Nước của metyl benzoat Bước 6 : Đeproton hóa sản phẩm tạo thành ở bước 5 để cho este trung hòa. o: CH + IK/+ \\ 1« H -O : :ỌCH3 \\ H Axit liên hợp Metanol Metyl benzoat lon metyloxoni của metyl benzoat Hỉnh 12.11 (tiếp theo) Sản phẩm của bước 3 được gọi là hợp chất trung gian tứ diện bởi vi sự lai hóa ở cacbon được chuyển từ sp2 trong axit cacboxylic thành sp3 trong hợp chất trung gian trước khi quay trở lại trạng thái lai hóa sp2 ở sản phẩm este. Hợp chất trung gian tứ diện tạo thành do sự cộng hợp nucleophin một phân tử ancol vào axit cacboxylic, tương tự như hemiaxetal được tạo thành do sự cộng hợp nucleophin phàn tử ancol vào anđehit hoặc xeton. Người ta không thể phân lập hợp chất trung gian tứ diện, bởi vì nó không bền ở các điểu kiện hình thành ra nó, và bị tách nước để tạo ra este. Dưới đây dẫn ra một số thí dụ về phản ứng este hóa : CH3(CH2)7COOH + CH3OH zeo lit3 Ả , H 9SO4 CH3(CH2)7COOCH3 * C H 3O H (96%) 190

C6H sCHCOOH + CH,CH2OH — ~II r-M\"VĨTĨ..> C6H,CHCOOCH2CH3 T h , ! OH (85%) HOOC(CHz2)-4+COOH + 2CH3,CHL2OH ben/.en CH33CHL2OOC(CHỉ2. )*4COOCHL2CHD3 (95%) Các este vòng (hay lacton) nhận được khi este hóa nội phân tử các hiđroxiaxit. Các lacton vòng năm và lacton vòng sáu (y- và ô-lacton) được điều chế dễ dàng khi đóng vòng các y- và ô-hiđroxiaxit. Tên gọi của lacton xuất phát từ tên gọi của axit thay đuôi -oic bằng đuôi -olir và nhận biết cacbon nối với oxi từ vị trí của nhóm hiđroxvl cùa hiđroxiaxit: o C H ,C H C H 2CH 2COOH h?sq4 rx) ỎH CH3 Axit 4-hiđroxipentanoic 4-Pentanolit (95%) NaBH4 _ _ H2S 0 4 CH3CCH2CH2CH2COOH — — > CH3CHCH2CH2CH2COOH — -> ( > = 0 o OH h 3c Axit 5-oxohexanoic Axit 5-hidroxihexanoic 5-Hexanolit (78%) Phản ứng trao đổi cstc hay transeste hoá Trao đổi este là phản ứng giữa một este với một ancol nhằm thay thế gốc ancol sẩn có trong phân tử este bằng gốc ancol khác. Phản ứng được thực hiện nhờ chất xúc tác axit hoặc hazơ : R'CO O R2 + R3OH \"~s° 4 > R'COOR3 + R2OH Phản ứng chỉ có giá trị thực tiễn khi mà cả hai este có thể dễ dàng tách riêng bằng chưng cất. Phương pháp này đặc biệt tiện lợi cho việc điều chế các metyl và etyl este của các axit béo cao khi trao đổi este các chất béo, cũng như để tổng hợp các este của ancol bậc ba : CH ,O O C-C n H^ CHi —OH I _ h 2s o 4 ; CHOOC — C| [H23 + 3 CH3OH ■ 3 C| 1H23COOCH3 + C H - O H CH2O O C - C |,H 23 c h 2- o h / /—' Ị J Ị V f V > v T _ j (CH,),COK RCOOCH, + (CH3)3COH ---- — —----> RCOOC(CH3)3 + CH3OH benzen Một phương pháp đặc biệt tiện lợi để tổng hợp este trong môi trường trung tính là este hóa axit cacboxylic nhờ este ortlìo-fomiat hoặc của đietylaxetal của đimetylfomamit: 14- H H C T 2 191

CH3 H COOH HC(OCH2CH3) 3 toluen 1 1 0 °c CH3 ■> h 3c c o o c h 2c h 3 + HCOOCH2CH3 + CH3CH2OH c 6h 3c o o h benzen + (CH3)2N -C H (O C H 2CH3)2 80°c ------ > C6H5COOCH2CH3 + CH3CH2OH + HCON(CH3)2 (90%) Ankyl hóa ion cacboxylat Phản ứng thế nucleophin SN2 của halogen trong các ankyl halogenua bậc một và bậc hai với ion cacboxylat là tác nhàn nucleophin được dùng rộng rãi để điều chế este. Trước đây phương pháp này ít được dùng do sử dụng dung môi protonic (nước, etanol), ở đó ion cacboxylat bị sonvat hóa mạnh với licn kết hiđro và vì vậy hiệu suất este rất thấp. Hiện nay phương pháp dùng xức tác chuyển pha (xem 13.10.3) cho phép khắc phục nhược điểm này và được dùng đê điều chế các este rất khác nhau, kể cả các axit có nhóm thế cồng kềnh. Xúc tác chuyến pha dùng cho phản ứng này có thể là muối amoni bậc bốn hoặc ete 18-crao-6 : CH3CH2COONa + »-CH3(CH2)3Cl axeton hoặc axetonitrin ■» CH3CH2COO(CH2)3CH3 /Ỉ-C4H9N (CH2CH3)3C1 ; N a i: 2 0 °c (87%) (CH3)3CCOOK BrCH2COC6H; benzen (CH3)3CCOOCH2COC6H5 BrCH2(CH2)9COOK 18-crao-6 (95%) DMSO o 100°c o (89%) 12.23.3 Orthoeste Dạng hiđrat của axit cacboxylic hay còn gọi axit orthocacboxylic có công thức chung RC(OH)3 là hợp chất không bền, nhưng este của chúng RC(OR)3 lại rất bền. Orthoeste được điều chế bằng cách ancol phân nitrin hoặc dẫn xuất 1,1,1- trihalogen : 192

+_ - NH4CI OCH; r _ C _ n ^ RHCI> R - c t NH2C1 R -C -O C H , I 0 CH3 OCH3 Nitrin Hiđro cỉorua của iminoeste Orthoeste HCCI3 + C2H5OH + Na ■> HC(OC2H 0 3 + NaCl +H Cloroíom Etyl orthoíomiat (45%) Các orthoeste bền trong môi trường kiềm nhưng bị thủy phân đặc biệt dễ dàng trons môi trường axit. Khi thủy phân, mới đầu tạo thành este, rồi axit cacboxylic : OCH3 H»°* > R_ c ^ ^o H ,0+ R -C O O H CH,OH R -C -O C H 3 -2CH ,O H V OCH I OCH3 Orthoeste Este Axit cacboxylic Người ta dùng orthoeste để điều chế axetal. Việc sử dụng phương pháp này tiện lợi khi các anđehit và xeton có khả năng phản ứng thấp trong các phản ứng cộng hợp nucleophin : CH2= C H -C H = 0 20°c + H C ( O C 2H ,) 3 — — > c h 2 = c h - c h ( o c 2h o 2 + H C O O C 2 H 5 Anđehit acrylic 3.3-Đietoxipropen (72%) Việc dùng orthoeste có thể giúp ta điều chế este của các axit bị án ngữ không gian, thí dụ axit 2,4,6-trimetylbenzoic : HC(OC2H5)3 - HCOOC2Hs. - C2H5OH Axit 2.4,6-trimetylbenzoic Etyl 2,4.6-trimetylbenzoat Khi cho orthoeste tác dụng với hợp chất cư magie sẽ tạo thành axetal, rồi axetal bị thủy phán đến anđehit : C5H| |MgBr + HC(OC2H,) 3 H ,0+ > C5H n CH(OC2H5)2 Mg(OC2H5)Br Pentyl magie bromua Etyl orthoíomiat ■> C5H |,C H = 0 + 2C2H5OH Hexanal (45%) 193

12.23.4 Một sô ứng dụng của este Este của các axit thấp, nhất là etyl axetat, /?-butyl axetat, amyl axetat, ... được dùng làm dung môi, đặc biệt là dung môi pha sơn nitroxenlulozơ. Một số este thấp được dùng làm chất thơm vì chúng có mùi thơm. Thí dụ etyl fomiat có mùi đào, táo ; ịsoamvl axetat có mùi chuối, lê ; benzyl axetat và benzyl propionat có mùi thơm của hoa nhài. Este của axit béo cao và ancol cao có nhiều trong các loại sáp, thí dụ trong sáp ong có mirixyl panmitat C |5H31COOC30H6,. Este của glyxerol với các axit béo cao no và không no là thành phần chính của dầu mỡ thực vật và động vật. Sản phẩm trùng hợp các vinyleste là những polime có thể dùng vào nhiều mục đích khác nhau : để tạo hình và kéo sợi, để tẩm vào giấy hoặc các mặt hàng sợi, làm hồ dán và làm chất dính cho sơn màu. Poli(vinyl axetat) tẩm đường và chất thơm được chế biến thành kẹo gôm. Một lượng lớn poli(vinyl axetat) được thủy phân thành poli(vinyl an co l): CH--------- CH2- c h ---- CH2- CH 1 11 OCOCH3 OCOCH3 OCOCH3 Jn Poli(vinyl axetat) OH OH OH Jn Poli(vinyl ancol) (Monome vinyl ancol CH2 = CH - OH không tổn tại). Poli(vinyl ancol) không tan trong đa số các dung môi hữu cơ và tan trong nước. Nó được dùng làm chất gây nhũ tương, làm hồ dán, để cho thêm vào mực viết, vào mực in, ... Từ poli(vinyl ancol) ta cũng có thể chế tạo các tấm và màng mỏng. Trong công nghiệp cao phân tử người ta còn dùng este của axit metacrylic để tổng hợp ra vật liệu gọi là thủy tinh hữu cơ : ch3 ch3 11 C0 0 CH3 COOCH3 Metyl metacrylat n PoIi(metyl metacrylat) Polieste tổng hợp từ axit đicacboxylic và a-glicol là những chất cao phân tử dùng làm sợi tổng hợp. Chẳng hạn, sợi terilen là polieste của axit terephtalic và etilenglicol: c - o c h 2 - c h 2o - c c - o c h 2 - c h 2o - ĩ II II oo oo

