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

o NaBH, r c h 2o h .. I RCH nước, metanol Ancol bậc 1 hoặc etanol Anđehit f>OoN NaBH, OoN CHO etanol c h 2o h A?ỉ-Nitrobenzanđehit ò- Ancol /?ỉ-Nitrobenzylic (82%) Natri bo hiđrua khử chọn lọc nhóm cacbonyl của anđehit và xeton, không đụng đến nhiều nhóm chức khác như este, nitrin, amit, lacton, oxiran. Natri bo hiđrua cũng được dùng để khử các hợp chất cacbonyl không liên hợp với liên kết đôi cacbon cacbon cách biệt và liên kết đôi cacbon oxi. CH2= CHCH2CH2CHO NaBH4 c h 2 = CHCH2CH2CH2OH c h 3c h 2o h (85%) Lithi nhôm hiđrua kém chọn lọc hơn nhiều và phản ứng với tất cả các nhóm chức dẫn ra ở trên. Lithi nhôm hiđrua phản ứng với nước và ancol, nên phản ứng phải thực hiện trong dung môi như là đietyl ete khan hoặc tetrahiđroíuran. 0 1) L1AIH4, đietyl ete r c h 2o h 2) H30 + RCH Ancol bậc 1 Anđehit CH3(CH2)5CHO 1) L1AIH4, đietyl ete CH3(CH2)5CH2OH 2) H30 + Heptanal Heptan-l-ol (8 6 %) 1) L1AIH4, ete .0 2) H30 ' / ,0H (90%) Natri bo hiđrua và lithi nhôm hiđrua phản ứng với hợp chất cacbonyl theo cách giống như tác nhân Grinha, ngoại trừ chúng không phải là nguồn cung cấp cacbanion. Bo hiđrua chuyển dịch nguyên tử hiđro với cặp electron liên kết đến nguyên tử cacbon mang điện tích dương của nhóm cacbonyl. Nguyên tử oxi phân cực mang điện tích âm tấn công nguyên tử bo, và cuối cùng tất cả bốn nguyên tử hiđro của bo hiđrua được chuyển dịch và tạo thành tetraankoxi borat. Như vậy, thực chất đây là phản ứng cộng nucleophin. H ịÊ H ; H BH3 3R2C = o R2C - 0 £ ■> (R2CHO)4B r 2c = o Tetraankoxi borat s+ 8 - 34

Bằng phản ứng thuỷ phàn hoặc ancol phán, chất trung gian tetraankoxi borat được chuyển thành ancol tương ứng. Phương trình dưới đây mô tả quá trình của phản ứng thực hiện trong nước. Quá trình tương tự xảy ra trong metanol hoặc etanol, sinh ra ancol và (CH30 ) 4B hoặc (CH3CH20 ) 4B \\ r 2c h o | b (o c h r 2)3 3H ^r — > r 2c h o h + HOB(OCHR2)3 — 2-4 3 R 2CHOH + (HO)4b H -O H Tương tự như thế, một dãy các phản ứng chuyển dịch hiđrua xảy ra khi anđehit và xeton được chế hóa với lithi nhôm hiđrua. H -A IH 3 “ H A I H 3 3R2c = 0 ____ - 7 — > I I— — — > (R2C H 0)4A1 ^r r 2c - ò _____ _ r 2c = o Tetraankoxi aluminat §_ (R2C H 0)4Ã1 + 4H20 ------ > 4R2CHOH + Ãl(OH)4 Ancol Một đặc điểm khác của tác nhân này là phân tách axetal và xetal đến ete : 0 —CH2jj lìa1H4 . a1q 3 . ete . 36oc ^ OCH2CH2OH Ồ -C H 2 2 ) H3O® (94%) C6H<5CH(OCH3)2 — LlAiH41A1Cl3- — 36C-> C6H ,C H 2OCH 3 2 ) H 30 ® ( 8 8 %) Cách đây không lâu người ta đã tìm ra phương pháp có hiệu quả khử anđehit và xeton trong môi trường trơ, với chất xúc tác nhôm oxit khan trung tính. Ở điều kiện này, các nhóm chức khác (nhóm nitro, nhóm xian và liên kết đôi c = C) không bị đụng chạm đến và phản ứng được thực hiện trong điều kiện hoàn toàn trung tính. „^ 0 (C H ,)2CHOH ; A120 3 (CH3)2C = CH(CH2)2CH= CH - c c ~ -23~ ã £ ------- ^ — > (CH3)2C = C H (C H 2)2 C H = C H -C H 20 H + (CH3)2C = 0 (88%) Các hiđrua phức kim loại và hệ isopropanol - nhôm oxit đã loại bỏ phương pháp khử cũ theo Mevai - Ponđoc - Veclay (Meervvein - Pondorí - Verley), trong đó nhôm isopropylat được dùng làm chất cho ion hiđrua. Hiện nay phương pháp này chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết và là thí dụ kinh điển về sự chuyển dịch ion hiđrua trong phức chelat của xeton và nhôm isopropylat: 35

h 3c ^ ^ c h 3 h 3c ^ / C H 3 /C \\ <■ > [(CH3)2CHO]2A l , r > C v . o R' __________ ___ ? + V [(CH3)2C H 0]2A1 0 R' h 3c ^ / C H 3 C H -O H + H o [(CH3)2CHO]2A1v / C(CH3)2 (CH3)2CHOH [(CH3)2CHO]2A l , r > C ^ o R' 0 <r ± Cân bằng được chuyển dịch về bên trái nếu cất loại xeton ra khỏi hỗn hợp phản ứng. Các anđehit và xeton mạch không vòng thường không thể hiđro hóa bằng xúc tác palađi, giúp ta khử chọn lọc các liên kết c = c và c = c khi có mặt nhóm cacbonyl. Mặc dù có thể dùng niken Raney hoặc platin làm xúc tác cho phản ứng khử nhóm cacbonyl nhưng chất xúc tác tốt nhất cho phản ứng này là ruteni trên than hoạt tính. Tốc độ khử và hóa học lập thể của sản phẩm phản ứng phụ thuộc rất mạnh vào bản chất chất xúc tác và tính axit hoặc tính bazơ của môi trường. Một trong những phương pháp làm tăng tác dụng của lithi nhôm hiđrua là khử bằng hỗn hợp lithi nhôm hiđrua với nhôm clorua^. Các xeton thơm và thơm béo dưới tác dụng khử của hỗn hợp L1AIH4 và AICI3 được hiđro hóa đến hiđrocacbon : BrC6H4COC6H5 LÌAIH4 ; AICI3 v BrC6H4CH2C6H5 (90%) 36°c b) Phản ứng khử thành hiđrocacbon Có thể dùng hỗn hống kẽm trong axit clohiđric đặc để khử nhóm c = o thành nhóm CH2 (phương pháp Clemmensen): c=0 Zn/Hg ; HC1 * Thí du : Zn(Hg) ^ CH3 - ( C H 2)5 - C H 3 CH3 - ( C H 2)5-C H O HC1, H20 Aỉ-Heptan (72%) *) Khi có sự tương tác của ìithi nhôm hiđrua và nhôm clorua, tuỳ theo tỷ lệ của các tác nhân mà tạo thành được các hợp chất chứa nhôm và clo kiểu HAICl2, H2AICỈ, v.v... ; chúng đóng vai ĩrò chất khử thực thụ. 36

o Z n (H g)) H Xiclohexanon HC1, H20 ơ\" Xiclohexan (75%) ọ Zn(Hg) o c h 2c h 3 HC1 ĩ / \\ cch3 Phương pháp có ý nghĩa đặc biệt trong tổng hợp hữu cơ là khử nhóm cacbonyl bằng hỗn hống kẽm và axit clohiđric theo E. Clemmensen (1913). Phương pháp này cho phép điều chế các ankylbenzen có nhóm ankyl bậc một không thể điều chế được theo phản ứng Friđen-Grap (x. tập 1, mục 4.5.1). o Zn(Hg) ^ \\ ^ C H 2(CH2)3CH3 HC1; H20 ; t° C -(C H 2)3CH3 o Zn(Hg) (88 %) ^ - C - C H 2(CH2)5CH3 HC1; H20 ; t° CH2(CH2)6CH3 OH (85%) Phản ứng này được cải biên bằng cách khử trong hệ hai pha : pha axit clohiđric và một pha khác không trộn lẫn với axit clohiđric là một dung môi trơ như toluen hoặc xilen. Cách này làm tăng hiệu suất sản phẩm, vì sản phẩm của phản ứng khử là hiđrocacbon chuyển vào pha hữu cơ và không bị tác dụng của chất k h ử : ^ - C - ( C H 2)I6CH3™ ;M > , Q ^ C H 2-( C H 2)16CH3 (77%) Cơ chế của phản ứng Clemmensen còn chưa rõ ràng. Nếu phân tử hợp chất cacbonyl có nhóm thế không bền trong môi trường axit mạnh thì người ta dùng phương pháp Wolff-Kishner. Trong phản ứng Wolff-Kishner, anđehit và xeton mới đầu được chuyển thành hiđrazon bằng phản ứng với hiđrazin, sau đó các hiđrazon được chế hóa với một bazơ mạnh như kali hiđroxit hoặc kali tert-butoxit trong đimetyl suníoxit: oỌ ií- nnh2 r s CH2CH; CCH rV ccH NH2NH; -1 37

c) Phản ứng amin hóa khử Nếu muốn sản phẩm phản ứng khử là amin, ta phải chế hóa hợp chất cacbonyl với amoniac hoặc amin bậc một để tạo irnin, rồi sau đó imin được hiđro hóa xúc tác như cách hiđro hóa nhóm c = c hoặc c = o. O™ NH' Benzanđehit Benzylamin (89%) o CH3CH2CCH3 NHCH, H2,Pt > CH3CH2CHCH3 CH3CH2CCH3 Butanon Imin N-Metyl-2-butylamin Phản ứng amin hóa khử là một phương pháp tốt để điều chế amin có gốc ankyl bậc hai R2CHNH2. (Cho ankyl halogenua R2CHX phản ứng với amoniac trong phản ứng SN2 sẽ 0 Brcho một hỗn hợp các sản phẩm). NH3 Hỗn hợp sản phẩm Bromxiclohexan nh3 nh2 H7, Ni o Xicỉohexylamin Xiclohexanon d) Phản ứng khử các anđehỉt và xeton a, 3- không no Tương tự như các phản ứng khác, sự khử hợp chất cacbonyl a , P- không no có thể được thực hiện ở vị trí 1,2- hoặc 1,4- của hệ liên hợp tuỳ thuộc vào bản chất của tác nhân khử. Muốn khử chọn lọc nhóm cacbonyl, phổ biến hơn cả là dùng lithi nhôm hiđrua. Để tránh sự khử liên hợp các anđehit và xeton a , [3- không no ta phải dùng cách đưa tác nhân vào phản ứng theo thứ tự ngược lại, nghĩa là thêm dung dịch ete của lithi nhôm hiđrua vào hợp chất cacbonyl ởnhiệt độ thấp- 10 đến - 20°c. c h 3c h = c h - c h o 1) L1AIH4 ; ete CH3C H = C H -C H 2OH 0° 2) H10 + ; 0°c (82%) 1) L1AIH4 ; ete ; - 10°c CxOHH 2) H, 0 +; 0°c (97%) Việc khử chọn lọc nhóm cacbonyl trong a , P-enol và enal đạt được kết quả tốt nhất khi dùng điisobutyl nhôm hiđrua làm xúc tác trong điều kiện rất êm dịu : 38

(ìso-C4H9)2A1H toluen, - 20°c o H OH (95%) Sự khử liên hợp các hợp chất cacbonyl a , [3- không no được thực hiện dưới tác dụng của lithi trong amoniac lỏng : 1) Li, NH3 lỏng ; - 33 -o ữr 2) NH4C1; HOH CH H H H CH (50%) Cơ chế của phản ứng này gồm 4 giai đoạn : I +e 1 1) c = c —c = 0 + Li C - C = CI - Ọ••: Li Anion gốc I NH C -C = C -0 : NH' 2) C - C = CI - 0**: H Gốc I +e C -C = C -Õ : Li 3) ' c - c = c - ọ + Li 1 1 •• I 1\" H H Anion enolat 4) / C - C = C - Ộ : Li HOH C -C = C -O H + LiOH 1 1\" 11 H H c - c c =0 1I HH ở giai đoạn 1 do có sự chuyển dịch một electron từ lithi tới enol mà anion gốc được tạo thành, tiếp theo anion này được proton hóa bởi amoniac đến gốc enolat. Gốc này được khử bằng lithi đến lithi enolat của xeton no. Lithi enolat bền trong dung dịch amoniac lỏng và chỉ được proton hóa bằng amoni clorua, nước hoặc etanol là những tác nhân proton hóa manh hơn amoniac. 39

11.3.10 Phản ứng oxi hóa anđehit và xeton a) Phản ứng oxi hóa thành axit cacboxylic Anđehit và xeton rất khác nhau về khả năng phản ứng đối với các chất oxi hóa. Anđehit có thể dễ dàng bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa mạnh như kali bicromat, kali pemanganat, hoặc các chất oxi hóa yếu như thuốc thử Tollens (cation phức [Ag(NH3)2]+), thuốc thử Fehling (phức của Cu2+ với ion tactrat), thuốc thử Benedict (phức của Cu2+ với ion xitrat),... Sơ đồ tổng quát của các phản ứng oxi hóa : H [0] OH R -C % (Tác nhân oxi hóa) Axit cacboxylic o Anđehit Thí dụ : o Ọ 1 CH3—CH —c —H Na2 Cr20 H2S 0 4 loãng CH3 - C H - C - 0 H I h 3 c C r03 - H20 - H2S 0 4 ch3 Isobutyranđehit axeton; 0°c Axit isobutyric (90%) .0 CH3(CH2)4- C OH CH3(CH2)4- C \\ H (85%) CH3(CH2)3- C H - C H O KMn04 CH3(CH2)3- C H -C O O K c h 2c h 3 H20 ; KOH ; 0 - 10HC CH2CH3 (78%) Chất oxi hóa có tính chọn lọc cao là dung dịch amoniac trong ancol nước của oxit bạc (tác nhân Tollens). Tác nhân oxi hóa này thuộc loại êm dịu, không đụng chạm đến liên kết đôi c = c hoặc liên kết ba c 3 c, nhóm hiđroxyl của ancol,... CHO A g 20 THF - H20 ; 20\"c Hv CHO A g 20 Hv COOH c=c c= c CH3 H20 ; NH3 CH3CH2\" CH3 CH3CH2' (98%) Các phản ứng oxi hóa bằng những chất oxi hóa yếu như phức của Ag+ hoặc Cu2+, cho những dấu hiệu định tính đặc trưng nên được dùng phổ biến để nhận biết nhóm chức anđehit: 40

R -C H O + 2Ag(NH3)2 + 30H lỉ;° •> 2 A g ị + RCOO + 4NH3 + 2H20 Anđehit Thuốc thử Tollens Bạc kim loại lon cacboxyỉat R - CHO + 2 C u 2+ + NaOH + H20 ------> RCOONa + Cu2O ị + 4H+ Kết tủa đỏ Trong các phản ứng trên chỉ có phản ứng với [Ag(NH3)2]+ là dùng được cho cả anđehit béo lẫn anđehit thơm, còn phức của Cu2+ với các ion tactrat hay xitrat chỉ oxi hóa anđehit béo. Xeton trơ đối với đa số tác nhân oxi hóa, nhưng bị phân huỷ chậm bởi dung dịch K M n04 nóng trong môi trường kiềm hoặc bởi axit nitric. Phản ứng này chỉ có ý nghĩa thực tiễn đối với các xeton vòng đối xứng : o COOK COOK KMnO, 11 CHo CH K O H ; H 20 ; t° “\\ 2 /2 c h 2- c h 2 (80%) Các xeton béo không vòng đun với các chất oxi hóa mạnh, mạch cacbon của phân tử bị đứt ra ở hai bên nhóm cacbonyl tạo thành hỗn hợp các axit cacboxylic. Thí dụ : CH3CH2CH2CH2 ị c ị CH2CH3 CH3CH2CH2COOH + CH3CH2COOH o + CH3CH2CH2CH2COOH + CH3COOH b) Phản ứng oxi hóa xeton đến este theo Bayơ - Viligơ (A. Baeyer - V. Villiger, 1899) Phản ứng của xeton với các peaxit là một phản ứng khác thường và hữu ích. Một nguyên tử oxi tách khỏi peaxit và xen vào giữa nhóm cacbonyl vàhiđrocacbon để tạo thành este. Phản ứng này lần đầu tiên được mô tả bởi Bayơ và Viligơ. 0 0 ------> Ọ Ọ 11 11 RCOR' + _L RCR' + R ’CO O H R'COH Xeton Peaxit Este Axit cacboxylic Như vậy, các metyl xeton cho các este của axit axetic, nghĩa là oxi xen vào giữa cacbon cacbonyl và nhóm lớn hơn trong số hai nhóm nối với nó : L3 CHC1, > r> O C C H 3 3 \\ ___ / Xiclohexyl metyl xeton Xiclohexyl axetat (67%) Để làm chất oxi hóa cho phản ứng Bayơ - Viligơ, hiện nay người ta dùng các peaxit như axit pebenzoic, axit monopephtalic, axit peaxetic và axit triũopeaxetic. Axit triílopeaxetic 41

được điều chế trực tiếp trong hỗn hợp phản ứng từ hiđro peoxit 90% và anhiđrit trifloaxetic trong metylen clorua : oo c h 3- c h 2- c - c h 2c h 3 - h20 2 > c h 3c h 2- 0 —c - c h 2c h 3 CH2C12 (78%) Cơ chế của phản ứng này được dẫn ra ở hình 11.6. Phản ứng bắt đầu bằng sự cộng hợp nucleophin của peaxit vào nhóm cacbonyl xeton, sau đó xảy ra sự chuyển dịch nhóm ankyl từ nhóm cacbonyl đến oxi. Nói chung, nhóm bị thế nhiều hơn tham gia vào sự chuyển dịch. Khả năng chuyển dịch thay đổi theo nhóm an k y l: Ankyl bậc ba > ankyl bậc hai > anky bậc một > metyl Phản ứng chung : Ọ + Ọ ------- > Ọ Ọ 11 \\\\ * 11 ĩ RCR' R\"COOH ROCR' + R\"COH Xeton Peaxit Este Axit cacboxylic Giai đoạn 1 : Peaxit cộng hợp vào nhóm cacbonyl của xeton. Sự cộng hợp nucleophin ở đây tương tự như sự tạo thành gem-điol và hemiaxetal. Ọ + Ọ ------- > ỌH 1 11 J RCR' (Peoxi monoeste RCR' R\"COOH ■ của gem-ă iol) Xeton Peoxi axit OOCR\" 1 0 Giai đoạn 2 : Có sự chuyển vị sản phẩm trung gian tạo thành ở giai đoạn 1. Sự đứt liên kết yếu 0 - 0 của peoxi este được hỗ trợ bởi sự chuyển dịch của một trong các nhóm thế từ nhóm cacbonyl đến oxi. Nhóm R chuyển dịch với cặp electron theo cùng một kiểu như sự chuyển vị nhóm ankyl trong chuyển vị cacbocation. R' •• o: R' - C ^ + HOCR\" \\ lí :ơ : ồ: / R ** Este Axit cacboxylic Hình 11.6 Cơ chế phản ứng oxi hóa xeton theo Bayơ - Viligơ Phản ứng này đặc thù về m ặt lập thể, nhóm ankyl chuyển dịch với sự bảo toàn cấu hình. Thí dụ cứ-l-axetyl-2-metylxiclopentan được oxi hóa thành cữ-2-metylxiclopentyl axetat. 42

H c 6h 5c o 2o h CHQ3 dj-l-A xetyl-2-m etylxiclopentan dí-2-M etylxiclopentyl axetat (chỉ có một sản phẩm với hiệu suất 6 6 %) Phản ứng oxi hóa anđehit thơm bằng peaxit có ý nghĩa thực tiễn. Sản phẩm của phản ứng này hoặc là axit cacboxylic hoặc este của phenol (oxi hóa theo Bayơ - Viligơ), thuỷ phân các este này ta sẽ nhận được phenol. Chẳng hạn, oxi hóa anđehit salixylic bằng hiđro peoxit trong môi trường trung tính sẽ cho axit salixylic, còn trong môi trường axit hoặc trong môi trường kiềm tạo thành pyrocatechin : OCOH COOH ^ OH Anđehit salixylic Axit salixylic Pyrocatechin H20 2 - H20 70% 100% H20 2 - NaOH 0% 100% H20 2 - CH3COOH 0% Sản phẩn trung gian của cả hai phản ứng này đều là este của peaxit, nó được bền hóa bởi sự chuyển dịch của nhóm aryl hoặc hiđro. Tốc độ tương đối của hai phản ứng này phụ thuộc vào bản chất của các nhóm thế trong vòng benzen và vào pH môi trường. Phản ứng Bayơ - Viligơ với sự chuyển dịch của nhóm aryl chỉ xảy ra khi có mặt của các nhóm thế đẩy electron mạnh ở vị trí ortho- hoặc para- của vòng benzen : chuyển dịch A r _______ H20 _ > HCOOAr ArOH p Hr^° /SOH 6 5 \" 00H M ArCHO ------------------ > A r-rr Cc Tt H O r p - C - C 6H5 chuyển dịch H ____ — > ArCOOH 0 Bản chất của sự oxi hóa các hiđroxianđehit thơm bằng peaxit là sự phát triển tiếp theo của phản ứng Dakin (H.D. Dakin, 1909), bao gồm sự chuyển hóa các o- và /7-hiđroxi- benzanđehit thành pyrocatechin và hiđroquinon khi oxi hóa bằng dung dịch kiềm nước của hiđropeoxit: ^ y CHO -— ^ 1 — NaOH ; H20 ; 50°c ; 20 phút \\= / OH 43

c) Phản ứng Cannizzaro Phản ứng oxi hóa - khử các anđehit thơm đã được phát hiện từ năm 1853 bởi Cannizzaro. Các anđehit không có hiđro ở nguyền tử cacbon a , khi đun nóng trong dung dịch kiềm ancol - nước sẽ phân bố lại để tạo thành những lượng bằng nhau của ancol bậc một và axit cacboxylic. Phản ứng này được dùng rộng rãi trong dãy các anđehit thơm, còn trong dãy các anđehit không vòng chỉ hạn chế ở nhóm các hợp chất có công thức chung R3CCHO : 2 ArCHO KOH ArCH2OH + ArCOOK etanol - nước 2 R3CCHO KOH R3CCH2OH R.CCOOK etanol - nước o KOH 50% HO HO etanol - nước ; 100°c (94%) (94%) ’£ > < H KOH 50% C6H5CH2OH + C6H5COOK HO H20 ; 20°c (85%) (85%) 2 Q H 5CH0 Sau một trăm năm phát hiện, cơ chế phản ứng Cannizzaro mới được thiết lập : anion trung gian tứ diện được tạo thành do sự cộng hợp ion hiđroxit vào anđehit ; đây là nguồn ion hiđrua được phân tử anđehit thứ hai thu nhận. Kết quả một phân tử anđehit bị oxi hóa, còn phân tử kia bị k h ử : o. Co c h 2o o OH OH H CH2OH + Cơ chế phản ứng này dựa trên cơ sở các dữ kiện động học, theo đó tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bình phương nồng độ của anđehit và ion hiđroxit: V = k[ArCHO]2[OH\"]. Điều đó có nghĩa là nguồn ion hiđrua ở đây trở thành đianion trung gian tứ diện, được tạo thành khi có sự đeproton hóa anion mang một dấu - trong môi trường kiềm mạnh. Đianion trung gian là chất cho ion hiđrua mạnh hơn so với monoanion, bởi vì ion hiđrua bị đẩy ra xa ngay lập tức bởi hai điện tích âm : 44