Polieste của các axit đicacboxylic (phtalic, rnaleic) và glyxerol là những chất dẻo mà trong công nghiệp thường gọi là nhựa ankit. Chẳng hạn như ankit glixerophtalic hay là gliptan là nhựa điều chế từ axit phtalic và glyxerol, có cấu tạo kiểu như sau : ỌỌ Ọ0 0 . . - o c h 2 - c h - c h 2o - c ĩ II c - o c h 2 - c h - c h 2o - c c K 0H c=0 c=0 0 \\/ — o c h 2 - c h - c h 2o - c c ------- 0ĩ ĩ ỏ Nhựa gliptan được dùng rộng rãi để làm sơn và các vật liệu cách điện Trong lĩnh vực nông nghiệp người ta dùng nhiều este của các axit khác nhau làm chất phòng trừ dịch hại và kích thích tố sinh trưởng cho cây trồng. Quan trọng hơn cả là hai nhóm este tự nhiên : pyrethrin, gibberellin và các chất tổng hợp có cấu tạo tương tự. Pyrethrin là nhóm các este phức tạp của axit chrysanthemmonocacboxylic, axit chrysanthemđicacboxylic. Hai chất pyrethrin với hoạt tính trừ sâu mạnh nhất có công thức cấu tạo như sau : CH R : — CH2CH = CHCH3 Xinerin-1 ts 100 - 101,5°c/0,001 mmHg — CH2CH = c h — C H = C H 2 Pyrethrin-1 ts 136 - 137°C/0,005 mmHg Hiện nay người ta tổng hợp và sử dụng nhiều chất tương đồng với xinerin và pyrethrin gọi là các pyrethrinoit, trong đó người ta thay đổi gốc ancol của este và đặc biệt là gốc hiđrocacbon không no R trong gốc ancol đó. Polime trùng ngưng : Poliamit và polieste Như đã biết, tất cả các loại sợi đều là polime loại này hay loại khác. Bông chẳng hạn là xenlulozơ và xenlulozơ là một polime thiên nhiên của glucozơ. Lụa và len cũng đều là các polime thiên nhiên của amino axit. Mục đích ban đầu của các nhà sáng chế và nhà kinh doanh là sản xuất các loại tơ sợi từ polime thiên nhiên sẵn có. Những nỗ lực đầu tiên bao gồm sự cải biến hóa học của sợi xenlulozơ ngắn nhận được từ gỗ thành dài hơn giống như 195

sợi bông và tơ. Những cố gắng này đã thành công và nhận được sợi xenlulozơ cải biến nsay từ cuối thế kỷ 19. Sự tiếp cận thứ hai bao gồm việc tổng hợp trực tiếp các polime bằng cách nối các monome thích hợp thành một mạch dài. Nãm 1938, E.I Du Pont de Nemours đã thông báo việc triển khai sản xuất nylon, sợi polime tổng hợp đầu tiên. Người chỉ đạo những nỗ lực của Dư Pont là Carothers đã đưa ra ý tường mô phỏng các tính chất của tơ bằng cách thiết kế mạch polime giống như tơ nhờ liên kết amit. Các liên kết amit được tạo thành bằng cách đun nóng axit đicacboxylic với điamin. Axit hexanđioic (axit ađipic) và hexan-1 ,6-điamin (hexametylenđiamin) phản ứng với nhau cho poliamit gọi là Nylon 6 6 . Các liên kết amit tạo thành nhờ phản ứng trùng ngưng và Nylon 66 là một thí dụ của polime trù n g ngưng. ỌỌ ỌỌ II II II II ++ H3N(CH2)6NH3 - HOC(CH2)4COH + H2N(CH2)6NH2 ------> OC(CH2)4CO Axit ađipic Hexametylenđiamin oo oo - h 20 OC(CH2)4C ^ - HN(CH2)6NHC(CH2)4C -|- HN(CH2)6NH3 Nylon 66 n Chữ số “6 ” thứ nhất trong Nylon 66 dùng chỉ số nguyên tử cacbon trong điamin, số “6” thứ hai chỉ số nguyên tử cacbon trong axit đicacboxylic. Nylon 66 là một thành công bất ngờ, nó đã khích lệ việc triển khai sản xuất một số lớn amit gần gũi với nó và nhiều trong số đó tìm được thị trường tiêu thụ. Một lớp polime hơi khác với poliamit là aramit (aromatic poliamides). Giống các nylon, các aramit được điều chế từ axit đicacboxylic và điamin, nhưng các nhóm chức lại nối với vòng benzen. Một thí dụ về aramit là Kevlar, nó là poliamit được điều chế từ axit benzen-l,4-đicacboxylic (axit terephtalic) và benzen-],4-điamin (/7-phenylenđiam in): ỌII — ọII ọ Ọ NH3 II /ị \\ oc C -- NH r \\ NHC NH Kevlar (một poliamit lớp aramit) Tơ Kevlar rất bền chắc và đặc tính này làm cho Kevlar ngày càng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, vì tỷ lệ giữa độ bền, lực kéo so sánh với khối lượng là rất quan trọng. Chẳng hạn, dây cáp được làm từ Kevlar chỉ bằng 1/5 khối lượng dây cáp làm từ thép nhưng độ bền Phản ứng trùng ngictĩg ìà phản ícrig trong dó các monome có từ hai nhóm chức trở lên cố khá năng phán ứng với nhau, hoặc phản íừĩg với moììome khác cũng có từ hai nhóm chức trở ìẻn. Trong quá trình tạo íhànlì poỉirne có tách ra các phân tử nhỏ bền Vỉĩỉìg (như nước chẳng hạn). Các poĩime trùng ngưng điển hình là poliamit và polieste. 196

lại tương đương. Kevlar cũng được dùng may áo chống đạn rất tốt, nhưng lại nhẹ hơn các vật liệu khác rất nhiều. Nomex là một loại tơ aramit khác. Kevlar và Nomex chỉ khác nhau ở vị trí của các nhóm thế trong vòng benzen. Trong Kevlar hai nhóm thế ở vị trí para, còn trong Nomex hai nhóm thế ớ vị trí meta. Nomex nổi tiếng với tính chất chống lửa và được dùng may quần áo cho lính cứu hỏa, nhà du hành vũ trụ và người lái xe ô tô đua. Polieste tiêu biểu cho lớp chất thứ hai của các polime trùng ngưng. Sự tạo thành este giữa các nhóm chức của điaxit và điol dùns để nối các monome với nhau thành polieste dài. Một thí dụ gần gũi với polieste là Dacron, nó được điều chế từ axit benzen-1,4-đicacboxylic và etan-l,2 -điol (etilen g lico l): Ọ ọ oo II ĩ c OCH2CH2OC ~ ^ y ~ c OCH2CH2OH HOC r \\ Dacron (polieste) Việc sản xuất tơ polieste dẫn đường cho tất cả các loại khác. Không phải tất cả các polime tổng hợp đều được dùng làm tơ, sợi. Chẳng hạn Mylar về mặt hóa học giống như Dacron, nhưng được điều chế ở dạng màng mỏng chứ không phải ở dạng tơ. Lexan là một polieste, bởi vì nó không bị vỡ khi bị va đập mạnh nên được dùng làm chất thay thế cho thủy tinh. Đó là một policacbonat có cấu trúc như sau : CH3 HO ịý o _ ch3 } Lexan (policacbonat) 12.24 Halogenua axit Halogenua axit hay axyl halogenua (cũng còn gọi halogenanhiđrit) có công thức chung R - C - H al, với H a l: F, Cl, Br, I. Quan trong hơn cả là các clorua axit. 0 Tên gọi halogenua axit xuất phát từ tên gọi axit cacboxylic tương ứng : thay “axit” bằng “halogenua” và đổi tiếp vĩ ngữ ic thành yl. Thí dụ : Tên thường CH3CH2COOH CH3CH2C0C1 Tên IUPAC Axit propionic Propionyl clorua Axit propanoic Propanoyl clorua Như vậy, tên của halogenua axit gồm có hai phần : phần tên gốc axit R - c gọi là 0 axyl và phần tên halogen, ta gọi chung là axyl halogenua. 197

12.24.1 Tính chất Phần lớn các halogenua axit tháp là những chất lỏng, có mùi xốc và sôi ớ những nhiệt độ thâp hơn axit cacboxylic tương ứng (x. bảng 12.11). Halogenua axit cao là những chất rắn. Halogenua axit là loại hợp chất hoạt động hóa học rất mạnh. Hầu hết các phản ứng đều xảy ra ở nhóm cacbonyl vì nhóm này được hoạt hóa bởi nguvên tử halogen có tính hút electron. Những nguyên tư hiđro ở vị trí a đối với nhóm cacbonyl cũng được nhóm này hoạt hoá, tuy vậy ít khi ta thấy có phản ứng ở những nguyên tử đó vì nguyên tử halogen ở nhóm cacbonyl còn linh động hơn nhiều. B ả n g 12.11 Hằng số vật lý của một số halogenua axit Halogenua axit Công thức tLnc’ °c ts, °c j 20 Fomyl ílorua HCOF - 760 mm Hg 4 -26 CVv-O01Jo Axetyl Aorua CH3COF - 20,5 0,993 Axetyl clorua CH3COCI - 112 52 1,105 Axetyl bromua C H 3COBr - 96,5 76,7 1.66316\" Axetyl iođua C H 3C O I - 106 2,067 Propionyl clorua -94 80 1,065 /Ỉ-Butyryl clorua C H 3CH2C0C1 -89 102 1,028 Isobutyryl clorua CH3(CH2)2C0C1 -90 92 1,017 /Ỉ-Valeryl clorua (CH3)2CHC0C1 - 110 128 CH,(CH2)3C0C1 1,01615° Stearyl clorua + 23 215/15mmHg - Benzoyl clorua C H 3(CH2) i6COC1 - 1,0 197 c 6h 5c o c i 1,21915° Phenaxetyl clorua - 170/250mmHg 1,168 Oxalyl clorua C6H sCH2COC1 - 12 64,0 1,488 Phtalyl clorua C1CO - COC1 + 16,0 1,408 ơ-C6H4(COC1)2 281 a) Phản ứng axyl hóa bằng halogenua axit Halogenua axit thuộc loại tác nhân axyl hóa rất mạnh. Ngoài phản ứng axyl hóa vòng thơm theo Friđen - Crap (dùng AlCl3 khan làm xúc tác, X. Tập 1, mục 4.5.le), halogenua axit còn được dùng để điều chế đa số các dẫn xuất khác ở nhóm chức của axit cacboxylic. Các axyl halogenưa dề dàng bị thủy phân đến axit cacboxylic, bởi vậy khi bảo quàn chúng phải đặc biệt tránh ẩm ướt. 198

H-0 ■> R - C o Axii cacboxylic (1) OH R'OH ■> R - C o Este (2 ) OR’ R'SH o ■» R - C Thioeste (3) SR' o o R'COONa R — c o Anhiđrit axit (4) R -C \\ o Amit (5) -------- -----> C1 R’- C (6) NH' o (7) ■> R - C \\ nh2 R'2n h ■> R—c o NR’2 Amit thế (R' = ankyl. aryl) NaN o ■» R - C \\ N, Nhờ có halogenua axit, người ta có thể thực hiện được phản ứng axyl hóa những hợp chất không tham gia phản ứng với các tác nhân khác, thí dụ các ancol bậc ba và phenol. Các phản ứng axyl hóa không thuận nghịch, bởi vì ion halogenua là tác nhân nucleophin yếu hơn OH , ORT và những tác nhân nucleophin khác có nguyên tử cacbon lai hóa sp2 của nhóm axyl. b) Phản ứng thủy phân Halogenua axit phản ứng với nước tạo thành axit cacboxylic. Đây là phản ứng thế nucleophin thông thường ở nguyên tử cacbon axyl, giai đoạn đầu là sự cộng nước tạo hợp chất betain trung gian, rồi betain này được bền hóa nhờ tách ion clorua và proton : R-C o o) + HOH - 9 = % R -C -O H 2 C1 c C1 o -> R - C + C1 ■> RCOOH + HC1 OH 199

c) Phản ứng ancol phân Phản ứng của halogenua axit với ancol dẫn tới este theo cơ chê' giông hệt phản ứng với nước. Để kết hợp với hiđro halogenua thoát ra, người ta dùng amin bậc ba, thường là pyriđin, trietylamin hoặc đimetylanilin : o C6H5N(CH3) o + (CH3)3COH R -C 4 R -C ^ + C6H5NH(CH3)2CÍ C1 ete OC(CH3)3 ( 6 8 %) oo C1 |> - oh CsH5N ) 0 -0 ete, 20(>c (55%) d) Phản ứng amin phán Halogenua axit phản ứng mãnh liệt với amoniac, các amin bậc một và bậc hai hoặc hiđrazin với hiệu suất cao. sản phẩm là các amit N-thế hoặc không thế, cũng như các hiđrazit a x it: (CH3)2CHCOCI + 2NH3 CHC1 (CH3 )2CHCONH2 C6H5C0C1 + 2NH(CH3)2 0 - 20°c (83%) CHC13 C6H5CON(CH3)2 0 - 20°c (92%) Cơ chế của phản ứng này cũng giống như cơ chế của phản ứng thủy phân và phản ứng ancol phân nhưng chỉ khác là proton được tách khỏi chất trung gian tứ diện nhờ phân tử amin thứ h a i: R —c \\ + r 'n H 2 r - cP - : n„ h, 2r R 'NH2 > R - C ^ + r 'n H 3C1 C1 4 ^N H R 1 e) Phản ứng khử halogenua axit bằng các hiđrua phức. Sự khử halogenua axit bằng hiđrua phức là một dạng của phản ứng thế nucleophin ở nguyên tử cacbon axyl, ở đây ion hiđrua đóng vai trò tác nhân nucleophin. Trong giai đoạn đầu, sự khử RC0C1 tạo anđehit, rồi nó cộng thêm một ion hiđrua nữa và được khử đến ancol bậc m ộ t: o 0 + C1 %R c ^ ° UAỊÍk* R C - H I ÌAIH ^ H+ C1 H -* > R — c —H RCH2OH ■> RC 1 H 200

Lithi nhôm híđrua là chất cho ion hiđrua mạnh vì vậy nó có tính chọn lọc thấp và không có giá trị thực tiễn, bởi vì axit cacboxylic và este cũng có thể bị khử bằng lithi nhôm hiđrua đến ancol bậc một. Sẽ lý thú và quan trọng hơn về mặt tổng hợp nếu khử halogenua axit đến anđehit. Để làm được điều này người ta phải dùng chất khử yếu hơn, chọn lọc hơn là lithi tri-?m-butoxi nhôm hiđrua, được điều chế từ L1AIH4 và ba phân tử ancol tert-butylic : L1AIH4 + 3(CH3)3COH ete LìA1H[OC(CH3)3]3 3H hoặc điglym Tác nhân này khử chọn lọc các halogenua axit của axit cacboxylic mạch không vòng và vòng thơm trong dung mỏi ete, THF hoặc điglym*’ đến anđehit. Để tránh sự khử tiếp theo của anđehit, cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng ở - 78ưc : 1 ) L Ì A 1 H [ 0 C ( C H 3) 3]3 HUCO ete, - 78 c > H,CO H .co C1 2) H10+ H .co (60%) o 1 ) L i A 1 H [ O C ( C H 3) 3]3 o C1 H CH3(CH2)6 - C điglym, - 78°c CH3(CH2)6 - C 2) H ,0+ (60%) Trong một phương pháp khử cũ hơn (phương pháp K. Rosenmund), người ta khử xúc tác halogenua axit đến anđehit trên Pd/BaS04 đã bị đầu độc bằng quinolin hoặc lưu huỳnh : o CH2C ^ + H2 Pd/BaSQ4(qụịnọỊỊn) > / ~ \\ _ CH2C^ + HC1 C1 Etyl axetat hoặc toluen \\ — / ^H (70%) f) Phản ứng với hợp chất cơ kim Hợp chất cơ magie phản ứng với halogenua axit tạo thành xeton không đối xứng hoặc ancol bậc ba (x. thêm Tập 1, mục 9.3.2 và 10.5.3). Mới đầu hợp chất cơ magie cộng hợp vào nhóm cacbonyl để tạo thành sản phẩm trung gian tứ diện, sau đó tách đi magie halogenua và chuyển thành xeton : o ete c OMgX o r ’- c - ci * r : c ^ + MgXci Ị l R2 r ‘c + ITMgX Xeton C1 1 Digìyme : viết tắt của \"diethylene gìycoì dimeíhyỊ e t h e r l à một dung môi thông thường nay dùng cho phản ứng hiđro bo hóa. 201

Xeton phản ứng tiếp theo với hợp chất cơ magie để tạo thành ancol bậc ba : _1 ^ _9 ỌMgX OH R 'c + R2MgX ete „ 1'_9 R1— C -R 2 R2 R ---c —R R*2 1 Ancol bậc ba R- Đã nhiều năm người ta cho rằng phương pháp này hoàn toàn không thuận lợi cho việc điều chế xeton, bởi vì phản ứng khó dừng lại ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên, đối với sự cộng hợp RMgX vào nhóm cacbonyl, các halogenua axit có khả năng phản ứng mạnh hơn rất nhiều so với các xeton. Điều đó đòi hỏi phải hoàn thiện phương pháp điều chế xeton bằng cách cho hợp chất cơ magie tương tác với lượng dư halogenua axit với sự có mặt FeCl3 khan và THF ở nhiệt độ thấp và thêm các tác nhân theo thứ tự ngược l ạ i : o FeCl OMgBr —► CH3(CH2)2C ^ + CH3(CH2)5MgBr C H 3(C H 2)5- - - C - C 1 C1 THF, - 78°c (CH2)2CH3 H ,0+ CH3(CH2)5C „ ^o MgClBr H-,0 \" ^ CH2CH2CH3 (95%) c h 3c o FeCl3 OMgCl C1 + CH3(CH2)3MgCl CH3- - C - C I 1 ete, - 78°c (CH2)3CH3 o c h 3c ^ + MgCl2 H2° (CH2)3CH3 (72%) g) Phản ứng tổng hợp Acnơ - Aixtơ (F. Amdt - B. Eistert) Phản ứng này nhằm kéo dài mạch khung cacbon axit cacboxylic thêm một nguyên tử cacbon. Axyl halogenua phản ứng với điazometan như là một tác nhân nucleophin để tạo thành điazoxeton : +- ete ___S ® ~~ > R c' +_+N2+CH ol,c RCOC1 + 2CH2 = N = N CH = N = N Điazoxeton 202

Để điều chế điazoxeton, ta cần phải thêm axyl clorua vào dung dịch hai rnol điazometan trong ete để mol điazometan thứ hai kết hợp với hiđro clorua tạo thành khí metyl clorua. Khi đun nóng điazoxeton với huyền phù oxit bạc trong nước sẽ xảy ra chuyển vị : RC + A g 20 HiO R - C - C H + N, -> RCH= c = o ■>RCH7COOH —N = N* nước_đioxan 0I Axylcacben Anđoxeten Chất trung gian mới đầu là axylcacben rồi chuyển vị thành xeten. Xeten là sản phẩm trung gian của sự chuyển vị, có thể phân lập được khi không có mặt của nước. Điazoxeton được đánh dấu bằng đồng vị l3C trong nhóm cacbonyl, cho axit cacboxylic có nhóm cacboxyl đánh đấu : 13 ^ o A g 20 13 ^ o C6H5 - c \" H ,0 c 6h 5c h 2- c \\ CH = N = N H Nếu phản ứng chuyển vị không tiến hành trong nước mà trong ancol thì sản phẩm cuối cùng là este. Nhóm chuyển dịch có thể là ankyl, aryl hoặc ankenvl. Cơ chế của phản ứng chuyển vị Wolff tương tự như sự chuyển vị Curtius. Như vậy, nhờ có phản ứng Acnơ - Aixtơ, axit cacboxylic được chuyển thành đồng đẳng của nó : 2CH2N; o A g 20 ete, 0°c II nước - đioxan c CHN2 (3-Naphtoyl clorua Điazo-P-axetonaphton Axit P-naphtylaxetic ( 88%) h) Phản ứng thê ở gốc hiđrocacbon Gốc hiđrocacbon trong axyl halogenua cũng tham gia các phản ứng như gốc đó trong axit. Thí dụ butyryl clorua tác dụng với clo (chất xúc tác là I2) tạo ra sản phẩm clo hóa ở vị trí a đat hiêu suất 92% : CH3CH2CH2COCl + Cl2 CH3CH2 - C H - C O C l + HC1 I C1 Trong điều kiện như vậy axit butyric chỉ bị clo hóa 72% thành axit a-clobutyric. 203

12.24.2 Phương pháp điều chê Halogenua axit thường được điều chế bằng cách cho axit cacboxylic tác dụng với halogenanhiđrit của một axit vô cơ như : PC13, PBr3, PC15, SOCl2, ... Trong thực tế người ta hay dùng thionyl clorua, bởi vì ngoài axyl clorua còn tạo thành hai sản phẩm phụ ở thể khí là HC1 và S 0 2, vì vậy axyl clorua dễ dàng được tách ra ở dạng tinh khiết. Thí dụ : CH3CH2CH2CH2COOH + S0C12 DMF ■> CH3(CH2)3COCl + HC1 + s o 2 benzen (87%) C5H5N cloroíom 3BrCH2CH - CH2CH2COOH (90 - 95%) I PBr3 ch3 ■> 3BrCH2C H - C H 2CH2COBr + H3PO3 benzen ch3 (70%) 0 ^-C O O H — > 3 / % COBr + H3PO3 benzen \\— (90%) Sự tạo thành axyl halogenua từ axit cacboxylic và thionyl clorua xảy ra trong hai giai đoạn. Mới đầu từ RCOOH và S0C12 tạo thành anhiđrit hỗn tạp : o RCOOH + S0C12 RC o + HC1 0- s C1 Giai đoạn hai xảy ra sự thế nucleophin ở nguyên tử cacbon axyl dưới tác dụng của ion clorua : o L> 1 —Cl > RC1 \\ H RC o + H R< ^0 c& - o- s C1 ừ 1. C1 ------ » RCOC1 + HC1 + S 0 2 Halogenua axit còn có thể được điều chế bằng tác dụng lên axit cacboxylic của các clorua axit khác. Thí dụ : ov .0 o C 17H33C + c - c ■> C 17H33C ' + c o + C 0 2 + HCl V OH C l^ X C1 ^C 1 Axit oleic Oxalyl clorua Oleoyl clorua (90%) 204

• Fomyl Aorua, HCOF, là florua axit đơn giản nhất, được điều chế từ axit fomic và benzoyl florua : HCOOH + C6H5COF — > HCOF + C6H5COOH Fomyl ílorua là chất khí chỉ bền ở nhiệt độ thấp, có thể giữ ở nhiệt độ phòng trong vài giờ, sau đó nó bị thủy phan thành HF và c o . • Fomyl clorua là chất rất không bền, có thể sinh ra như một sản phẩmtrung gian trong phản ứng phân hủy HCOOH bằng PC15 : HCOOH — > HCOC1 ------ > CO + HC1 hoặc trong phản ứng fomyl hóa nhân thơm theo Gattecman - Kôc : HC1 + CO <----- » HCOC1 — > ArCH = o Khi cho fomyl imiđazol tác dụng với hiđro clorua người ta thu được fomylclorua bền trong vài giờ ở - 60°c nhưng không phân lập được : N=\\ N =\\ N -C H = 0 + HC1 ----- > NH + H - C - C l = / II o • Axetyl clorua là một tác nhàn axetyl hóa rất thông dụng, được điều chế từ axit axetic bằng nhiều cách khác nhau. Hơi axetyl clorua có mùi xốc. Axetyl clorua tác dụng với Na20 2 tạo thành axetyl peoxit : 2 CH3COCI + Na20 2 ------ > CH3C 0 - 0 - 0 - C 0 C H 3 + 2 NaCl Axetyl peoxit dễ bị phân hủy khi đun nóng tạo những gốc tự do ít bền 'CH3 và CH3COO*, có tác dụng khơi mào cho nhiều phản ứng theo cơ chế gốc. • Benzoyl clorua được điều chế từ phenyltriclometan bằng cách thủy phân một phần nhờ chất xúc tác axit. c 6h 5 - c c i 3 + h 20 H2 SOj > C6H5-C O C l + HC1 Benzoyl clorua được dùng làm tác nhân benzoyl hóa nhiều hợp chất khác nhau (amin, phenol, ...). Trong những phản ứng đó benzoyl clorua không hoạt động bằng axetyl clorua vì vòng benzen gây hiệu ứng + c làm giảm điện tích ỗ+ ở nguyên tử cacbon-cacbonyl :