“ ° ^ c / Ar o OH~ 0 I o 1 -/ H \" * ArCH20 + ArC ArC \\ H A r-C -H OH _ C 1?/ 1 N o' 1 A r - C1( - H) + H220 OH 0 Nếu hai anđehit không giống nhau thì ta có phản ứng Cannizzaro chéo. Thực tế, anđehit khử (bị oxi hóa đến ion cacboxylat) thường được dùng là íomanđehit vì nó có tính khử cao. (CH3)3CCHO 1 ) OH (CH3)3CCH2OH + HCOOH + HCHO 2) H30 C6H5CHO + HCHO 1) OH C6H5CH2OH + HCOOH -> 2) H30 o CHO + HCHO CH .0 CHO + HC H Ngoài ra, chúng ta cũng còn gặp phản ứng Cannizzaro nội phân tử. Khi xử lí 1 ,2 -đianđehit và oc-xetoanđehit với bazơ mạnh sẽ thu được hiđroxiaxit: H H H — _ „ chuyểnđổiproton ~ ' 1 „ chậm „L -------> R -C -C >R—c —c —OH R -C -C -O H 11 r ị nhanh r ị i -! 0 ^0 òỏ 0 H h 30 +- I ■» R - C - C - 0 > RCH(OH)COOH ĩI Axit a-hiđroxicacboxyỉic ÓH 0 OHC — CHO 1) OH c h 2o h - c o o h Glioxal ■» Ọ 2) H-,0' ĩ C -C H O 1) OH CH(OH)COOH 2) H30 + Phenylglioxal Axit manđelic 45

Với benzanđehit thế thì tốc độ phản ứng Cannizzaro phụ thuộc vào bản chất nhóm thế. Nhóm thế hút electron làm tăng khả năng phản ứng của anđehit vì nó làm tăng sự thiếu hụt electron ở cacbon của nhóm cacbonyl, làm dễ dàng cho sự tấn công nucleophin. Ngược lại, nhóm thế đẩy electron làm giảm tốc độ phản ứng và trong trường hợp đặc biệt, phản ứng có thể không xảy ra, thí dụ với p-đimetylaminobenzanđehit. <----- > H Phản ứng Cannizzaro chéo được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất pentaerythritol. Phương pháp bao gồm sự ngưng tụ anđol của một phân tử axetanđehit với ba phân tử íomanđehit (phản ứng Tollens), bước cuối cùng là phản ứng Cannizzaro chéo tạo pentaerythritol: CH3CHO + HCHO Ca(OH)2 h o c h 2 - c h 2c h o --------------- c h 2o h c h 2o h > CH2OH 2HCHO Ca(OH) 2 ngưng tụ anđol 1 hoch2- c - c h o < > ĩ Cannizzaro chéo c h 2o h Pentaerythritol Để chứng minh cho sự chuyển dịch trực tiếp ion hiđrua từ phân tử anđehit này sang phân tử anđehit khác không qua dung môi người ta dùng D20 làm môi trường thay cho H20 . Kết quả là ancol benzylic sinh ra không chứa đơteri. Trái lại, khi dùng benzanđehit chứa đơteri và thực hiện phản ứng trong H20 thì lại thu được ancol benzylic chứa đơteri: 2 Q H 5CD = o OH > C6H5COO + C6H5CD2OH Phản ứng Tisenco. Những anđehit loại béo có chứa Ha không tham gia phản ứng Cannizzaro được (vì trong dung dịch kiềm phản ứng cộng anđol chiếm ưu thế) sẽ tham gia phản ứng oxi hóa - khử lẫn nhau tạo thành este, nếu có tác dụng của các nhôm ancolat hoặc titan ancolat. Thí dụ : c h 3 - c h = o + CH3 - C H - 0 Al(OC2H5 )3 Axetanđehit Etyl axetat Phản ứng Tisenco được áp dụng trong công nghiệp. 11.3.11 Phản ứng ngưng tụ benzoin Khi chế hóa benzanđehit bằng kali xianua, ta được a-hiđroxixeton. a-Hiđroxixeton tạo thành có tên benzoin và do đó phản ứng được gọi là ngưng tụ benzoin (x. mục 14.11). 46

o Benzoin 11.3.12 Phản ứng đecacbonyl hóa các anđehit Phản ứng đecacbonyl hóa các anđehit được xảy ra dưới tác dụng của một số phứcchất kim loại chuyển tiếp, trong sốđó cóhiệu lực nhấtlà xúc tác Uynkinxơn [(C6H5)3P]3R h C l: [(C6 H5 ) 3 P ]3RhCl RCHO — , ------> RH + RhaCO[P(C6H5)3]2 + (C6H5)3P benzen Các anđehit mạch không vòng bị đecacbonyl hóa trong dung dịch đồng thể phức rođi (I) trong benzen ngay ở 2 0 °c, trong khi đó đối với các anđehit thơm lại đòi hỏi phải đun nóng. Sự đecacbonyl hóa dưới tác dụng của các xúc tác phức kim loại đồng thể là quá trình nội phân tử và chọn lọc lập thể, trong đó cấu hình của trung tâm bất đối ở nguyên tử cacbon a của anđehit được bảo toàn : CHO H 5 RhCl[P(C6H5)3] 3 ấ c h 3 ■— c — c 2h 5 —— CH3 —- c — c 2h 5 + T C6H5CN, 110°C T c 6h 5 c 6h 5 + RhClCO[P(C6H5)3]2 + (C6H5)3P 11.3.13 Phản ứng tự oxi hóa của anđehit Anđehit nói chung dễ tham gia phản ímg tự oxi hóa khi tiếp xúc với không khí. Thí dụ ; 2C6H5C H = 0 + 0 2 ------ > 2C6H5—COOH Anđehit benzoic Axit benzoic Phản ứng oxi hóa xảy ra theo cơ chế gốc tự do. Ánh sáng hoặc ion của một số kim loại như Fe, Mn, Cu, v.v... xúc tiến quá trình này. Mạch được sinh ra nhờ có sự tạo thành gốc axyl R c = o . 2R -C hv • + RCHOH R -C Gốc axyl sản sinh khi gốc peoxit hoặc oxi phân tử bứt lấy nguyên tử hiđro của nhóm chức anđehit: RCHO + 0 - 0 ------ > R - C + OOH -* Giai đoạn chìa khóa của sự phát triển mạch là sự tạo thành peaxit R C 0 3H, tiếp tifeo axit này oxi hóa anđehit đến axit cacboxylic : 5- HHCT2 47

RC^ + RC\" ------- > R C \" .^ ° 0 -0 * + R -C H 0 - 0 -H R C 03H + RC\" ------- > 2R C \" H 011 Do gốc benzoyl C6H5 C = 0 bền hơn gốc axyl mạch không vòng RC = 0 , các anđehit thơm bị oxi hóa bằng oxi dễ hơn các anđehit mạch không vòng rất nhiều. Phản ứng này không có giá trị về mặt điều chế, nhưng giúp ta cách bảo quản anđehit ở tối, trong môi trường trơ, không có oxi của không khí. Để hạn chế quá trình tự oxi hóa, người ta thường cho thêm vào anđehit một lượng nhỏ chất chống oxi hóa như phenol, amin thơm, v.v... Những chất này dễ tác dụng với các gốc tự do sinh ra trong phản ứng. Riêng anđehit fomic bền trong dung dịch nước, nó không tự oxi hóa vì tạo thành hiđrat. 11.4 Phương pháp điều chê 11.4.1 Đi từ hiđrocacbon a) Oxi hóa ankan, anken và aren Trong những điều kiện thích hợp, người ta có thể oxi hóa nhiều hiđrocacbon khác nhau thành hợp chất cacbonyl tương ứng. Thí dụ hỗn hợp metan với không khí ở 600 - 700°c có mặt chất xúc tác nitơ oxit sẽ tạo ra íomanđehit. C H 4 + 0 2600 - 700°c—^ H C H 0 + Ị ^ o Toluen có thể được oxi hóa nhẹ thành benzanđehit nhờ cromyl clorua hoặc mangan peoxit: 3C6H 5 - CH3 + 4 C r0 2Cl2 ------» 3C6H5CHO + H20 + 4Cr(OH)Cl2 Các anken bị oxi hóa đứt mạch thành hợp chất cacbonyl nhờ tác dụng của ozon (x. Tập 1, mục 3.6.4). Phản ứng này cho phép điều chế các anđehit từ anken đối xứng : CH3CH2C H =C H C H 2CH3 ------- ~ ------- > 2CH3CH2C ^ 5L 1 i 2)Zn/CH 3COOH JH (E) hoặc (Z)-Hex-3-en Propanal (85%) Oxi hóa đứt mạch anken không đối xứng thường cho một hỗn hợp sản phẩm nên không phải là phương pháp tổng hợp tốt. Thí dụ : 1)0 , R -C + C -R ' RCH = C H R ' -------- ----------- > \\H Y\\ 2) Zn/CH3COOH Hai anđehit khác nhau (E) hoặc (Z) 48

Oxi hóa các xicloanken là phương pháp tiện lợi để điều chếđianđehũ : o \\ »03 » 2) (CH3)2S Xiclopenten Pentanđial (6 8 %) Phản ứng ozon phân có ý nghĩa về mặt xác định cấu trúc của anken nhiều hơn là về điều chế hợp chất cacbonyl. Đáng chú ý là etilen có thể được oxi hóa thành axetanđehit với hiệu suất cao. b) Hỉđrat hóa ankin Phản ứng hiđrat hóa axetilen và các đồng đẳng với sự có mặt của xúc tác axit và muối thuỷ ngân tạo ra axetanđehit (từ axetilen) và xeton (x. Tập 1, mục 3.21.4): RC =C R ' HoO H2S 0 4 R - C - C H 2R' HgS04 ì0 Ankin Xeton H C = C (C H 2)5CH3 + H20 H2S 0 4 CH3C(CH2)5CH3 HgS04 u' 0 O ct-l-in Octan-2-on (91%) c) Hỉđro bo hóa - oxi hóa Phản ứng hiđro bo hóa - oxi hóa là phản ứng cộng nước vào liên kết ba ngược với quy tắc Maccopnhicop. Tác nhân phản ứng là điOec-isoamyl) boran. Gọi tắt là disiamylboran (Sia2BH), bởi vì boran có thể tích lớn không thể cộng hai lần vào liên kết ba : sản phẩm trung gian enol không bền, nhanh chóng tautome hóa thành anđehit. Thí dụ : C »C -H 1) Sia2BH o 2) H20 2, NaOH C6H n N / H -OH q - c h 2- c - h / c = c\\ H OH Etinylxiclohexan Enol Xiclohexyletanal (không phân lập được) (65%) d) Hiđroíbmyl hóa anken (tổng hợp oxo) Với sự có mặt của các hợp chất coban cacbonyl hoặc của các phức chất của rođi, anken phản ứng với cacbon monoxit và hiđro để cho anđehit có số cacbon nhiều hơn hợp chất đầu một nguyên tử. Thí dụ : 49