Benzoyl clorua tác dụng với natri peoxit tạo thành benzoyl peoxit : 2 Q H 5COCI + Na20 2 ------> C6H5C 0 - 0 - 0 - C 0 C 6H5 + 2 NaCl Sản phẩm này là một chất khơi mào rất phổ biến trong các phản ứng theo cơ chế gốc, nhất là phản ứng trùng hợp gốc. Benzoyl clorua tác dụng với hiđropeoxit trong môi trường kiềm tạo ra muôi của axit pebenzoic : QH^COCl + H20 2 + 2 NaOH ----- > Q,H5 —C O —O —ONa + NaCl + H: 0 Axit pebenzoic là tác nhân oxi hóa trong phản ứng điều chế a-oxit từ hợp chất không no. • Oxalvl clorua, C1 - c o - c o - Cl, được điều chế từ axit oxalic và p c ụ . Khi có tác dụng của nhiệt hoặc AICI3 nó bị thủy phân thành photgen và cacbon m onoxit: C 1 - C O - C O - C 1 ------» C 1 - C O - C 1 + CO • Phtalyl clorua, o-C6H4(COC1)2 được điều chế từ anhiđrit phtalic và PC15 : CO ^ . C O C l / O + PCI, — > [ ! + POC1 cố ^ C O C l Khi có tác dụng của AICI3 phtalyl clorua bị đồng phân hóa thành dạng vòng : C1 C1 ^ V C0C1 A icụ ^ v cx ơ™ — 09° ĩ 0 Vì thế, phtalyi clorua có thể tham gia các phản ứng theo cả hai dạng khác nhau. 12.25 Anhiđrit axit Anhiđrit axit có thể coi là sản phẩm tách một phân tử nước từ hai phân tử axit monocacboxylic hoặc từ một phân tử axit đicacboxylic. Có ba loại anhiđrit chính : anhiđrit đối xứng gồm từ các gốc của những axit cacboxylic giống nhau, anhiđrit hổn tạp có các gốc axit khác nhau và anhiđrit vòng là dẫn xuất của điaxit. Anhỉđrỉt đối xứng Anhiđrit hỏn tạp Anhiđrit vòng c h 3- c \" c h 3- c \" h 2c ^ C \\ > > 2I ;o c h 3- c ; h -c ; h 2c - ^ c í o Anhiđrit axetic Anhiđrit sucxinic ts 140°c Anhidrit fomo-axetic t,K. 120°c 206

Tên gọi của anhiđrit axit dựa theo tên gọi của axit tương ứng, chỉ cần thay “axit” bằng “anhiđrit” (x. bảng 12.12). Thí dụ : Tên thường : c h 3- c h 2- c C R ,- C H 2- C Tên IƯPAC : X OH /O Axit propionic CH3- C H 2- C \" Axit propanoic o Anhiđrit propionic Anhiđrit propanoic 12.25.1 Tính chất Anhiđrit axit là những chất lỏng hoặc rắn, sôi ở nhiệt độ cao hơn axit cacboxylic tương ứng. Bảng 12.12 trình bày các hằng số của anhiđrit axit. Bảng 12.12 Hằng số vật lý của một số anhiđrit axit Anhiđrit Công thức tlnc’ °^c ts, °c .20 760 mm Hg 4 axetic (CH3C 0)20 - 7 3 ,1 140 1,0870 propionic (CH3CH2C 0 )20 -45 169,3 1,0336 butyric («-C3H7C 0 )20 -75 198 0,9946 valeric (n-C4H9C 0 )20 -5 6 ,1 215 0,9290 stearic (n-Cl7H35C 0)20 71,5 - 0,8368 benzoic (C6H5C 0 )20 42,0 360 1,1990 sucxinic 119,6 264,0 1,1040 phtalic h 2C 'C O I )o 130,8 284,5 1,52740° h 2c - c ố a> Tương tự halogenua axit, ngoài một vài phản ứng xảy ra ở vị trí a trong gốc hiđrocacbon (thí dụ phản ứng Peckin, X. 11.3.4d), anhiđrit axit tham gia nhiều phản ứng ở nhóm cacbonyl bao gồm phản ứng khử bởi LĨA1H4 thành ancol bậc một, phản ứng Friđen - Crap và những phản ứng thế với các tác nhân nucleophin (phản ứng axyl hoá) như trong sơ đồ dưới đây : 15- HHCT2 207

H,0 o A xit axetic (1) OH ---------------> o ROH OR A xetat (2 ) o CH o r T h io este (3) C H ,-C o SR o - C H 3C O O H RSH 7V o Anhiđrit axetic nh3 NH Axetam it (4) o r. V \\ NR r 2n h Axetam it thế (5) (R = aiikyl. aryl) — --------■>> CH Những phản ứng axyl hóa trên cũng xảy ra theo cơ chế cộng nucleophin, tạo thành sản phẩm trung gian không bền, sản phẩm này chuyển hóa ngay thành sản phẩm cuối. Thí dụ phản ứng thủy phân được mô tả như sau : /H oh2 OH ■> 2R -C O O H o 1 I ■> R -C -O C O R R -C -O C O R > R -C -O C O R I o 1 OH 0 Phán ứng axyl hóa nucleophin có thể được xúc tác bằng axit hay bằng bazơ. Vai trò của chất xúc tác axit có lẽ là để proton hóa anhiđrit axit, làm cho điện tích 5+ ở nguyên tử cacbon - cacbonyl tăng lên, tạo điều kiện thuận lợi cho tác nhân nucleophin R ’OH tấn công : /H R'x / H o o 5 rt. s +/ hoặc R - C - O - C O R R C -O -C O R o r \\\\ + ỎH So sánh khả năng phản ứng axyl hóa của anhiđrit axit với clorua axit, este và amit, người ta thấy rằng nó chỉ kém clorua a x it: R - COC1 > R - CO - OCOR > R - COOR’ > RCONH2 > RCONR'2 Clorua axit Anhiđrit axit Este Am it Am it thế Vì vậy, trong khi axit cacboxylic không thể tác dụng với phenol thành este thì anhiđrit axit và clorua axit lại có thể phản ứng được. Trong những trường hợp như vậy người ta thường thực hiện phản ứng trong môi trường kiềm để chuyển phenol thành anion phenolat có tính nucleophin cao hơn : 208

C6H3- OH C6H5- o \"\" N 5+ ------ > R - C - O Q H , + RCOO lĩ QH5 - 0 + R -C -O C O R 8- h Phù hợp với trật tự sắp xếp khả năng phản ứng ở trên, từ anhiđrit axit hoặc clorua axit ta có thể điều chế ra este, amit nhưng quá trình chuyển hóa ngược lại chưa ai thực hiện được trực tiếp. 12.25.2 Phưưng pháp điều chê a) Tách nước từ axit cacboxylic Muốn thực hiện phản ứng tách một phân tử nước từ hai phân tử axit cacboxylic ta có thể dùng các tác nhân như P20<j, POCI3 đôi khi dùng ngay anhiđrit axetic để tách nước từ các phân tử axit khác. Thí dụ : 2CH3CH2COOH ----- — — > (CH3CH2C 0 )20 (CH3C 0 )20 2C6H5COOH — , > (C6H5C 0 )20 (81%) Đối với một số axit đicacboxylic (thí dụ các axit sucxinic, maleic, phtalic ...) chỉ cần đun nóng đãcó thể tạo ra anhiđrit nội với hiệu suất cao. b) Axyl hóa muối kiềm của axit cacboxyĩic R -c^° *>0 C1 R~ c C + --------/ O / ONa - NaCl R . _ c ^ R -c \" Thí dụ CH3COCI + CH3COONa —— > (CH3C 0 )20 + NaCl (80-90% ) C6H5CH2C0C1 + C6H5CH2COONa — > (C6H5CH2C 0 )20 + NaCl (87%) Phưcfng pháp này được dùng để điều chế những anhiđrit hỗn tạp (anhiđrit của hai axit khác nhau), thí dụ : R - c o - o - COCF3. Anhiđrit hỗn tạp của axit fomic và axit axetic được điều chế từ axit fomic và anhiđrit axetic : 209

HCOOH H — CO + CH3COOH + o (CH3C 0 )20 c h 3 - CO Đó là một tác nhân fomyl hoá (thay cho anhiđrit fomic không bền) để điều chế nhiều este khác nhau của axit fomic. Để tổng hợp những anhiđrit kiểu R - COOCOCH3 người ta có thể cho axit RCOOH tác dụng với xeten CH2 = c = o . 12.25.3 Giói thiệu các chất tiêu biêu A nhiđrit axetic được điểu chế trong công nghiệp từ axit axetic và xeten. Dùng anhiđrit axetic làm tác nhân axetyl hóa thuận tiện hơn axetvl clorua. A nhiđrit phtalic được điều chế bằng cách oxi hóa naphtalen hoặc o-xilen. Khi đun anhiđrit phtalic với etanol ta được monoeste của axit phtalic, monoeste này sẽ tác dụng với một phân tử ancol nữa tạo thành đieste nếu có axit vô cơ làm xúc tác : o o ọ c OC2H5 C2HsOH Ị c /0 c - o c 2h 5 c + c 2h 5o h —1—> h2so 4 0I c - o c 2h 5 ^ C-O H lĩ 0 011 Anhiđrit phtalic tác dụng với dung dịch amoniac trong nước ở lạnh tạo ra monoamit, với khí amoniac có đun nóng lại tạo ra phtalimit (imit của axit phtalic) : ọ NHdOH ^ , c o n h 2 (am it) Ị c COOH o Ọ ĩ c NH3 c . ĩ 0 NH c lĩ 0 Phản ứng giữa anhiđrit phtalic và benzen có mặt AICI3 làm xúc tác (phản ứng Friđen - Crap) tạo ra axit <9-benzoylbenzoic, chất này dễ đóng vòng khi có tác dụng của H2S04 đậm đặc : Ọ h 2s o . Ị c A1CU c COH c ĩỊ 0 o0 Axit o-benzoylbenzoic Antraquinon 210

Nếu có mặt ZnCl2 khan hoặc H2S04 đậm đặc, anhiđrit phtalic có thể ngưng tụ với phenol tạo thành phenolphtalein là chất chỉ thị màu axit - bazơ : Ọ ĩ H0O \\ / O - 0H c /0 + 2 r \\ c OH - h 20 o c ì 1 0 0 Phenolphtalein 12.26 Amit Khi axyl hóa amoniac dự đoán có thể tạo ra ba loại sản phẩm khác nhau : R - CO - NH2 (R - CO)2NH (R - CO)3N Amit bậc một Amit bậc hai (Imit) Amit bậc ba Chỉ những amit bậc một mới có ý nghĩa quan trọng trong thực tế. Muốn gọi tên những amit này, người ta lấy tên của axit cacboxylic tương ứng, bỏ chữ “axit” và thay tiếp vĩ ngữ ic bằng amit. Thí dụ : Tên thường : CH3CH2COOH CH3CH2CONH2 Tên IUPAC: Axit propionic Propionamit Axit propanoic Propanamit 12.26.1 Tính chất Trừ một số rất ít amit là chất lỏng, như fomamit HCONH2 và N,N-đimetylfomamit HCON(CH3)2, còn các amit khác đều là những chất rắn kết tinh không màu có nhiệt độ nóng chảy tương đối cao và rõ ràng (x. bảng 12.13). Do có liên kết hiđro giữa các phân tử RRR I H2N - C = 0 ... H —NH—c = 0 ... H —NH—C = ()••• amit có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn các dẫn xuất khác của axit như este, clorua a x it... Khi thay thế hết các nguyên tử hiđro trong nhóm NH2 bằng các nhóm ankyl nhiệt độ sôi sẽ giảm (so sánh CH3CONH2 ts 222°c và CH3CON(CH3)2 ts 166°C). 211