Co2(CO)x rch = ch 2 + co + h 2 — -— — ------- > RCH2CH2CHO + RCHCHO 150 c, 100 - 350 atm Ị ch3 Lượng đồng phân anđehit phân nhánh có thể giảm đến cực tiểu nếu dùng xúc tác đixiclopentađienyl zieconi hiđro clorua (C5H5)2ZrHCl trong điều kiện êm dịu hơn. (C5H5)2ZrHCl c h 3c h = c h 2 + c o + h 2 — ------> CH3CH2CH2CHO Phương pháp công nghiệp điều chế axetanđehit là oxi hóa etilen trong dung dịch nước có chứa palađi (II) clorua và đồng (II) clorua. Trong điều kiện phản ứng liên tục, xúc tác có thể được tái tạo bằng cách thêm oxi (xem mục 11.5): CH2 = CH2 + PdCl2 + H20 -> CH3CHO + Pd + 2HC1 2Cu2C12 ■> PdCl2+ CU2CI2 Pd + CuCl2 -> 4CuC12 + 2H20 +02 + 4HC1 Đây là phương pháp có ưu điểm hơn hiđrat hóa axetilen hoặc đehiđro hóa etanol trên xúc tác kim loại. Fomanđehit được điều chế trong công nghiệp bằng cách đehiđro hóa metanol với sự có mặt của xúc tác : 600 - 650l’c ; Ag CH3OH -------- —------ HCHO + H2 Phản ứng này thu nhiệt, do đó để đảm bảo nhiệt độ cần thiết, người ta đốt khí hiđro thoát ra của quá trình. 11.4.2 Đi từ dẫn xuất halogen a) Thuỷ phân dẫn xuất gem-đihalogen Khi đun nóng các gíTtt-đihalogen (họp chất có 2 halogen cùng đính vào một nguyên tử cacbon) với dung dịch kiềm sẽ tạo ra hợp chất cacbonyl. Nếu hai halogen đính vào nguyên tử cacbon đầu mạch, sản phẩm là anđehit, nếu ở cacbon trong mạch, sản phẩm là xeton : C1 2HOH OH ■» R -C H O R -C H R -C H - HOH C1 OH R -C -R ’ 2HOH■» R -C -R ' ■> R - C O - R ’ /\\ /\\ - HOH C1 C1 HO OH Phương pháp này đặc biệt thuận lợi cho việc điều chế benzanđehit bằng cách thuỷ phân benzyliđen clorua : C6H 5CHC12 + HOH OH ■> Q H 5CHO + 2HC1 Benzyliđen clorua 50

b) Oxi hóa - thuỷ phân dản xuất monohalogen Đun nóng benzyl clorua với urotropin trong dung dịch etanol - nước ta được benzanđehit (phản ứng Som m elet): c 6h 12n 4 +_ ■> c 6h 5c h 2- n = c h 2 > C6H5CH2C6H ị2 N4 CI C6 H5 CH2 C1 h 20 (H+) _ ■» c 6h 5c h 2n h 2 ------- > c 6h 5 - c h = n h — — — > C6H5 - c Z -2H 65 -N H 3 65 Benzanđehit (60 - 70%) 11.4.3 Đi từ ancol a) Oxi hóa hoặc đehiđro hóa ancol Phương pháp quan trọng để điều chế nhiều hợp chất cacbonyl dãy béo là oxi hóa hoặc đehiđro hóa ancol bậc một tạo ra anđehit, ancol bậc hai tạo ra xeton (x. Tập 1, mục 10.4.5). - Oxỉ hóa ancol bậc một đến anđehit Phản ứng oxi hóa ancol bậc một đến anđehit đòi hỏi phải lựa chọn chất oxi hóa rất cẩn thận, bởi vì dùng chất oxi hóa mạnh như axit cromic (natri đicromat trong axit suníuric) anđehit dễ dàng bị oxi hóa đến axit cacboxylic. Vì vậy người ta thường dùng các chất oxi hóa như pyriđini đicromat (PDC), pyriđini clocromat (PCC) hay phức của crom trioxit - pyriđin (tác nhân Collin) trong môi trường khan, thí dụ điclometan để oxi hóa ancol bậc một đến anđehit với hiệu suất cao. CH3(CH2)8CH2OH (C5H5N )2C r03 CH3(CH2)8C H = o CH2C1; Đecan-l-ol Đecanal (63 - 6 6 %) ơ c h 2o h PCC CHO CH2C1; Xiclohexylmetanol Xiclohexancacbanđehit (90%) CH3(CH2)4C = c c h 2o h PCC CH3(CH2)4C = c c h o CH2C1; O ct-2-in -l-ol O ct-2-in-l-al (84%) - Oxi hóa ancol bậc hai đến xeton Nhiều tác nhân oxi hóa như PDC, PCC hay tác nhân Collin và axit cromic đều có thể được dùng oxi hóa ancol bậc hai đến xeton. Thí dụ : 51

Cr03 OH 1-Phenylpentan-1-ol C r03.(C5H5N )2 CH2 C12 o Benzophenon (96%) H Nâ2Cf20-7 o OH > Campho Bocneol h 2s o 4 (8 8 %) b) Oxi hóa 1,2-điol Phản ứng oxi hóa 1,2-điol bằng natri peiođat hoặc chì tetraaxetat tạo ra hợp chất cacbonyl với hiệu suất khá cao (x. Tập 1, mục 10.9.2). 11.4.4 Đi từ axit cacboxylic và muối của chúng a) Nhiệt phân muối của axit cacboxylic (Piria, 1856) Khi chưng khan muối canxi hoặc muối bari của axit cacboxylic ta được hợp chất cacbonyl: (R - COO)2Ca o > R - C O - R + CaCO Chẳng hạn, khi nhiệt phân canxi axetat sinh ra axeton ; nhiệt phân muối canxi của một điaxit như canxi ađipat ta được xiclopentanon là một xeton vòng. Phương pháp này cũng có thể được dùng để điều chế xeton không đối xứng (nếu dùng hỗn hợp muối canxi của hai axit cacboxylic khác nhau) hoặc điều chế anđehit (nếu một trong hai muối được dùng là canxi íom iat): (R - COO)2Ca + Ca(OCOR’ )2 ------> 2 R - C O - R ’ + 2CaCO, sản phẩm phụ : R - c o - R và R ’ - c o - R ’ (R - COO)2Ca + Ca(OCOH)2 ------> 2 R -C H O + 2CaCO sản phẩm phụ : R - c o - R b) Nhiệt phân axit cacboxylic Phát triển phương pháp Piria, Sabatie đã điều chế hợp chất cacbonyl bằng cách cho hơi của axit cacboxylic đi qua chất xúc tác (mangan (II) oxit, cađimi (II) oxit, thori (IV) o x it,...) ở nhiệt độ 300°c. Thí dụ : 52

2 CH3COOH — CH3-C O -C H 3 + c o 2 + h 20 CH^COOH + HCOOH — CH3CHO + C 0 2 + H20 11.4.5 Đi từ dẫn xuất của axit cacboxylic a) Khử dẫn xuất của axit Chỉ có những tác nhân khử mạnh như lithi nhôm hiđrua L1AIH4 hoặc natri bo hiđrua NaBH4 mới có thể khử axit thành ancol, nhưng các dẫn xuất của axit có thể được khử dễ dàng đến hợp chất cacbonyl (hoặc ancol) nhờ các chất khử khác nhau. Lithi nhôm tri (í-butoxi) hiđrua là một tác nhân khử êm dịu, khử clorua axit đến anđehit với hiệu suất cao : 0‘ * 'O :ộ : :ỘH R -C -C l LiAia II LiAlR 1 h 30 + I Clorua axit R -C -H ■» R - C - H — —* R - C - H 1 1 H H Anđehit Ankoxit Ancol bậc một (không phân lập được) Ọ Li+ _ A1H(0-/-Bu)3 Ọ II lí R -C -C l R -C -H Clorua axit Anđehit Thí dụ : ch3 o CH o 1 II Li+~AlH(0-r-Bu)-Ị ■>CH3—CH — CH2—c —H c h 3- c h - c h 2- c C1 Isovaleroyl clorua Isovaleranđehit (65%) Khử hóa clorua axit bằng hiđro phân tử và xúc tác palađi, có mặt một lượng nhỏ chất kìm hãm xúc tác khử như bari sunfat và lưu huỳnh (tương tự xúc tác Lindlar dùng cho phản ứng hiđro hóa từng phần ankin). Phản ứng khử này dừng lại ở giai đoạn tạo thành anđehit (.Rosenm und, 1918). Ọ H2, Pd/Bascys Ọ I H R -C -C l R -C -H Thí dụ : H2, Pd/Bascys ch3 ọ CH3 ọ 1ĩ 1 II CH3- C H - C H 2- C - C 1 ■>c h 3 - c h - c h 2- c - h ĩsovaleroyl clorua Isovaleranđehit (50%) 53

Ngoài clorua axit, các nitrin cũng có thể được khử thành anđehit với sự có mặt của hiđro clorua và thiếc (II) clorua trong ete khan. R -C = N SnCl2+ 2HC1 R—CH = NH H20 (H+) o -n h 3 H Nitrin > Anđimin - SnCl4 b) Tác dụng của hợp chất cơ magie với dẫn xuất của axit Để điều chế anđehit, người ta cho hợp chất cơ magie tác dụng với ankyl fomiat hoặc ankyl orthoíomiat, còn để điều chế xeton người ta cho họp chất cơ magie tác dụng với clorua axit hoặc nitrin (x. Tập 1, mục 9.3.2b). 11.4.6 Sử dụng 1 ,3 -đithian trong tổng hợp anđehit và xeton 1,3-Đithian là một axit protonic yếu (pKa = 32) có thể được đeproton hóa bởi những bazơ mạnh như H-butyl lithi. Cacbanion tạo thành được bền hóa nhờ hiệu ứng hút electron của hai nguyên tử lưu huỳnh phân cực mạnh. pKa = 32 Anion đithian được ankyl hóa bởi ankyl halogenua bậc một hay tosylat cho thioaxetal rồi thuỷ phân tiếp theo bằng dung dịch axit của HgCl2. Phương pháp này tiện lợi cho việc tổng hợp các anđehit có nhóm ankyl bậc một. H Ankyl halogenua HR Anđehit bậc một Anion đithian Thioaxetal Bản thân thioaxetal còn có thể được ankyl hóa một lần nữa cho thioxetal. Thuỷ phân thioxetal ta sẽ nhận được xeton : < HR R' R Xeton Thioaxetal Thioxetal Thí dụ, l-phenylpentan-2-on có thể được tổng hợp như sau : 54

r\" ì 1) BuLi sx s DBuLi sx s 2 ) PhCH2 - Br PhCH2 H 2 ) CH3CH2CH2Br PhCH2 CH2CH2CH3 sx s Thioaxetal Thioxetal HH | h +, HgCl2, h 20 1,3-Đithian o _ . A ......................... PhCH2 CH2 CH2 CH3 Xeton Ngoài phương pháp điều chế bằng con đường tổng hợp, trong thiên nhiên người ta cũng gặp nhiều anđehit và xeton (x. hình 11.7). o Unđecanal Heptan-2-on (Pheromon giới tính của một loài bướm) (Thành phần của pheromon âm thanh của ong) trans-Hex-2 -enal Xitral (Pheromon âm thanh của một loài kiến) (Có trong tinh dầu sả) o Civeton (Có trong tinh dầu hoa nhài) (Có trong tuyến thơm của cầy hương) Hình 11.7 Một số anđehit và xeton thiên nhiên 11.4.7 Các phương pháp riêng điều chê anđehit và xeton thơm Nhiều phản ứng điều chế anđehit thơm khác về nguyên tắc các phương pháp tổng hợp anđehit không vòng. Một số phương pháp dựa trên cơ sở phản ứng thế electrophin ở vòng thơm đã được đề cập đến ở tập 1 (x. Tập 1, mục 10.12.4h). Đó là phản ứng Gattermann, Gattermann - Koch, Vilsmeier và Reimer - Tiemann. Dưới đây là một số phương pháp riêng điều chế anđehit thơm và xeton thơm. a) Anđehit thơm Oị ) Oxi hóa ankylbenzen Dung dịch oxit cromic trong anhiđrit axetic có thể oxi hóa metylbenzen đến anđehit thơm. Ở đây sự oxi hóa anđehit đến axit cacboxylic không xảy ra do có sự tạo thành điaxetat. Thuỷ phân điaxetat bằng axit trong ancol nước sẽ tạo thành anđehit: 55