Bảng 12.13 Hằng số vật lý của một số amit Tên hợp chất Công thức tlnc’ °c ts, °c j20 70 mm Hg Fomamit 4 Axetamit hconh2 2,5 210,7 Propionamit c h 3c o n h 2 81,0 222,0 1,134 M-Butyramit c h 3c h 2c o n h 2 79,0 213,0 1,159 «-Valeramit « -c 3h 7c o n h 2 116,0 216,0 1,042 tt-Capramit « -c 4h 9c o n h 2 114-116 1,032 Stearamit /z-C5H u CONH2 101,0 — 1,023 Benzamit « - c 17h 35c o n h 2 109,0 255,0 0,999 Oxamit 251/12 mm Hg Malonamit - c 6h 5c o n h 2 130,0 290 Sucxinimit 1,3414° h 2n c o - c o n h 2 419,0 — 1,667 170,0 - h 2n c o - c h 2 - c o n h 2 — 124-126 288,0 c h 2- c o 1,41216° 1 /NH ch2- co Phtalimit cộ\" 238,0 - — c -0 Amit có tính bazơ rất yếu và tính axit cũng rất yếu : Dung dịch nước của amit không làm đổi màu quỳ, nhưng amit có thể tác dụng với axit vô cơ mạnh tạo thành muối. Thí dụ muối clohiđrat của amit có công thức cấu tạo : R -C -N H 3 +c f hoặc r - c - n h 2 ìr 11 0 L Khi tiếp xúc với nước muối này bị thủy phân ngay tức khắc. Nhìn vào các công thức của muối ta thấy rằng khi amit tác dụng với axit, proton có thể tấn công nguyên tử nitơ hay nguyên tử oxi. Đó là vì sự liên hợp p-7t trong nhóm - CO - NH - (nhóm amit) đã làm giảm mật độ electron ở nguyên tử nitơ (do đó tính bazơ của nitơ giảm) và tăng mật độ electron ở nguyên tử oxi (do đó tính bazơ ở oxi tã n g ): rì— c —n -N — I 212

Khao sát phổ hồng ngoại của íbmamit clohiđrat cho thấy rằng muối này chủ yếu ở dạng [HCONH3]+Cl ; nhưng các dữ kiện nghiên cứu phổ cộng hưởng từ hạt nhân nhiều amit trong axit sunfuric đậm đặc lại chứng tỏ sự proton hóa xảy ra ờ nguyên tử oxi. Ngoài tính bazơ, amit còn có tính axit yếu cũng vì hiệu ứng liên hợp. Chúng có thể hoà tan HgO tạo thành hợp chất với thủy ngân : 2R —CO —NH2 + HgO ------> (RCONH)2Hg + H20 Khi có tác dụng của natri kim loại trong amoniac lỏng amit tạo ra muối n a tri: R— c — NH \"N a+ ìl: 0 Muối này rất dễ bị nước phân hủy trở lại amit. Tác dụng của dẫn xuất halogen lên muối natri tạo thành dẫn xuất N-ankyl, nhưng tác dụng lên muối bạc của amit lại sinh ra dẫn xuất O-arikyl. Những phản ứng quan trọng của amit gồm có : a) Phản ứng thủy phân thành axit cacboxylic H + hoãc HO r - c o n h 2 + h 20 Thí du : o h 20 , h 2so 4 CH3CH2CHCH2COOH + (NH4)2so2 ch3 nh3 CH3CH2CHCH2C > ĩĩ 10ơ ’c, 3 giờ (8 8 %) ch3 nh2 KOH CH3(CH2)5COOK + ọ > (78%) II H20 , 100°c, 6 giờ1 CH3(CH2)5C nh2 Phản ứng này xảy ra êm dịu nhưng đòi hỏi những điều kiện khắc nghiệt hơn phản ứng thủy phân este, vì khả năng phản ứng của amit thấp hơn este. Tương tự như phản ứng thủy phân, ta có phản ứng ancol phân amit thành este. b) Phản ứng Mỉ? thành amin ■> R—CH2NH2 Thí dụ : CH3CONHC6H5 LìA1H4 > CH3CH2NHC6H5 (60%) 213

c) Phản ứng tách nước thành nitrin R—CONH2 P2O 5 RC = N - h 20 Thí dụ : (CH3)2CHCONH2 p20 5 (CH3)2CHC = N 220°c (65%) d) Phản ứng Hopman Khi cho brom, hoặc natri hipobromit hay natri hipoclorit trong dung dịch kiềm tác dụng với amit, ta thấy amit được chuyển hóa thành amin, trong phân tử it đi một nguyên tử cacbon so với amit ban đầu. Đó là phản ứng Hopman hay thoái phân Hopman : R - C O - N H 2 + Br2 NaOH ■> R— NH2 + C 0 2 Thí dụ CH3(CH2)4CONH2 NaOBr C H 3(CH2)4N H 2 NaOBr Capramit n-Amylamin (8 8 %) C6H5 - C O - N H 2 c 6h 5 - n h 2 Benzamit Anilin Về cơ chế phản ứng thoái phân Hopman xem 13.11.5. 12.26.2 Phương pháp điều chê ở các phần trên chúng ta đã gặp các phản ứng điều chế amit nhờ axyl hóa amoniac bằng este, clorua axit, anhiđrit axit, xeten, ... Trong những phản ứng đó, nếu thay amoniac bằng amin R ’NH2 hoặc R 2NH ta sẽ được amit thế ở nguyên tử nitơ RCONHR’ hoặc RCONR2 . Dưới đây là một số thí dụ. a)Axyl hóa amoniac và amin bằng halogenanhiđrit Phản ứng này phát nhiệt và được tiến hành ở lạnh. CH3 \\ _ So + 2NH3 CH3 \\ ^o NH4 CI ch3 nh2 C H -C ^ CH3 C1 Isobutyramit (2-Metylpropanamit) (78%) o 2NaOH, - 10°c Br —CH2—c o B r - C H 2- C + [C2H5NH3]C1 ----- _ —— NHC 2H 5 Br - NaCl, - NaBr, - H20 Bromaxetyl bromua N-Etylbromaxetamit (82%) 214

b) Axvl hóa am oniac và amin bằng anhiđrit axit c h 3 ^ } - n h 2 + (CH3C 0 )20 chcooh> ^ - Q - n h - c - c h , p-Toluiđin 0 />Metylaxetanilit c) Amon phân este Khi cho dung dịch nước của amoniac tác dụng với đietyl íumarat ta được amit của axit fumaric : H5C2O O C ^ /H H2N O C ^ /H = + 2 NH3 2CHOH> “ > = < CONH2 H C O O C 2H 5 2C2H5OH h Đietyl fumarat Amit của axit íumaric (83%) Amit còn có thể được điều chế bằng cách nhiệt phân muối amoni : CH3 COONH4 CH3 CONH2 + H20 hoặc thủy phân không hoàn toàn nitrin : (CH3)3C - C N + H20 ------> (CH3)3C - C O N H 2 12.26.3 Imit Những hợp chất có hai nhóm axyl liên kết với một nguyên tử nitơ riêng lẻ được gọi là imit. Phần lớn các imit là hợp chất vòng : 0 R-< < /> 0 O ỳH 01 Imit H u0 Sucxinimit Phtalimit Các imit vòng có thể được điều chế bằng cách đun nóng muối của axit đicacboxylic : ọọ ọọ p L _ĩ +_ - ĩ _ _ ĩ - + t° h o c c h 2c h 2c o h + 2 NH3 — > n h 4 o c c h 2c h 2c o n h 4 —!-> I n h Axit sucxinic Amoniac Amoni sucxinat 0 Sucxinimit (82 - 83%) Imit có tính axit mạnh hơn amit RCONH2. Chẳng hạn phtalimit có thể tác dụng với KOH trong dung dịch rượu tạo thành dẫn xuất kali. 215

Imit tác dụng với brom (hoặc clo) tạo thành dẫn xuất N-brom. Thí dụ : CH2- C o o 1 NH Br- c h 2- c c h 2- c o I NBr Sucxinimit HBr c h 2- c o N-Bromsucxinimit N- Bromsucxinimit là tác nhân brom hóa có giá trị, nó có thể brom hóa dẫn xuất alyl mà không đụng đến nối đôi. Các imit dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm tạo thành monoamit của axit đicacboxylic. Monoamit của axit phtalic tham gia phản ứng Hopman tạo thành axit antranilic : Ọị NaOH COOH NaOBr f^ \\ COOH NH CONH Hopman NH2 o Axit antranilic Phtalimit Imit của axit o-sunfobenzoic có tên sacarin, là một chất ngọt gấp ~ 500 lần đường sacarozơ và không bị thay đổi khi được thải loại ra ngoài cơ thể cùng với nước tiểu. 12.27 Nitrin Nitrin có công thức chung RC = N, về hình thức không thuộc loại các dẫn xuất của axit cacboxylic như các dẫn xuất axyl khác ; vì chúng không có chứa nhóm cacbonyl. Hơn nữa, nguyên tử cacbon của nhóm xian ở vào trạng thái lai hóa sp, khác hẳn với sự lai hóa sp2 của cacbon cacbonyl trong tất cả các dẫn xuất khác của axit cacboxylic. Tuy vậy, chúng liên quan chặt chẽ với nhau đến mức theo truyền thống nitrin được xếp vào cùng với các dẫn xuất khác của axit cacboxylic. Do đó có thể gọi tên nitrin theo tên của axit cacboxylic tương ứng hay đôi khi gọi tên như là dẫn xuất xian của hiđrocacbon, tương tự dẫn xuất halogen. Thí dụ : CH3CH2 - COOH CH3CH2 - Hal c h 3c h 2 - c = n Axit propionic Etyl halogenua Propionitrin (Etyl xianua) Axit propanoic Halogenetan Propanitrin (Xianetan) 12.27.1 Tính chất Nitrin của các axit cacboxylic thấp là những chất lỏng (x. hằng số vật lý của một số nitrin ở bảng 12.14). Tính bazơ của nitrin rất yếu và yếu hơn cả amit. Liên kết b a C s N trong nitrin phân cực mạnh, điều này biểu hiện ở giá trị lớn về momen lưỡng cực. Thí dụ : CH3CN : 3,51 D ; C ^ C N : 3,57 D. 216

Bảng 12.14 Hằng số vật lý của một số nitrin Tên hợp chất Công thức tLnc’ °^c ts °c -.p0 -0iK 760 mmHg Fomonitrin (axit xianhiđric) HCN - 14,0 26,0 0,6876 -44,0 82,0 0,783 Axetonitrin CH3CN Propionitrin CH3CH2CN -91,5 97,1 0,78321° /7-Butyronitrin c h 3c h 2c h 2c n - 1 1 2 ,6 118,0 0,796'5 /Ỉ-Valeronitrin CH3(CH2)3CN -96,0 141,0 0,801 Panmitonitrin CH3(CH2)j4CN + 31 251,5/100 mmHg 0,82231° Benzonitrin c 6h 5c n - 13,0 190,7 l ,0 1 0 l5° Acrylonitrin 78,0 - CH2=CH- CN - Phản ứng quan trọng nhất của nitrin là thủy phân, theo hai giai đoạn : R—C= N + h2o + h 2o > R -C O -N H 2 -- --- > R - C O O H + NH3 Thí dụ : o 02N -/Í~V\\ C H„ 2C„ N 2h 20 , h 2s o 4 o22n ^ ^ > - c h 2c n h 2 h 2o . h 2s o , > p-Nitrobenzyl xianưa />Nitrophenylaxetamit o ------> 0 2N ^ ^ > - C H 2COH Axit p-nitrophenylaxetic (92 - 95%) Giai đoạn đầu là giai đoạn cộng nucleophin phân tửnước vào nhóm c s Ncủa nitrin. Tương tự như vậy, nitrin có thể tham gia phản ứng cộng với ancol (tạo ra imiđoete), axit cacboxylic (tạo ra imit), amoniac và amin (tạo ra amiđin) : OR' R—c = N + R'OH HC1 _RCL= N+H2C_1- Clohiđrat imiđoete R~C = N + R’COOH ------> R C O -N H -C O R ’ R-C = N + R'NH- ■> Imit R—c = NH I NHR' Ankylamiđin 217

Phản ứng khử nitrin luôn luôn tạo ra amin bậc một, nhưng có thể sinh ra amin bậc hai với hiệu suất đáng kể. Thí dụ : Q H s-C sN LÌA1H4 > C6H5CH2NH2 Benzylamin (72%) c6h sc h 2— c = n 14^ C > c6h 5c h 2c h 2n h 2 + (C6H5CH2CH2)2NH P-Phenyletylamin Đi-Ị3-phenyletylamin (71%) (20%) Phản ứng giữa nitrin và hợp chất cơ magie sinh ra xeton (x. Tập 1, mục 9.3.2). Tuy nhiên, trong một số trường hợp người ta có thế hướng phản ứng để tạo ra imin. 12.27.2 Phương pháp điều chê Một trong những phương pháp quan trọng và phổ biến dùng tổng hợp nitrin mạch không vòng là phản ứng thế nucleophin lưỡng phân tử ở nguyên tử cacbon no của các ankyl halogenua và ankyl sunfonat dưới tác dụng của natri, kali xianua hoặc tetraankyl amoni. Ion xianua là tác nhân nucleophin mạnh và bazơ mạnh (pKa của hiđro xianua 9,2). Vì vậy phương pháp này là tiện lợi cho việc điều chế amin bậc một, amin bậc hai và cho cả amin bậc ba nữa. Điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất cao là tiến hành phản ứng trong dung môi aproton lưỡng cực như DMSO hoặc N-metylpyroliđin : CH3(CH2)8CH2C1 + NaCN DMS? - I40°C- > CH3(CH2)8CH2CN + NaCl (94%) CH3CH2CH2CH2Br + NaCN DMSQ' 90°c > CH3CH2CH2CH2CN + NaCl (92%) Hiện nay, để điều chế các nitrin mạch không vòng, người ta dùng rộng rãi phương pháp xúc tác chuyển pha. v ề những nguyên tắc cơ bản của phương pháp này có thể xem mục 13.11.1. Dưới đây dẫn ra sơ đồ của chu trình xúc tác chuyển pha : NR4 ClT Sn2 RX + N aC N -----— ■> RC = N ++ NNaaXX 1 ) NaCN + NR4 c f <--- -> NRĨ c n ~ + NaCl 2 ) NR4 CN~ <--- -> NR4 CN“ nước pha hữu cơ 3) RX + NR4 CN~ -> RC = N + NR4 X ị t trong pha hữu cơ ịt 4) NaX + NR4 CN <— NaCN + NR4 X trong nước 218

Trong pha nước, cân bằng giữa hai muối (natri xianua và muối tetraankyl amoni) được thiết lập. Sau đó xianua tetraankylamoni chuyển từ pha nước vào pha hữu cơ, ở đó có sự tương tác của ankyl halogenua với xianua tetraankylamoni mà ankyỉ xianua được tạo thành. Chất xúc tác chuyển pha thường dùng là tetraankylamoni clorua, trietylbenzylamoni, ... Ưu thế của việc tổng hợp nitrin trong điều kiện xúc tác chuyển pha là phản ứng cho hiệu suất tốt, kể cả các ankyl xianua bậc hai cũng cho hiệu suất tới 80 - 85%, trong khi đó ở môi trường đồng thể với dung môi đimetylsunfoxit hiếm khi hiệu suất đạt tới 50 - 60% : Còn một chất xúc tác chuyển pha hiệu quả hơn nữa là poliete 18-crao-6 trong axetonitrin hoặc metylen clorua : CH3(CH2)4CH2Br + KCN 18-crao-6 ____ CH,(CH2)4CH2CN ( 100%) Br(CH2)4Br + 2KCN 18-crao-6 NC(CH2)4CN > ( 100%) CHiCN Một phương pháp ưu việt khác thường dùng tổng hợp nitrin là đehiđrat hóa các amit bậc một nhờ thionyl clorua, photpho oxi clorua hoặc anhiđrit của axit triíloaxetic như đã mô tả ở các chương trên : ° S0C12 DMF, 0 - 20°c CH3(CH2)4C ^ NH (94%) 12.27.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu Fomonitrin, axit xianhiđric hay hiđro xianua, HCN. Axit xianhiđric có trong thiên nhiên ở trạng thái tự do hay kết hợp với cacbohiđrat (glycozit). Người ta điều chế HCN bằng các phương pháp sau : (1) c h 4 + n h 3 + - 0 2 Pt,~]000°c 2 (2) > HCN + H20 Muốn điều chế những lượng nhỏ HCN tinh khiết ta có thể đi từ muối natri xianua : NaCN + H2S 0 4 > NaHS04 + HCN 219

Phân tử HCN có cấu trúc đường thẳng tương tự phân tử axetilen : 1,0646 Ẩ _ 1,1562 Ả H — —- C = = N HCN có pKa 3,7. Khi đun trong dung dịch axit vôcơ, HCN bị thủy phân thành HCOOH. Hiđro mới sinh có thể khử được HCN thành metylamin. Phản ứng giữa HCN và hiđro clorua xảy ra qua nhiều giai đoạn (cộng, trùng hợp, tách), cuối cùng tạo thành l,3,5-triazin : .N N HC CH Hn HC CH + I 1 II NN NN CH c H 1,3,5-Triazin Axit xianhiđric rất độc vì nó ngăn cản các quá trình oxi hóa trong tế bào ; chỉ một lượng nhỏ HCN vào cơ thể cũng có thể gây tử vong. Muối của axit xianhiđric cũng rất độc. Trong công nghiệp người tađiềuchế muối natrixianua từ amoniac khan và natri kim loại theo sơ đồ phản ứng sau : 2NH3J + 2 N a ... 3-0H0JoC >2NaNH2z 400-~2^tbx)l’c >Na2ùCN2^ 700-8001-C>2NaCN Natri xianua có thể tạo phức với nhiều kim loại như : sắt, đồng, vàng, platin... Một trong những ứng dụng quan trọng của nó là dùng để chiết vàng từ quặng. A xetonitrin, CH3 - C = N, được điều chế từ natri xianua và đimetyl suníat, hoặc đehiđrat hóa axetamit (P2 0 5, 200°C). Axetonitrin tan vô hạn trong nước và là dung môi cho nhiều muối vô cơ. Benzonitrin, C6H 5 - C s N , được điều chế bằng các phương phápchung đã nêu ở trên hoặc bằng các phương pháp riêng dựa theo các phản ứng sau : 1) C6H6 + B rC = N A1C1,L > C6H5C = N + HBr 2) + = N _ 1- CuCN C 6H 5N C - ..» C6H5C = N + N 2 + CuCl t° _ 3) C6H3S 0 3K + KCN -------— > C6H5C = N + K2S 0 3 Benzonitrin bị khử thành benzylamin. Khi có mặt axit suníuric bốc khói nó trùng hợp thành triphenyltriazin đối xứng. Acrylonitrin, CH2 = CH - C s N , được điều chế trong công nghiệp bằng các phương pháp sau : 220

+ Từ axetilen và axit xianhiđric : CuCl + NH 4C] > CH2 = C H - C = N C H = C H + HC’ = N ------ + Từ etilen oxit và axit xianhiđric : CH2 - C H 2 + HCN CH2O H - C H 2- C N “ h2o CH2= C H - C = N \\/ o + Từ propilen và amoniac : „ „ 3„ BìiO-ị/M oO i 2 CH2= CH —CH3 + - 0 2 + 2NH3„ > 2CH2= C H - C = N + 3H20 J2 400 - 450 c L L Đây là phương pháp tổng hợp acrylonitrin quan trọng nhất hiện nay. Năm 1970, trên 90% sản lượng acrylonitrin trên thế giới được sản xuất theo phương pháp này. Đặc điểm quan trọng nhất của acrylonitrin là dễ dàng trùng hợp và đồng trùng hợp. Chất trùng hợp của acrylonitrin (poliacrylonitrin) thuộc loại cao phân tử mạch dài dùng làm sợi tổng hợp có tên ocỉon hay nitron : n CH2 —CH ------> -/C H 2- C H CN \\ Cn N, Poliacrylonitrin Sản phẩm đồng trùng hợp acrylonitrin với butađien dùng làm cao su (Buna-N). Acrylonitrin cũng dễ dàng tham gia các phản ứng cộng nucleophin. Thí dụ : c 6h 5 - n h 2 + c h 2 = ^ c Í - c Í n ------» C6H5 - N H - C H 2- C H 2- C = N Anilin P-Xianetylanilin c h 3 —n o 2 + c h 2 = ^ c Í - c £ n — » o 2n - c h 2- c h 2- c h 2- c = n Nitrometan 4-Nitrobutyronitrin Những phản ứng cộng aucleophin nêu trên được gọi là phản ứng xianetyl hóa. v ề nguyên tắc, tất cả những hợp chất có chứa nguyên tử hiđro linh động trong phân tử đều có thể được xianetyl hóa bởi acrylonitrin. NC^ /C N T etraxianetilen, ^ .c = c ^ , là chất rắn, không màu, có tính chịu nhiệt cao NC CN được điều chế từ nitrin của axit đibrommalonic : N C ^ Br Br CN NC^ CN ^ c „ + 2Cu + ^cv ^ ^C = + 2CuBr2 NC \" Br Br CN NC CN 221

Do tính hút electron rất mạnh của bốn nhóm CN, nối đôi c = c trong tetraxianetilen rất nghèo mật độ electron và có bậc tương đối thấp : N“ +S0,02c =«=*==«=c -+„°C'02s N N =c^ ^C =N Vì vậy tetraxianetilen có thể tác dụng với nhiều hợp chất giàu electron TU (thí dụ antraxen) tạo thành phức chuyển dịch điện tích. Tetraxianetilen cũng tham gia nhiều phản ứng thế nucleophin, thí dụ phản ứng với nước tạo thành ancol trixianvinylic : NC CN H20 NC^ ^OH NC CN NC CN Ancoỉ trixianvinylic Ancol trixianvinylic là một axit tương đối mạnh (Ka = 1,1.102). c. DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBOMC Axit cacbonic theo truyền thống không được xếp vào các hợp chất hữu cơ, nhưng bản thân nó và các dẫn xuất ở nhóm chức có sự giống nhau rõ ràng với axit cacboxylic và dản xuất của chúng và vì thế chúng cũng được xem xét trong chương này. Axit cacbonic là axit yếu (pK a 6,37), không bền, dễ dàng bị phân hủy thành anhiđrit cacbonic và nước. Trong dung dịch nước của khí cacbonic chỉ 0,1% tồn tại ớ dạng axit cacbonic : o = c = o + h20 <=> o = c ^/ 0 H OH Anhiđrit cacbonic Axit cacbonic Các dẫn xuất của axit cacbonic gồm nhiều loại. Dưới đây là công thức của một số dẫn xuất quan trọng : Hal Hal /O R RO /O R 0=C^ o=c^ 0=c\" RO OR Hal OR OR Cacbonyl Ankyl Điankyl Tetraankyl halogenua halogencacbonat cacbonat orthocacbonat OR nh2 /N H 2 nh2 nh2 NH=C\" S= C^ 0= c \" 0= c \" 0=C^ nh2 nh2 nh2 nh2 n h -n h 2 Guaniđin Thioure Ưrethan Ure Semicacbazit (Imiđoure) (Thiocacbamit) (Ankyl cacbamat) (Cacbamit) 222