/ì C r03 ; (CH3C 0 )20 CH(OCCH3)2 ------> 1 ) c h 3- 0 CH H2SO4 h 2s o 4 h 20 - CH3CH2OH 1 )C r 0 3 ; (CH3C 0 )20 2) ( Ị ^ - ch: 2) H20 Br v ề mặt điều chế, phương pháp này tiện lợi hơn phương pháp oxi hóa bằng cromyl clorua, vì khó kiểm tra phản ứng và thường dẫn tới một hỗn hợp phức tạp các sản phẩm. Hiện nay, trong công nghiệp người ta điểu chế benzanđehit với hiệu suất 50% bằng cách oxi hóa trực tiếp toluen ở 500°c với xúc tác là hỗn hợp các oxit uran và molypđen. Phương pháp này dần thay thế phương pháp cũ điều chế benzanđehit bằng cách thuỷ phân benzal clorua C6H5CHC12. C6H5CHC12 H20 ; Fe C6H5CHO + HC1 Benzal clorua * Benzanđehit 100°c a2) Đi từ dẫn xuất arylmetyl halogenua Benzyl halogenua dễ dàng được chuyển thành anđehit thơm nhờ phản ứng Sommelet (1913). Benzyl halogenua tham gia vào phản ứng với lượng dư hexametylentetramin (urotropin), muối được tạo thành khi đó không cần tách riêng mà trực tiếp thuỷ phân đến anđehit: N' CHC1 ©1(1 H® / ArCH2X N- N ArCH -N~ —--N /-N k ? / - NV x 0 2 Benzyl halogenua Hexametylentetramin ArCH2 - N H 2 + HCHO + NH3 4= ^ ArCH —NH2 H, 0 H© ■» ArCHO + NH3 + CH3NH2 56

Sự chuyển dịch ion hiđrua từ amin bậc một ArCH2NH2 đến muối imini của íbmanđehit là động lực của toàn bộ quá trình oxi hóa - khử, rồi thuỷ phân để tạo thành anđehit. Phản ứng Sommelet được dùng để tổng hợp các anđehit thơm và dị vòng khác nhau với hiệu suất 50 - 80% : CH2C1 CHO 1)(C H 2)6N4 ;CHC13 ------------ ----------» 2) CH3COOH - H20 (75 - 80%) c sx CH2C1 1)(C H 2)6N4 I Ợ L cho 2) CH3COOH - H20 (50%) a3) Điều chế anđehit từ các dẫn xuất của axit cacboxylic thơm Đa số các phương pháp tổng hợp anđehit thơm từ dẫn xuất của axit cacboxylic trùng với phản ứng điều chế anđehit mạch không vòng, đã được mô tả trong các chương trước, ở đây ta chỉ xem xét một số phản ứng quan trọng đặc trưng cho việc tổng hợp các anđehit thơm, đáng chú ý là phản ứng khử nitrin bằng thiếc (II) clorua khan trong ete bão hoà khí hiđro clorua rồi thuỷ phân đến anđehit (Stephen, 1925): Ar —c —N 1) S11CI2/HCI, ete A r-C H O 2) H20 Cơ chế của phản ứng là như sau : R - C = N + HC1 r+ R - C = NH2C1 R—C=NHC1 1 H -C l: sã: •• > •• SnCl2 R - C = NH2C f sặ”l,s —J 1+ + 2- 2H+ S' ncứ - SnCl2/HCl R -C = N H 2C1 [R—C H = N H 2]2SnCl6 <-— - * Phức của alđimin R -CI = N+H_ 2C1 và thiếc clorua Thủy phân ị H30 + R-CH O Phương pháp Sonn - Muller là sự cải tiến của phản ứng Stephen : Anilit được chuyển thành imiđo clorua nhờ photpho pentaclorua ; giai đoạn tiếp theo tương tự như phản ứng Stephen : 57

Ọạ ĩỉ ArC —NHC6H5 + PC15 - -» ArC = NC6Hs + POCI3 + HC1 ạ 1 NC6H5 + S_n_C_ l2 - ------» [ A _ H = ® C_ 6H 5 ]2 SnCl62- ArC = + HC1 rC NH [ArCH = NHC6H5]2SnCl62\" HOH, H,© (70 - 90%) ArCHO (70 - 90%) b) Xeton thơm Phương pháp điều chế xeton thơm tổng quát và thuận tiện hơn cả là axyl hóa vòng thơm theo Friedel - Craíts (x. Tập 1, mục 4.5. ld). Thí dụ : CH3O H ^ ) + (CH3C 0 )20 A1C1\"> CH3O - ^ COCH Anisol p-Metoxiaxetophenon (90 - 94%) Ọ o ĩ C -C l o 2n p-Nitrobenzoyl clorua (90%) Ngoài AICI3, người ta có thể dùng những axit Liuyt khác để làm xúc tác, nhưng hoạt tính của chúng thường kém hơn AICI3. Clorua của axit arylaliphatic với mạch nhánh chứa ba nguyên tử cacbon trở lên chịu tác dụng của AICI3 tạo thành xeton vòng : o CƯ'0 A1C1- ũ - HC1 3-Phenylpropanoyl clorua 1-Inđanon Đôi khi sự đóng vòng có thể xảy ra ngay khi đun nóng mà không cần chất xúc tác. 11.5 Giới thiệu các chất tiêu biểu Fom anđehit HCHO được tạo thành với lượng rất nhỏ khi đốt cháy không hoàn toàn nhiều chất hữu cơ như gỗ, đường, than, hiđrocacbon, vì vậy trong khói bếp thường có một ít íomanđehit, góp phần làm cho khói có tính sát trùng. 58

Trong công nghiệp người ta điều chế íomanđehit bằng cách oxi hóa metanol ở pha hơi với chất xúc tác là bạc kim loại hoặc hỗn hợp oxit sắt và oxit molybđen. 2CH3OH + 0 2 xúcf > 2HCH=0 + 2H20 500 c Metanol Fomanđehit (92%) Fomanđehit là chất khí ở nhiệt độ thường, tnc - 92°c, có mùi xốc, độc, tan tốt trong nước. Hỗn hợp 40% fomanđehit, 52% nước và 8 % metanol (chất làm bền) được bán trên thị trường với tên gọi là fomol hay íòmalin. Trong dung dịch nước, fomanđehit gần như hiđrat hóa hoàn toàn. Nếu thêm H2S 0 4 đặc vào dung dịch này sẽ tạo thành paraíomanđehit là chất bột trắng không tan trong nước. Khi chưng cất đung dịch fomanđehit 6 % với sự có mặt một lượng nhỏ axit suníuric ta được trime vòng 1 ,3 ,5 -trioxan (tnc 62°C) và cả tetrame 1,3,5,7-tetroxan. ,° h 20 / 0 H ■> H O —(CH20)n—H H—c — » h2c Paraĩom, n = 8 - 12 nh \" h2° x oh < r? + r°> o Tetrame Trime Khi đun nóng hoặc thuỷ phân bằng axit, parafomanđehit bị phân huỷ và hồi lại íomanđehit. Vì vậy, đây cũng là phương pháp tiện lợi để bảo quản và vận chuyển íomanđehit. Fomanđehit phản ứng với amoniac tạo thành hexametylentetramin (urotropin). Mới đầu là sự tạo thành sản phẩm cộng hợp amoniac vào anđehit, rồi qua hợp chất trung gian hexahiđro-1,3,5- triazin cho urotropin có tnc 270°c : /NH2 ch2= o + nh3 — > h2c OH ỵ nh2L ----- > c h/ 2ohL H2C + 2CH2—o N -C H 2OH VOH XCH2OH /N H 2 —— > ^ - 2 HNu NH 3H2C nOH N H Hexahiđro-1,3,5-triazin 59

/ / N' OH ---------- > / 1 H NH - 3H2° N HO I Kf * OH IJ Ù Urotropin tan trong nước, khi thêm axit, nó hồi lại thành fomanđehit. Urotropin được dùng làm thuốc lợi tiểu, bệnh thấp, ... Cho urotropin tác dụng với axit nitric đặc, ta được l,3,5-trinitrohexahiđro-l,3,5-triazin là một chất nổ mạnh có tên gọi hexogen. ĩ no2 /•\"N -— / Hexogen Fomanđehit được dùng làm chất tẩy uế, sát trùng, bảo quản mẫu vật trong giải phẫu. Một lượng lớn íòmanđehit được dùng trong công nghiệp nhựa tổng hợp, thí dụ nhựa bakelit (điều chế từ íomanđehit và phenol), nhựa cacbamit (điều chế từ íomanđehit và ure), nhựa galatit (điều chế từ íomanđehit và casein), ... Fomanđehit còn được dùng để tổng hợp phẩm nhuộrri, dược phẩm... Axetanđehit (etanal) CH3CHO được điều chế trong công nghiệp bằng cách oxi hóa trực tiếp etilen đến axetanđehit, dùng hỗn hợp xúc tác palađi và đồng clorua ở 50°c (x. mục 11.4.1d). Axetanđehit là chất lỏng không màu, mùi hắc, trôn lẫn với nước, etanol và đietyl ete theo bất cứ tỷ lệ nào. Khi thêm vài giọt axit suníuric vào axetanđehit ở nhiệt độ phòng sẽ xảy ra phản ứng mạnh và tạo thành paranđehit là chất lỏng (ts 125°C) được dùng làm thuốc ngủ. Còn khi tiến hành phản ứng ở 0°c thì sẽ tạo thành metanđehit rắn (2 ,4 ,6 ,8 -tetram etyl-l,3 ,5 ,7 -tetroxan): o CH3 CH3 - C o \\H 0\"C , 60

Metanđehit được dùng làm nhiên liệu với tên gọi cồn khô. Hiện nay hàng năm thế giới sản xuất trên 2 triệu tấn axetanđehit; chủ yếu dùng làm nguyên liệu để sản xuất nhiều hợp chất dãy béo như axit axetic, anhiđrit axetic, etyl axetat, n-butanol, cloral. Benxanđehit C6H5CHO, có trong dầu hạnh nhân và một số hạt quả như đào, m ận ,... dưới dạng glycozit gọi là amygđalin. Thuỷ phân amygđalin ta được benzanđehit. Nó cũng có thể được điều chế bằng con đường tổng hợp như thuỷ phân benzal clorua hoặc oxi hóa toluen : CHC1 h 20 (H+) n -2HCI H ^ j -CH3 2 0 (M n02), t° - H 20 Benzanđehit là chất lỏng không màu, sôi ở 180°c, có mùi thơm của dầu hạnh nhân. Do trong phân tử không có hiđro a , benzanđehit có thể tham gia phản ứng Cannizzaro. Khác với các anđehit dãy béo, benzanđehit phản ứng với clo cho phản ứng thế hiđro ở nhóm chức anđehit. Phản ứng này được dùng trong công nghiệp để sản xuất benzoyl clorua. C6H5 - C ^ Cl2 C6H5 - C ^ 5 ^C1 5 - -HC1 Benzanđehit được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ, tổng hợp phẩm nhuộm, chất thơ m ,... Axeton (propanon) được tạo thành khi chưng khan gỗ. Trong công nghiệp, axeton được điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau như nhiệt phân axit axetic nhờ xúc tác (CaO, T h02), đehiđro hóa propan-2-ol, sản phẩm của sự hiđrat hóa propen, hoặc oxi hóa trực tiếp propen : 02 (PdCl2 ; CuCl2) c h 3 - c h = c h 2 — — —— > CH3 - C - C H 3 1 0 Axeton, sản phẩm thứ hai khi sản xuất phenol theo phương pháp cumen (x. Tập 1, mục 10.13.4), là chất lỏng không màu, có mùi, trộn lẫn với nước, etanol và đietyl ete theo bất cứ tỷ lệ nào. Axeton là hóa chất cơ bản trong tổng hợp hữu cơ. Ngoài ra, một lượng lớn axeton được dùng làm dung môi trong công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo, dung môi để hoà tan axetilen, để gielatin hóa nitrat xenlulozơ khi chế thuốc súng không k h ó i,... Axeton còn là nguyên liệu tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng như clorofom, iođoíom, ionon (chất thơm), metyl m etacrylat,... Xiclohexanon C6H |0O được điều chế bằng cách oxi hóa xiclohexanol hoặc xiclohexan bằng oxi với sự có mặt của xúc tác coban. Xiclohexanon là chất lỏng không màu, sôi ở 156,7°c. Nó là một trong những sản phẩm trung gian quan trọng trong sản xuất 61