Tính chất vật lý của một số dẫn xuất của axit cacbonic được dẫn ra ở bảng 12.15. B ả ng 12.15 Hằng sô' vật lý của một số dẫn xuất của axit cacbonic Tên hợp chất Công thức tlnc’ °c ts, °c d? 760 mmHg Photgen COCl2 —118 8,3 1,39219° CSCl2 — 73 1,51 Thiophotgen Cl - COOC2H5 94 1,138 Etyl clocachonat —80.6 (Etyl cloíomiat) OC(OC2H5)2 126,8 0,9751 Đietyl cacbonat -43 Tetraetyl orthocacbonat C(OC2H,)4 - 159 0,919718\" Etyi cacbamat h 2n - COOC2H5 + 50 180 o ts0Gòt0oToN Ure OC(NH2)2 132,7 — 1,335 N-Metylure Guaniđin n h 2c o n h c h 3 1 0 1 — 1,204 Thioure NH = C(NH2)2 50 — - SC(NH2)2 110 -111 - — Axit xianic HOC s N — 1,140°° Etyl xianat c 2h 5o c s n 162 0,890 Axit thioxianic HSC = N -110 -- Phenyl isoxianat - 166 - Phenyl isothioxianat c 6h 5n = c = 0 c 6h 5n = c = s -21 221 - Xianamit h 2n - C s N + 44 140/19 tor 1,072948° 12.28 Halogenua axit Úng với công thức cấu tạo của axit cacbonic ta có thể dự đoán hai loại halogenua a x it: Hal Hal 0 =C^ o= c^ OH Hal Monohalogenua axit Đihalogenua axit Tuy vậy, đến nay người ta mới biết các đihalogenua axit, mà tiêu biểu là photgen COCl2, còn monohalogenua axit không tồn tại ở trạng thái tự do, người ta chỉ điều chế được este của nó. 16- H HCT2 223

Cacbonyl clorua (photgen), COCl2. Photgen sinh ra khi cho clo tác dụng với cacbon monoxit trong điều kiện có chiếu sáng hoặc có chất xúc tác (than hoạt tín h ): CO + Cl2 ------> C0C12 Phản ứng trên có tính thuận nghịch ; ởnhiệt độ cao khoảng 800°c photgen bị phân hủy thành các chất đầu. Trong công nghiệp người ta điều chế photgen bằng cách cho hỗn hợp đẳng phân tử cacbon monoxit và clo đi qua chất xúc tác ở 200°c. Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế photgen từ cacbon tetraclorua và axit sunfuric bốc khói theo phương trình phản ứng : CC14 + 2 S 0 3 ------> C0C12 + S205C12 Photgen là chất khí rất độc (đã được dùng làm chất độc trongchiến tranh thế giới thứ nhất), dễ tan trong benzen và toluen. Là một clorua axit rất hoạt động, photgen dễ dàng phản ứng với các tác nhân nucleophin theo sơ đồ chung. C1 8+ s - ------> C lx + HC1 ^ C = 0 + HZ \"c= 0 C1 z z = OH, OR, NH2, N H R ,... Sản phẩm một lần thế, C1ZC = o , là dẫn xuất monoclorua củaaxitcacbonic, chúng có thể tham gia phản ứng tiếp nữa. Thí dụ : C0C12 + h 2o — > [H O -C O C l] ------ > c o 2 COCl2 + c 2h 5o h - — > C2H50 - C 0 C 1 + HC1 Etanol Etyl clocacbonat C0C12 + C6H5OH — > C6H50 ~ C 0 C 1 HC1 C0C12 + HC1 Phenol Phenyl clocacbonat nh3 - — > H2N -C O C l + Cacbamoyl clorua Photgen cũng tham gia phản ứng với nhân thơm theo kiểu axyl hóa Friđen - Crap. Đặc biệt quan trọng là phản ứng giữa photgen và đimetylanilin tạo thành xeton Michle : (CH3)2N ^ ) + C l - C - C l + ^ ^ - N ( C H 3)2 — ^ 0 ------> (CH3)2N ^ - C ^ N ( C H 3)2 0 Xeton Michle 224

Xeton này được dùng trong công nghiệp để tổng hợp nhiều phẩm nhuộm loại triphenylmetan. Ankyl clocacbonat, C1 - c o - OR, là những chất lỏng dễ bay hơi, được điều chế từ photgen và ancol ở lạnh (để tránh tạo ra điankyl cacbonat). Ankvl clocacbonat có tính chất hóahọc của những clorua axit rất hoạt động; chúng t?L dụng với ancol,phenol,amin,... Thí dụ : C6HsONa + C 1 -C O O C 2Hs ------» C6H5OCOOC2H5 Etyl phenylcacbonat C2H,NH2 + C l-C O O C H 2C6H5 ------> C2H5N H -C O O C H 2C6H5 Benzyl N-etylcacbamat Triclometyl clocacbonat (điphotgen), C1 - c o - OCCI3, được điều chế từ metyl clocacbonat và clo : C I - C - O C H 3 + 3C12 ------> C I - C - O C C I 3 0ỉ 01 Điphotgen cũng độc như photgen, khi nhiệt phân nó chuyển thành photgen : C I-C -O C C I3 — —> 2C0C12 ĩ 0 Thiophotgen, CSC12, sinh ra khi cho cacbon đisunfua tiếp xúc với clo ẩm. Người ta điều chế thiophotgen từ peclometylmecaptan ; CI3C - SCI + Sn ——> CSC12 + SnCl2 Thiophotgen là chất lỏng màu đỏ, không tan tronng nước, rất độc. Khi để lâu, thiophotgen đime hóa thành thiođiphotgen CICSSCCI3 là chất rắn, nóng chảy ở 116°c. Đun thiođiphotgen đến 1 80°c nó lại trở về thiophotgen. 12.29 Este Este của axit cacbonic Este của axit cacbonic gồm hai lo ạ i: điankyl cacbonat (I) và monoankyl cacbonat (II): / OR / OR 0=c 0=c OR OH (I) (II) Điankyl cacbonat được điều chế bằng cách ankyl hóa muối bạc của axit cacbonic. Este này bị thủy phân trong môi trường kiềm hoặc axit. 225

Monoankyl cacbonat không tồn tại, nhưng muối của nó có thể được điều chế từ anhiđrit cacbonic và natri ancolat: 0 = c = 0 + R - 0 “ Na+ ----- > R —O —C —0 ~ N a + 11 0 Khi axit hóa dung dịch muối này sẽ thu được C 0 2 và ancol : R —O — C O O ~ N a + + HC1 ------ » R - O H + C0 2 + Na C1 Este của axit orthocacbonic (tetraankyl orthocacbonat), C(OR)4 Tetraankyl orthocacbonat được điều chế từ cacbon tetraclorua hoặc clopicrin với natri ancolat. Thí dụ : C13C - N 0 2 + 4NaOC2H 5 --------> C(OC2H5)4 + 3NaCl + N aN 02 Clopicrin Tetraetyl orthocacbonat Tetraankyl orthocacbonat bị thủy phân bằng axit tạo ra điankyl cacbonat: C(0C2H5)4 +h 20 > 0 = C(0C2H5)2 + 2C2H5OH Điankylcacbonat sinh ra lại có thể bị thủy phân tiếp nữa. Ta có thể chuyển hóa este của axit orthocacbonat thành este của axit orthocacboxylic bằng cách cho tác dụng với hợp chất cơ magie. RMgBr + C(OC2H5)4 ------» R - C ( O C 2H5)3 + C2H5OMgBr Este của axit đithiocacbonic Khi thay thế những nguyên tử oxi trong phân tử axit cacbonic ta được nhiều axit thiocacbonic khác nhau : / SH ^ OH / SH 0= c \" s= c \\ 0=c\\ OH SH OH Axit thioncacbonic Axit đithiolcacbonic Axit thiolcacbonic / SH / SH s=c s=c ^O H SH Axit thiolthioncacbonic Axit trithiocacbonic Những axit đó không bền hoặc không tồn tại mà chỉ tồn tại anhiđrit (COS, CS2), clorua axit (CSC12), muối và các este. Trong dãy các este thì quan trọng nhất là monoeste của axit thiolthioncacbonic hay thường gọi là axit xantogenic ROCSSH. Bản thân các axit xantogenic không bền, nhưng muối kiềm của chúng là các ankylxantogenat kiềm lại bền vững. Những muối kiềm đó được điều chế từ cacbon đisunfua, kiềm và ancol. Thí dụ : 226

s = c = s + KOH + C2H5 -O H / o c 2h 5 * s= c Cacbon đisuníua SK Kali etylxantogenat Phản ứng tạo thành xantogenat kiềm được dùng trong việc chế hóa xenlulozơ thành tơ nhân tạo. Khi axit hóa kali ankylxantogenat ở lạnh ta được axit ankylxantogenic, axit này bị phân hủy ngay thành ancol và cacbon đisunfua : O C 2H 5 h + / OC2H; ■> CS2 + C2H5OH s-c s=c SK SH Kali ankylxantogenat có thể tác dụng với ankyl iođua tạo thành đieste của axit xantogenic hay là điankyl xantogenat. Đặc tính quan trọng của các este này là khi đun nóng chúng bị phân tách một cách êm dịu tạo thành anken, đồng thời giải phóng ra mecaptan và cacbon suníoxit (phản ứng Chugaev). Thí dụ : O C 2H 5 o s= c ■» ch2= ch2 + cos + CH3SH SCH Phản ứng Chugaev được dùng để tổng hợp anken từ ancol. Sơ đồ đầy đủ của các phản ứng như sau : 11 Na 11 CS2 11 CHiI ộ —CH —c —CH - —ộ —CH— 1 1 1 ỏ -C -S N a OH ONa Is ----> —c1 —CI H— ■> CHiSH + - c1 =1 c - + 0 = c = s 1 0 -C -S C H 3 Is Phương pháp tổng hợp này có ưu điểm hơn phương pháp đehiđrathóa trực tiếp các ancol ở chỗ không để xảy ra sự đồng phân hóa trong phản ứng. Phản ứng Chugaev xảy ra không qua một ion hay gốc tự do trunggian nào mà qua một trạng thái chuyển tiếp vòng : /H /H \\/ +c S :c c ũ C-SCH c 1 I II > lí + HSCH3 c C-SCH3 \\/ o c I \\/ /\\ 0 o 227

Trạng thái chuyển tiếp vòng đó phải gần như phẳng và do đó các nguyên tử hiđro và oxi của vòng đó phải ở vị trí cis đối với nhau. Nhiệt phân este của axit axetic cần nhiệt độ cao, khoảng 400 - 500°c, nhưng có ưu điểm là chất đầu dễ điều chế. Thí dụ : H3C c h 3 h 3c CH3CH2CHCH3 500°c Y / \\ C H = C H + CH3CH2C H = C H 2 > CH=CH + OCOCH3 CH3 5ec-Butyl axetat ch3 CH3 + £ ^ c h 2 CH3 CH OCOCH3 H CH3 tran s-1,2-Đimetylxiclopentyl axetat Nhiệt phân oxit của amin đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn. Thí dụ : CH3CH2CHCH; 150°c h 3c c h 3 h 3c. N (C H 3) 2 N/ C H = CH \\ / o ( 12%) C H = CH + CH3CH2C H = C H 2 \\ CH ( 21% ) (67%) Oxit của đimetyl sec-butylamin 120°c Oxit xiclooctylđimetylamin cis-X icloocten (81%) 12.30 Amit Axit cacbonic cũng như axit thiocacbonic có hai loại amit. Monoamit được gọi là axit cacbamic (hoặc axit thiocacbamic), điamit được gọi là cacbamit (hoặc thiocacbamit) hay là ure (hoặc thioure). 12.30.1 Muối và este của axit cacbamic Axit cacbamic H2N - COOH không tồn tại ở trạng thái tự do vì nó tự phàn hủy thành C 0 2 và NH3. Muối của nó gọi là cacbamat. Dễ điều chế hơn cả, là amoni cacbamat. Đó là một chất rắn kết tinh, sinh ra khi cho cacbon đioxit tác dụng với amoniac : C 0 2 + 2NH; H2N —COONH, 228