poliamit. Thí dụ như oxi hóa bằng axit nitric nó được chuyển thành axit ađipic dùng tổng hợp nylon-6, 6 : 0 [HN03, v 20 5] —— > HOOC - (CH2)4- COOH Xiclohexanon Axit ađipic Mặt khác, sự chuyển vị Beckman xiclohexanonoxim dẫn tới s-caprolactam dùng làm monome tổng hợp nylon-6 : N H 2OH f [H2SO4] - h20 >I ỵ= 0 NH Xiclohexanonoxim e-Caprolactam Xiclođođecanon được sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng cách oxi hóa xiclođođecan ở pha lỏng. Trong quá trình này cũng tạo thành xiclođođecanol, được đehiđro hóa tiếp theo trên xúc tác oxit kẽm đến xiclođođecanon. Muốn điều chế xeton này trong phòng thí nghiệm ta có thể thực hiện phản ứng đồng phân hóa 13-oxabixiclo [1 0 .1 . 1 ] triđecan (được điều chế từ xiclođođexen): M gl2 13-Oxabixiclo [10.1.1] triđecan Xiclođođecanon là chất rắn kết tinh, tnc 6 0 °c, có mùi thơm của tuyết tùng. Nó được dùng để tổng hợp poliamit và chất thơm. Các xicloankanon cao đặc biệt quý vì chúng là những chất mang mùi trong công nghiệp hương liệu. Xiclotriđecanon có mùi tuyết tùng, còn các hợp chất 1 4 - 1 6 mắt vòng có mùi xạ hương. Xicloheptađecanon có mùi cầy hương : CH3 - CH------CH2 - CH - (CH2)7 IIc = 0 CH - ( C H 2)7^ I c=0 CH2 - ( C H 2) , f Axetophenon C6H5COCH3 có thể được điều chế bằng cách axyl hóa benzen bằng anhiđrit axetic theo Friedel - Craíts hoặc oxi hóa etylbenzen bằng oxi không khí với sự có mặt của chất xúc tác mangan (II) axetat ở nhiệt độ 130°c : C6H5CH2 - C H 3 ° 2 > C6H5 - C O - C H 3 + H20 Axetophenon Axetophenon là chất lỏng, có ts 202,3°c, tnc 20°c, có mùi thơm, được dùng trong tổng hợp hữu cơ. 62

Benzophenon C6H5COC6H5 có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau. Phương pháp thuận tiện nhất là axyl hóa benzen theo Friedel - Craíts bằng benzoyl clorua hoặc photgen : 2<f \\ C1 - HC1 rV C1 ,- o - ỉ- o + .c = 0 (AM1CCI133)) 0 -2HC1 C1 Trong công nghiệp, người ta chế hóa benzen bằng cacbon tetraclorua với sự có mặt của nhôm clorua rồi thuỷ phân tiếp theo dẫn xuất gem-âiclo tạo thành. r\\ ,™ *2HC1 o\\ / \\ 7 o \\ ___/ -2H C 1 o - ị - o C1 0 Benzophenon tồn tại ở hai dạng biến thể : biến thể bền có tnc 49°c, biến thể không bền có tnc 26°c. Khi khử benzophenon bằng kẽm trong dung dịch KOH etanol cho benzhydrol (điphenylcacbinol), còn khi khử bằng kẽm trong axit axetic cho benzpinacol (tetraphenyletan-1 ,2 -đ io l): (C6H5)2C = 0 2H[Zn, KOH] (C6H5)2C H - O H 2(C6H5)2C = 0 --------— ------- » Benzhyđrol .......... .. 2H[Zn, CH3COOH] (C6H5)2C - C ( C 6H5)2 --------- — -------- » HO OH Benzpinacol Benzpinacol được tạo thành khi chiếu tia tử ngoại vào dung dịch benzophenon trong propan-2 -ol. 2(C6H5)2C = 0 + (CH3)2C H -O H (C6H5)2C - C ( C 6H5)2 + (CH3)2C = 0 HO OH Phản ứng của benzophenon với natri kim loại trong đietyl ete tạo thành dung dịch màu xanh da trời có chứa anion gốc, được gọi là k e ty l; khi có dư natri, từ benzophenon tạo thành được đianion màu tím : •• Na • + Na _ •• 4- (C6H5)2C = 0 (C6H5)2C - Õ r Na (C6H5)2C - Õ r 2Na Ketyl natri Đianion Nhóm cacbonyl trong phân tử benzophenon bị án ngữ bởi hai vòng benzen nên rất kém hoạt động, không phản ứng với HCN và N aHS03, chỉ phản ứng chậm với NH2OH và H2N - NH2. 6- H H C T2 63

11.6 Hợp chất thiocacbonyl Hợp chất thiocacbonyl có chứa trong phân tử nhóm thiocacbonyl c = s. Khác với anđehit và xeton, các hợp chất thiocacbonyl không nhận được bằng cách oxi hóa các thioancol. Do đó, để điều chế chúng, người ta phải dùng các phương pháp như nhiệt phân gem-âithiol, tác đụng của hiđro sunfua với hợp chất cacbonyl hoặc nhiệt phân các alyl sunfua: R \\ / SH - h 2s c /\\ R' SH R\\ H2S(HC1) r\\ c =0 ------- 77T\\----- - c= s / - h 20 / R' R' R s t CH2 ------------------- c ) CH - c h 3- c h = c h 2 /\\ R' H Í C H , Do khả năng phản ứng rất cao so với các hợp chất cacbonyl thông thường (dễ trime hóa), các thioanđehit không tồn tại ở trạng thái tự do. Thí dụ : CH3 3CH3—C H =S ------> s —CH /\\ CH3—CH s \\/ S-C H \\ ch3 Thioaxetanđehit Trimetyltrithian Trime của các thioanđehit (trừ thioíomanđehit) và các thioxeton có chứa hai gốc khác nhau đều có hai dạng đồng phân lập thể với độ bền khác nhau : dạng cis và dạng trans. Thí dụ cis- và írarcs-trimetyltrithian : HH c h 3- V 5 ^ ; c dạng trans s CHỈ (bền) dạng cis (không bền) Thioxeton tương đối bền hơn thioanđehit, thí dụ thioaxeton CH3 - c s - CH3 là chất lỏng, màu đỏ, sôi ở 80°c, có thể giữ được vài giờ mới trùng hợp. Thioaxetophenon CH3 - c s - C6H5 là chất lỏng, sôi ở 185°c, hơi của nó có màu tím lơ, có thể tự trùng hợp thành trime không màu, nóng chảy ở 1 2 2 °c. 64

Các thioxeton dễ dàng tác dụng với nước, tạo thành xeton và hiđro suníua : thioxeton cũng dễ dàng phản ứng với hiđrazin, semicacbazit,... tương tự xeton nhưng khả năng phản ứng cao hơn. Đáng chú ý là các gem-đithiol như CH3 - C(SH)2-C H 3, CH3 - C(SH)2 - C6H5, ... khác với các gem-điol ở chỗ chúng bền vững, khó tách H2S để tạo thành thioxeton. HỢP CHẤT POLICACBONYL Hợp chất đicacbonyl Tuỳ theo vị trí của nhóm cacbonyl trong phân tử, người ta phân biệt hợp chất I,2- hay a-đicacbonyl, hợp chất 1,3- hay P-đicacbonyl và hợp chất 1,4- hay Ỵ-đicacbonyl. II.7 Hợp chất 1,2-đicacbonyl Cũng như các hợp chất đicacbonyl khác, hợp chất 1,2-đicacbonyl có thể là đianđehit, xetoanđehit hoặc đixeton. Thí dụ : H -C -C -H CH3 - C - C - H CH3 - C - C - C H 3 C6 H5 —c —c —C6 H5 11 11 11 00 01 0« 00 00 Glioxal Metylglioxal Điaxetyl Benzil (Etanđial) (Butan-2,3-đion) (Điphenylglioxal) (2-Oxopropanal) 11.7.1 Phương pháp điều chê a) Oxi hóa anđehỉt và xeton bằng selen đioxit Hợp chất cacbonyl có nhóm metyl hoặc metylen ở liền kể với nhóm cacbonyl có thể dễ dàng bị oxi hóa bằng selen đioxitđến hợp chất đicacbonyl. Thí dụ : CH3-C H 0 + Se02 --- ■> C H O -C H O + H20 + Se CH3- C O - C H 2CH3 + Se02 -» CH3 - C O - C O - C H 3+H20 + Se b) Thuỷ phân các a-oxim xeton hno2 h 20 0 R - C H 2 - Cì - R ’ -- Vh,20 > R - CX - C11- R ' -—h“2noh> R - C - C1- R ' 0 HON 0 0 a-Oximxeton c) Oxi hóa hoặc đehiđro hóa a-glicol hoặc a-hiđroxixeton c 6h 5 - c - c h - c 6h 5 - T[° ] -> c 6h 5 - c - c - c 6h 5 II 1 hno3 II II 0 ỎH 00 Benzoin Benzil o 65

11.7.2 Các phản ứng của hợp chất 1,2-đicacbonyl Do ảnh hưởng qua lại giữa hai nhóm cacbonyl, hợp chất 1,2-đicacbonyl có khả năng phản ứng rất cao, đặc biệt là glioxal. Trừ một số hợp chất đicacbonyl thơm, như benzil, còn hầu hết các hợp chất 1 ,2 -đicacbonyl đều tham gia các phản ứng của hợp chất monocacbonyl như các phản ứng cộng (HCN, S 0 3HNa, ...), anđol hóa, ngưng tụ (hiđroxylamin, phenylhiđrazin, ...), ... Chúng cũng tham gia những phản ứng hóa học khác, đặc trưng cho hai nhóm cacbonyl ở kề bên nhau : a) Phản ứng Cannizzaro nội phân tử tạo thành a-hiđroxiaxit Thí dụ : C H O -C H O + H20 - H- - > H O -C H 2-C O O H Axit glioxylic CH3 - C O - C H O + h 20 — ■» CH3 - C H -C O O H 1 ỎH Axit lactic b) Phản ứng oxi hóa làm đứt liên kết giữa hai nhóm cacbonyl C H 3-C -C -C H 3 + H 20 2 ---------- > 2 C H 3-C -O H 01 01 0ì Butan-2,3-đion Axit axetic c) Chuyển vị benzilic Khi đun nóng benzil trong môi trường kiềm, sẽ xảy ra sự chuyển vị một nhóm C6H5 tạo thành axit a-hiđroxiđiphenylaxetic hay còn gọi là axit benzilic : c 6h 5 c 6h 5 õ h C6H5 - C - C - C 6H5 > C g H s -JC- ẹ- ệ--OỔ H ------------>■>CC66HH55-- ệệ -- CC . 11 hh ờì H ỈT.•Q• T” : 1 :•TỌ• 1 T 0 ÍỞ ỈÍỞ: Ỉ Ơ : c 6h 5 ô r c 6h 5 o h 1 _ /» u+ 1 _ / > c 6H5 - ẹ - c ' _ c 6h 5- ộ - c . : Ỏ•i• H 0V- ẢOuH o Axit benzilic Trong trường hợp các 1,2-đixeton vòng, phản ứng chuyển vị xảy ra cùng với sự thu nhỏ vòng : 0 l.K O H ị-— y O H o 2H+ > ^C O O H X ic lo h e x a n - 1,2-đion Axit 1-hiđroxixiclopentancacboxylic 66