Amoni cacbarnat tác dụng với nước tạo thành amoni cacbonat. Khi nhiệt phân amoni cacbamat ta được ure : H2N -C O O N H 4 — > CO(NH2 ) 2 + H20 Ure Những dẫn xuất quan trọng nhất của axit cacbamic là các este của nó (gọi là urethan) H2N - COOR. Urethan được điều chế bằng các phương pháp sau : a) Từ cacbamoyl clorua và ancol hoặc phenol Thí dụ : CH3N H -C O C I + HO ------> CH3N H -C O O + HC1 Metylcacbamoyl clorua a-Naphtol a-Naphtyl N-metylcacbamat (Xevin) b) Từ ankyl clocacbonat và amoniac hoặc amin Thí dụ : 2NH3 + C l-C O O C 2H5 ------» H2N -C O O C 2H5 + NH4CI 2 C6H5NH2 + C l-C O O C H (C H 3)2 ------» C6H5N H-CO O CH (CH 3)2 + [c6H5NH3]+cr Isopropyl N-phenylcacbamat (Proíam) c) Từ este của axit isoxianic và ancol hoặc phenol Thí dụ : m-Isopropy lphenol m-Isopropylphenyl N-metylcacbamat (CH3 )2 CH0 H + c 6 h 5 - n = c = o ------ > C6 H5 N H -C O O C H (C H 3 ) 2 Nhiều este của axit cacbamic được dùng làm thuốc trong y học. Thí dụ các thuốc an thần aponal, meprobamat, thuốc hạ sốt ơphorin, ... 229

H2 NCOOC(CH3 ) 2 (H2 NCOOCH2 )2 C - C H 2 CH2 CH3 c 6h 5n h c o o c 2h 5 CH2 CH3 ơphorin Aponal Đáng chú ý là các este của axit cacbamic có những tính chất phòng trừ dịch hại (trừ cỏ, trừ sâu, trừ nấm, ...)• Hầu như tất cả các este của axit arylcacbamic đều là những chất trừ cỏ chọn lọc đối với các loài đơn tử diệp, còn đối với các loài song tử diệp thì yếu hơn nhiều. Những chất trừ cỏ mạnh là các este của axit phenylcacbamic. Thí dụ : isopropyl N-phenylcacbamat (profam), isopropyl N-3-clophenylcacbamat (cloprofam), isopropyl N-axetoxi-N-phenylcacbamat (axilat), ... Khi chuyển từ este của axit phenylcacbamic sang este của các axit naphtylcacbamic, điphenylcacbamic... hoạt tính trừ cỏ giảm nhanh. Thay thế nguyên tử hiđro trong gốc phenyl của isopropyl N-phenylcacbamat bằng các nhóm chức khác nhau ở vị trí ortho hoặc para nói chung đều làm giảm tính trừ cỏ, nhưng những nhóm thế vị trí meta có thể làm tăng hay giảm tính chất đó, tuỳ theo bản chất của nhóm thế. Este không no của axit phenylcacbamic có hoạt tính cao hơn ở các este no tương ứng. Trái lại, các este thơm của axit này lại kém hoạt động. Nhiều người cho rằng hoạt tính trừ cỏ của các cacbamat có liên quan với khả năng tạo thành liên kết hiđro với phân tử clorophin hay là với protein của enzym trong quá trình quang hợp. Xét các tính chất trừ sâu, người ta thấy rằng chỉ các este của axit N-ankylcacbamic mới có hoạt tính, còn các este của axit N-arylcacbamic lại hầu như không có. Trong khi liều chết bán phần LD50 đối với một số động vật ở các N-ankylcacbamat tính bằng hàng chục mg/kg thì ở các N-arylcacbamat phải tính bằng hàng nghìn mg/kg. Tính trừ sâu mạnh nhất thấy ở các aryl N-metylcacbamat. Thay thế nhóm metyl trong phân tử đó bằng các nhóm ankyl lớn hơn đều làm giảm hoạt tính. Các este có tính trừ sâu của axit N-ankylcacbamic đều gây ức chế cholinesterase. Xét theo ảnh hưởng đến sự ức chế cholinesterase não ruồi ta có thể xếp các nhóm thế ở vị trí meta và para trong gốc phenyl của phenyl N-metylcacbamat như sau : i-r-C4 H9 > (CH3)2N > C3 H7 > q H s > CH3 > C1 > N 0 2 Sự phụ thuộc hoạt tính trừ sâu và chống cholinesterase của các cacbamat vào cấu tạo của chúng, thực ra rất phức tạp và còn chưa được nghiên cứu đầy đủ. 12.30.2 Muối và este của các axit thiocacbamic Axit thiolcacbamic H2NCOSH chỉ thấy có ở dạng muối amoni và este. Axit đithiocacbamic H2NCSSH trái lại, có thể tách ra được ở dạng tinh thể hình kim không màu, nhưng axit này cũng bị phân hủy nhanh chóng thành axit thioxianic và hiđro sunfua. 230

a) Muối amoní của axit đithiocacbamic được điều chế từ cacbon đisuníua và amoniac trong ancol : CS2 + 2 NH3 ------> H2N - C - S N H 4 I s Khi cho muối này tác dụng với ankyl halogenua ta sẽ được este của axit đithiocacbamic hay đithiourethan : H 2 N - C - S N H 4 + I - C H 3 ------- > H 2 N - C - S C H 3 + N H 4I Is Is Muối kiềm của các axitN-ankylđithiocacbamic được điều chế dễ dàng với hiệu suất cao từ amin và cacbon đisunfua cùng với kiềm. Thí dụ : CH3 - N H 2 + NaOH + CS2 ------- > C H 3N H C S S N a Natri N-metylđithiocacbamat (cacbotion) CH2 -N H 2 ------ > I CH2—NHCSSNa I _ + 2NaOH + 2 CS2 + 2H20 CH2 -N H 2 CH2—NHCSSNa Natri etilen-ÒK-đithiocacbamat Khi cho các muối kiềm dễ tan (trong nước) nói trên vào dung dịchcác muối kẽm, sắt, m angan,... ta sẽ được các muối đithiocacbamat tương ứng. Bằng cách trên người ta tổng hơp ra hàng loạt chất phòng trừ dịch hại trong nông nghiệp như fecbam, sinep, m anep,... [(CH3)2NCSS]3Fe CH2NHCSS. c h 2n h c s s . 1 /Z n 1 \"Mn c h 2n h c s s c h 2n h c s s Fecbam Sinep Manep Nếu oxi hóa dung dịch muối natri của axit N-ankyl đithiocacbamic bằng hiđropeoxit hoặc các chất oxi hóa khác như natri nitrit, io đ ,... ta sẽ thu được những đisuníua tương ứng. Thí dụ : h 3c ^ h 3c ^ / ch3 /N -C -S N a /N -C -S -S -C -N r H3C 1 H+ H3C 1 ĩ CH3 S ss Tetrametyithiuramđisunĩua (Thiram) Chất thiram thu được ở trên được dùng làm chất xúc tiến lưu hóa cao su và cũng là chất diệt nấm trong nông nghiệp. 231

b) Este của axit thiolcacbamic cũng như của axit đithiocacbamic cũng là những chất có hoạt tính sinh lý được áp dụng nhiều trong nông nghiệp. Để điều chế các este của axit thiolcacbamic người ta đã áp dụng trong sản xuất các phương pháp sau : - Tác dụng của mecaptit kim loại kiềm với cacbamoyl clorua. Thí dụ : («-C3H7)2N -C O C l + C2H5SH - Na(— -> («-C3H7)2N - C - S C 2H5 -H2O 0 S-Etyl N,N-đipropylthioI (Eptam) - Tác dụng của ankylthiolclocacbonat với amin. Thí dụ : («-c3h 7)2n h + « -c 3h 7s - c - c i - -> (« -c3h 7)2n - c - s c 3h 7 II -“NHa2G°1 sI 0 S-/2-Propyl N,N-đi-A2-propylthiolcacbamat (Vecnam) - Tác dụng của natri thiolcacbamat với ankyl halogenua. Thí dụ : (/-C3H7)2N - C - S N a + C 1 -C H 2-C C 1=C H C 1 ------> ------> (/-C3H7)2N - C - S C H 2CC1 = C H C 1 + NaCl 0 S-2,3-Đicloalyl N,N-điisopropylthiolcacbamat (Đialat) Este của axit đithiocacbamic không được dùng rộng rãi bằng các este của axit thiolcacbamic. Người ta thường điều chế các este này bằng phương pháp thứ ba ở trên, cụ thể là cho natri đithiocacbamat tác dụng với các tác nhân ankyl hoá. Thí dụ : (CH3)2N—c — SNa + (CH3)2S 0 4 ------ > (CH3)2N —c — SCH3 + CH3N aS04 s s (C2H5)2N—c — SNa + C1CH2CC1=CH2 — C1 » (C2H5)2N - c - SCH2CC1 = CH2 ss Hiện nay người ta nghiên cứu hoạt tính sinh lí của các muối cũng như este của các axit thio- và đithiocacbamic trên nhiều đối tượng khác nhau. Đa số các dẫn xuất của axit thiolcacbamic có tính trừ cỏ, trong số đó các S-ankyl N,N-điankylthiolcacbamat thuộc loại mạnh nhất, chúng tác dụng chọn lọc đối với loài đơn tử diệp và một số song tử diệp. Tác dụng trừ sâu của nhóm hợp chất này không lớn. 232

Để làm các thuốc trừ luyến trùng người ta dùng các dẫn xuất của axit đitholcacbamic, đặc biệt dần xuất đơn giản nhất là natri N-metylđithiocacbamat được dùng rất rộng rãi. Một số dẫn xuất phức tạp hơn của axit đithiocacbamic được dùng làmthuốctrừ nấm, trừ cỏ và điều hoà sự tăng trưởng của cây. Nói chung, người ta thấy rằng hoạt tính trừ nấm, trừ cỏ và trừ tuyến trùng của các muối kiềm của axit ankylđithiocacbamic giảm dần khi ta tăng chiều dài gốc ankyl. Hoạt tính trừ tuyến trùng của các este của axit ankyl- và điankylđithiocacbamic cao hơn hoạt tính của muối trong nhiều trường hợp. Trong dãy đó độc hơn cà là các este metylic và etylic, tăng gốc este đó lên hoạt tính trừ tuyến trùng sẽ giảm và hoạt tính trừ cỏ cũng giảm. 12.30.3 Ure (cacbam it) o = C(NH2)2 Từ lâu, người ta đã biết ure là một chất thải bã của cơ thể người. Ruen (1773) tìm ra ure trong nước tiểu. Vuêlơ (1828) tổng hợp được ure từ amoni xianat. Hiện nay, trong công nghiệp người ta tổng hợp ure từ cacbon đioxit vàamoniac : C 02 + 2NH3 H2N - C O - N H 2 + H20 Trước đây, người ta tổng hợp ure từ canxi xianamit theo sơ đồ CaNCN + H20 ------> H2NCN H2N - C O - N H 2 Ngoài ra ure còn có thể được điều chế bằng các phương pháp khác, chẳng hạn từ photgen, từguaniđin, ... COCl2 + 4NH3 ------> CO(NH2)2 + 2 NH4C1 > CO(NH2)2 + NH3 Khảo sát cấu trúc của phân tử ure bằng các phương pháp vật lí người ta thấy phân tử này đồng phẳng ; có các góc hóa trị NCO và NCN khoảng 120°, còn các độ dài liên kết c - o và c - N thì ngắn hơn bình thường. Điều đó chứng tỏ trong phân tử ure có sự liên hợp. 0 Sự liên hợp làm cho ure không có tính chất đặc trưng của một xeton, còn tính bazơ thì yếu đi rất nhiều so với amoniac. Ure chỉ tác dụng với một đương lượng axit. Các muối nitrat C0(NH2)2.H N 03 và oxalat [CO(NH2)2]2-HOOC - COOH khó tan trong nước, cho nên người ta có thể dùng axit nitric hoặc axit oxalic để phân lập ure. 233