d) Phản ứng ngưng tụ với dân xuất của amoniac Hợp chất 1,2-đicacbonyl ngưng tụ với hiđroxylamin có thể tạo thành mono- hoặc đioxim : c h 3- c = o + h 2n - o h c h 3- c = n - o h + h 2n - o h ch 3- c = n - o h c h 3- c = o - h20 c h 3- c = o —H2O c h 3- c = n - o h Đimetylglioxal Đimetylglioxim Tương tự như vậy, phản ứng ngưng tụ với phenylhiđrazin tạo thành mono- hoặc bis-phenylhiđrazon. Thông thường, người ta điều chế đimetylglioxim từ metyl etyl xeton theo sơ đồ dưới đây : CH3 —c = 0 + HONO CH3 —c = 0 +H2N-OH CH3 —C = N —OH CH3 -C H 2 - h 2° c h 3- c = n - o h —H2O c h 3- c = n - o h Đimetylglioxim có tnc 245°c, dễ dàng tạo phức màu hồng khó tan với ion niken (II), nên được dùng định lượng ion niken (II) với tên gọi thuốc thửChugaev. .,- H\\ ch3 sột sọ: h 3c ĩ I 1 Ni I „A n ' Xn A Tr h 3c II ch3 :Oí :ọ: \\ H 11.7.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu Glioxal, CHO - CHO, được điều chế từ paranđehit (oxi hóa bằng Se02) hoặc từ etan-l,2-điol (oxi hóa bằng oxi không khí, có mặt chất xúc tác đồng ở 250 - 300°C). Glioxal là chất lỏng, màu vàng có mùi hắc, sôi ở 50,4°c ; nó dễ trùng hợp thành polime không màu ; khi bị oxi hóa, glioxal chuyển thành axit glioxylic CHO - COOH hoặc axit oxalic HOOC - COOH. Metylglioxal, CH3COCHO, được điều chế bằng cách oxi hóa axeton nhờ Se02 hoặc oxim hóa nhóm metyl nhờ H N 02 rồi thuỷ phân. Metylglioxal là sản phẩm trung gian của sự trao đổi chất. Điaxetyl, CH 3 - C - C - C H 3 , sôi ở 88°c, có trong thành phần chất thơm của bơ. 00 Điaxetyl được điều chế từ butan-2-on hoặc từ axetoin (3-hiđroxibutan-2-on). 67

Benzỉl, - C - C - C fiH s , được điều chế bằng cách oxi hóa benzoin. Benzil là 0li 11 ỏ chất kết tinh màu vàng, nóng chảy ở 95°c. Khi khử benzil, tuỳ thuộc điều kiện phản ứng sẽ tạo thành những hợp chất khác nhau : 4H[Sn, HC1] - h 20 c 6h 5 —c —c —c 6h 5 6 H[Zn/Hg, HC1] Cf6iH^5 \\ c= c\\ / _ H 11 - 2H20 / 00 H C6H5 8 H(Ni) ■> c 6h 5- c h 2- c h 2- c 6h 5 h 70 11.8 Hợp chất 1,3-đicacbonyl Hợp chất 1,3-đicacbonyl cũng có thể là đianđehit, xetoanđehit hay đixeton. Thí dụ : o = c h - c h 2- c h = o c h 3- c o - c h 2- c h = o c h 3- c o - c h 2- c o - c h 3 Anđehit malonic Anđehit axetoaxetic Axetylaxeton (Propan-l,3-đial) (Pomylaxeton) (Pentan-2,4-đion) Nhóm metylen ở giữa hai nhóm cacbonyl có độ hoạt động hóa học rất cao làm cho các đianđehit hoặc xetoanđehit tự ngưng tụ và do đó rất khó phân lập chúng. 11.8.1 Tautome xeto-enol Đặc trưng nổi bật của các hợp chất 1,3 -đicacbonyl là hiện tượng tautome xeto-enol. Thí dụ axetylaxeton tồn tại ở dạng cacbonyl và dạng enol theo một cân bằng : CH3- C - C H 2 - C - C H 3 c h 3- c = c h - c - c h 3 Hì 00 1ĩ Dạng cacbonyl ÒH ỏ (20%) Dạng enol (80%) Tỉ lệ này thay đổi theo bản chất của dung môi, thí dụ dung dịch axetylaxeton trong hexan có tới 96% ở dạng enol. Đó là vì ở dạng enol của axetylaxeton có sự liên hợp và liên kết hiđro nội phân tử : CH3 c h 2 c h 3 ch3 ch ch3 cc cc ổồ 1ĩ 00 \\ H (96%) 68

Các dạng xeton và enol là các tautome, tức là các hợp chất đồng phân cấu tạo, tồn tại trơng một cân bằng mà vị trí của cân bằng được xác định trước hết bởi độ bền của các tautome. Trong trường hợp các anđehit và xeton đơn giản, dạng xeton thuận lợi hơn nhiều về nãng lượng so với dạng enol và cân bằng chuyển dịch mạnh về bên trái : CH3 - C - C H 3 ch2 = c - c h 3 ĩ ĩ 0 ỎH (99,9998%) (0,0002%) Enol có thể được phân lập ở dạng tinh khiết và chưng cất chân không trong dụng cụ thạch anh. Vị trí cân bằng xeto-enol cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và dung môi. Các axit và bazơ (thí dụ chất kiểm từ thuỷ tinh) đẩy nhanh sự thiết lập cân bằng. 11.8.2 Phương pháp điều chê Phương pháp quan trọng nhất dùng để điều chế các hợp chất 1 ,3-đicacbonyl là phản ứng ngưng tụ Claisen (1881) (x. thêm mục 14.7 và 14.12), khi đó xeton tương tác với este của axit cacboxylic trong sự có mặt của natri etylat hay natri amiđua. Thí dụ : CH3- C - C H 3 R0 > ỈCH2- C - C H 3 <— » c h 2= c - c h 3 lí - ROH lĩ 1_ :ỏ : :ỏ : :Ò: :ÕR :ÕR CH3- c : CH2- c - CH3------>CH3- c - CH2- c - CH3— ± C H 3- c - CH2- c - CH3 vr:ĩ0 : :0!: ^r:ĩ0••-: :0ì: -R0 :Oìỉ : 0ì: Phản ứng ngưng tụ của xeton với este của axit fomic sẽ tạo thành 1 ,3 -xetoanđehit. 11.8.3 Các phản ứng của hợp chất 1,3-đicacbonyl Tính chất hóa học của những hợp chất này phụ thuộc chủ yếu vào sự tautome hóa xeto-enol. Cùng với những phản ứng điển hình của nhóm cacbonyl c = o , còn có phản ứng của liên kết đôi c = c (thí dụ cộng brom) và các tính chất của nhóm o - H. a) Tính axit và sự tạo phức Hợp chất 1,3 -đicacbonyl là những axit c - H mạnh hơn các anđehit và xeton thông thường và còn mạnh hơn các hợp chất 1 ,2 -đicacbonyl, bởi vì các bazơ liên hợp của chúng được bền hóa nhờ sự cộng hưởng : CH3 c h c h 3 *— > CH3 c h c h 3 *— > CH3 c h c h 3 cc cc cc _T ĩ ĩĩ ĩ ĩ_ : 0• •: :O t :0: :0: : 0 : :•0• : Thí dụ, axetylaxeton có pKa = 9,0 ; nó tan trong kiềm và phản ứng với natri. 69

Các hợp chất 1,3-đicacbonyl là những phối tử đa ch3 ^ q j ^ch3 chức, có thể phản ứng với muối của các kim loại đa hóa cc trị (Cu2+, Ni2+, Fe2+,...) tạo thành phức chelat {phức :0I :0I : vòng càng) bền, tan được trong các dung môi hữu cơ như ete, benzen, clorofom và có thể chưng cất được ở Cu áp suất thường mà không bị phân huỷ. Thí dụ đồng /\\ axetylaxetonat có màu xanh, ít tan trong nước. :0 : 0 : Phản ứng tạo phức được dùng trong hóa học / c^ / c\\ phân tích. CH, CH CH b) Phản ứng ankyl hóa Các bazơ liên hợp của 1 , 3 - đ i c a c b o n y l , khi tương tác với ankyl halogenua có thể bị ankyl hóa ở nguyên tử oxi hoặc ở nguyên tử cacbon : CH3 c h c h 3 CH3 ^ c h\\ _ CH cc ------- > cc . I II :0: :0 : :0 : :0 : I CHV3 / c sh c h 3J R-X R cc :0 : :0: -X \" R I ch3 ch ch3 ------- > cc :0ĩ : :0ĩ : 11.8.4 Giới thiệu các chất tiêu biểu Anđehit malonic, OHC - CH2 - CHO, được điều chế bằng cách thuỷ phân 3-điankylaminopropenal : r 2n - c h = c h - c h o H ,0 + - r 2n h Anđehit malonic là những tinh thể hình kim dễ hút ẩm, nóng chảy ở 72 - 74°c và rất không bền. Anđehit axetoaxetic, CH3COCH2CHO, được điều chế bằng phản ứng ngưng tụ Claisen của axeton với este của axit fomic. Là chất lỏng, sôi ở 100°c, gần như chỉ tồn tại ở dạng enol. Nó có thể tự ngưng tụ thành l,3,5-triaxetylbenzen : CH3 c h 3 1

Axetylaxeton, CH3COCH?COCH3, được điều chế bằng phản ứng ngưng íụ Claisen của anhiđrit axetic với axeton, trong sự có mặt của bo triílorua : (CH3C 0 )20 + CH3COCH3 ----- ^ -----> CH3COCH2COCH3 JL J J - C H 3COOH 3 2 5 Axetylaxeton là chất lỏng không màu, mùi dễ chịu, sôi ở 140°c. 11.9 Hợp chất 1,4-đicacbonyl Các hợp chất 1,4-đicacbonyl có công thức chung : I IR - C - C H 2 - C H 2- C - R ' 0 0 Thí dụ : CH3 - CO - CH2 - CH2 - c o - CH3 o = C H - CH2- CH2- C H = o Axetonylaxeton (Hexan-2,5-đion) Anđehit sucxinic (Butan-1,4-đial) Hợp chất 1,4-đicacbonyl có thể được điều chế bằng tất cả các phương pháp thường được dùng đối với anđehit và xeton. Tính chất đặc trưng của chúng là có thể đóng vòng thành những dị vòng như furan, thiophen, pyrol,... Thí dụ : H2C - C H 2 ị HC-CH \\ / c —CH3 nh3 H3C - C C -C H 3 H3C - C V rể —— 3 \\/ 3 oo NH Hexan-2,5-đion 2,5-Đimetylpyrol Anđehit o-phtalic là hợp chất 1,4-đicacbonyl thơm tiêu biểu nhất, nó có thể tham gia phản ứng Cannizzaro nội phân tử (tương tự glioxal) tạo thành hiđroxi axit, nhưng không thể phân lập axit này được vì nó chuyển ngay thành lacton : 0 - CHO Q /C H 20H r Y Cf o V ^ CH0 ^^C O O H 2 Anđehit o-phtalic 11 0 Lacton 11.10 Hợp chất tricacbonyl Tính chất hóa học của các hợp chất tricacbonyl nói chung không có gì đặc biệt, trừ trường hợp banhóm cacbonyl ở liền nhaunhư trong điphenyltrixeton, làm chonhóm cacbonyl ởgiữa có khả năng phản ứng rất cao.Chẳnghạn, với sự có mặt của chất xúc tác axit như AICI3, nó bị tách đi một nhóm cacbonyl thành hợp chất đicacbonyl, hoặc dễ dàng cộng một phân tử nước thành monohiđrat: 71

ọọọ ( y lX l- Q Điphenyltrixeton Hiđrat của trixetohiđrinđen bền, được dùng làm thuốc thử đạc trưng để phát hiện a-amino axit với tên gọi ninhidrin : oo H ,0 Trixetohiđrinđen o Ninhiđrin HỢP CHẤT CACBONYL KHÔNG NO Trong phân tử hợp chất cacbonyl không no, hai nối đôi c = o và c = c có thể ở biệt lập nhau (cách nhau ít nhất hai nối đơn), liền nhau (dạng alen hay cumulen) hoặc liên hợp với nhau (cách nhau bằng một nối đơn). Loại thứ nhất (các nối đôi biệt lập) được điều chế bằng những phương pháp thông thường đã áp dụng cho hợp chất monocacbonyl. Tính chất hóa học của các hợp chất thuộc loại này là tập hợp các tính chất của hợp chất monocacbonyl và của monoolefin. Loại thứ hai và thứ ba có nhiều đặc tính hóa học riêng biệt do ảnh hưởng qua lạigiữa hai nhóm c = o và c = c. Những hợp chất thuộc hai loại đó được gọi là xeten (hai nối đôi liền nhau) và hợp chất cacbonyl a , P-không no (hai nối đôi liên hợp). ^/ C =_ C 1= 0 /^C =1 C 1- C = 0 Xeten Hợp chất cacbonyl a,P-không no 11.11 Xeten Xeten là những hợp chất có nhóm không no c = c = o. Dưới đây dẫn ra côngthức của xeten đơn giản nhất và một vài dẫn xuất của nó : c h 2= c = o r-ch = c = o Rv 2 \"c= c= o Anđoxeten Xeten R với R : ankyl, aryl. Xetoxeten Ngay từ khi được Staudinger tìm ra (1905), xeten đã trở thành nguyên liệu quý trong tổng hợp hữu cơ. 72

1 1 .1 1 . 1 Phương pháp điều chê Phương pháp kinh điển để điều chế xeten là đehalogen hóa a-halogenaxyl halogenua : (CH3)2C - C = 0 + Zn ------ > (CH3)2C = C = 0 + ZnBr2 Br Br Đimetylxeten hoặc đehiđrohalogen hóa các axyl halogenua với sự có mặt của amin bậc ba : c h 3- c h 2- c \" R3N c h 3- c h = c = o +- C1 —> Metylxeten + R3NH C1 11.11.2 Cấu tạo và tính chất Sự có mạt của nhóm c = c = o trong phân tử làm cho xeten có những tính chất khác biệt so với các loại hợp chất cacbonyl khác. Chẳng hạn, axetanđehit và axeton là những chất không màu thì đimetylxeten có màu vàng ; trong khi các hợp chất cacbonyl no có momen lưỡng cực khoảng 2,7 D và phương của momen hướng về nguyên tử oxi, thì momen lưỡng cực của xeten chỉ bằng 1,4 D với phương ngược lại. h 3c ^ ’ 'c =0 'c = c = o h 3c h H------------- - --------------- h 2,78 D 1,45 D Sự đổi phương và giảm giá trị momen lưỡng cực ở xeten so với hợp chất cacbonyl thông thường chứng tỏ trong phân tử xeten có sự liên hợp giữa obitan n của liên kết c = c với obitan p của nguyên tử oxi : 'c = c = ồ H Phân tử xeten có sự liên hợp như trên là vì trục của obitan p thẳng góc với trục nối hai nguyên tử cacbon - cacbon và ở trên mặt phẳng trùng với mặt phẳng 7T của liên kết (x. hình 1 1 .8). Hình 11.8 Cấu trúc phản tửxeten Chính do sự liên hợp nói trên, nhóm c = o rất kém hoạt động và hầu như không biến đổi trong nhiều phản ứng hóa học, còn nhóm c = c ngược lại, có khả nãng phản ứng rất cao, đặc biệt là có thể tác dụng với các tác nhân electrophin cũng như tác nhân nucleophin. 73

Đối với một nối đôi biệt lập, phản ứng cộng electrophin là bình thường, còn phản ứng cộng nucleophin thường rất khó xảy ra. Vì vậy, sự dề dàng cộng tác nhân nucleophin vào liên kết c = c của xeten có thể do độ âm điện rất cao của nguyên tử cacbon ở giữa gây nên. Các phản ứng cộng của xeten có thể được phân làm hai loại chính : axyl hóa và cộng hợp đóng vòng. a) Phản ứng cộng tạo thành dẫn xuất axyl Xeten là tác nhân axyl hóa mạnh đối với các hợp chất kiểu ROH và RNH2. CHo = C = 0 H20 C H 3-C -0H ROH 10 RCOOH NH- C H 3-C -0R ~ì 0 CH3- C - 0 - C - R 01 0! CH3- C - N H 2 01 Đáng chú ý là xeten cũng phản ứng với các hợp chất cacbonyl có khả năng enol hóa, để tạo thành các axetat của e n o l: C H 3-C -C H 3 + c h 2= c = o H+ -> c h 2 = c - c h 3 1 1 0 ÓCOCH3 Xeten cũng biểu lộ các tính chất điển hình của hợp chất không no. Thí dụ phản ứng cộng brom tạo thành a-bromaxyl bromua hoặc cộng hợp hiđro halogenua tạo thành axyl halogenua : CHt= C = 0 Br2 Br —CH2 —c —Br 1 0 HBr C H i—c —Br o b) Phản ứng cộng hợp đóng vòng Xeten dễ dàng phản ứng với các hợp chất không no tạo thành những hợp chất vòng bốn cạnh. Thí dụ : CH2 +c o I 0 74

c 6h 5 CH c 6h 5\\ o 1 ĩ NI- N c II + II / N- N 0 c6h5 1 QH5 Riêng phản ứng cộng đicloxeten vào xiclopentađien là giai đoạn đầu của phản ứng tổng hợp tropolon : CC12 C1 H ,0 1 C1 -2HC1 +c Vo 1 0 7,7-Điclobixiclo [3.2.0] hept-2-en-6-on Tropolon 11.11.3 Giói thiệu các chất tiêu biểu Xeten, CH2 = c = o được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách nhiệt phân axeton ở 750°c: CH3 - C - C H 3 750°c c h 2= c = o + ch4 1 Xeten 0 Liên kết c - c trong axeton kém bền nhất, ở 750°c, xeton bị phân mảnh thành gốc metyl và gốc a x e ty l: CH3 - C - C H 3 — > c h 3c * + * c h 3 — > c h 2 = c = o + ch4 11 00 Trong công nghiệp, người ta tổng hợp xeten bằng cách nhiệt phân axit axetic : CH3- C - O H AIPO4 CHt= C = 0 Ui O 1 0 700°c Xeten là chất khí không màu, độc, sôi ở - 41°c. Nó bền ở -8 0 °c ; ở nhiệt độ cao hơn, nó đime hóa thành đixeten : 2CH2= C = 0 ------ > CH2= C ---- o cI h 2 - c1= o Đixeten Đixeten là chất lỏng không màu, có mùi hắc, sôi ở 127°c. Đun nóng đến 500 - 600°c nó bị phân huỷ thành xeten. Đixeten được dùng điều chế các dẫn xuất của axit axetoaxetic. Khảo sát bằng phổ NMR cho thấy rằng trong phân tử đixeten có hai nhóm CH2. Hiđro hóa xeten tạo ra P-butyrolacton (I), brom hóa xeten tạo ra CH2Br - c o - CH2 - COBr, còn khi cho tác dụng với CH3OD sẽ thu được CH2D - c o - CH2 - COOCH3. 75

Những dữ kiện đó cho phép suy ra công thức cấu tạo của đixeten là một vòng (3-lacton (I I): CH3—CH— o CH2= C ---- o T1 11 ch2- c = o ch 2- c = o (I) (II) Điphenylxeten, được tạo thành từ azibenzil nhờ phản ứng chuyển v ị : c 6h 5x / qh5 C6H5x c-c' —> /C=C=0 ,N o C6H5 # N Điphenylxeten Azibenzil Điphenylxeten là chất lỏng, màu da cam, sôi ở 34°c, nó có thể được chưng cất chân không mà không bị phân huỷ. Khác với xeten, điphenylxeten không bị polime hóa. 11.12 Hợp chất cacbonyl a , P-không no 11.12.1 Phương pháp điều chê Phương pháp tổng quát nhất để điều chế hợp chất cacbonyl a , P-không no là ngưng tụ croton. Sự có mặt của nối đối c = c liên hợp với nhóm c = o gây nên những biến đổi quan trọng đến một số tính chất vật lí của hợp chất cacbonyl. Chẳng hạn, momen lưỡng cực của acrolein lớn hơn của propanal: CH3CH2CHO c h 2= c h - c h o n = 2,7 D H= 3,0D Phổ tử ngoại của các hợp chất cacbonyl không no liên hợp khác với phổ của các hợp chất cacbonyl no tương ứng, chúng hấp thụ ở bước sóng cực đại dài hơn và hệ số tắt cực đại cũng lớn hơn (x. Tập 1, mục 7.4). Trên phổ hồng ngoại của hợp chất cacbonyl a, p-không no, sự có mặt của nối đôi c = c không những biểu hiện ở tần số đặc trưng Yc=c mà còn làm cho tần số dao động của nhóm c = o ( Yc= o ) giảm đi. Xét tỷ lệ cường độ hấp thụ của hai cực đại Yc= o và Yc=c của một hợp chất cacbonyl, người ta có thể rút ra kết luận về hợp chất đó ở dạng syn hay anti. 11.12.2 Tính chất hóa học 4 32 1 Đối với hệ các liên kết c = C - C = o của hợp chất cacbonyl a , ị3-không no, có ba loại phản ứng cộng tuỳ theo vị trí kết hợp tác nhân phản ứng vào hệ : phản ứng cộng 1 ,2 , phản ứng cộng 3,4 và phản ứng cộng 1,4. Phản ứng nào sẽ ưu tiên hơn cả, điều đó phụ thuộc bản chất của tác nhân cũng như cấu tạo của hợp chất cacbonyl và các điều kiện phản ứng. 76

a) Phản ứng của ricng nhóm c = c : cộng 3,4 Phản ứng kh ử : Dùng hỗn hống natri trong nước, kẽm trong axit axetic, người ta có thể khử hợp chất cacbonyl không no thành hợp chất cacbonyl no. Thí dụ : c 6h 5- c h = c h - c o - c h 3 c 6h 5- c h 2- c h 2- c o - c h 3 Phản ứng Đ inxơ - A nđơ (Diels - Alder) : Acrolein, metyl vinyl xeton,... được dùng làm chất đienophin trong tổng hợp đien. Thí dụ : H2 „ H2 c c \\ ^0 HcO C H -C \" HC C H -C : 1 +ĩ H ----- > ì 1H HC^f> CH2 H C CH2 c -c / h2 h2 Butađien Xiclohex-3-enylfomanđehit b) Phản ứng của riêng nhóm c = o : cộng 1,2 Acrolein có thể phản ứng với HCN và CH3MgBr theo sơ đồ sau : CH2 = C H -C H = 0 /O H + HCN ------> CH2 = C H - C H \" CN Nhóm cacbonyl có thể bị khử hoặc oxi hóa mà vẫn giữ nguyên nối đôi c = c : c h 3- c h = c h - c h = o L1AIH4 hoặc C Hj ì - C H = C H - C Hí 2OH A71(707-^/--C737H777)73 > CH2= C H - C H = 0 + Ag20 ------> CH2= C H -C O O H + 2 A g ị c) Phản ứng cộng 1,4 Hiđro bromua tác dụng với hợp chất cacbonyl theo kiểu 1,4 sinh ra enol, nhưng enol không bền nên dễ đồng phân hóa thành hợp chất no là sản phẩm cộng 3,4. Thí dụ : + c h 2= c h - c h = o + H + — > c'-h---2------c---h-------c- ' - oh h B r-C H 2-C H 2-C H = 0 J Br\" <------ Br - CH2 - C H = CH - OH Hiđro xianua và natri bisuníit cũng tham gia phản ứng tương tự hiđro bromua. Tuy nhiên, những phản ứng cộng 1,4 như thế thường xảy ra ở các xeton a , P-không no nhiều hơn, còn ở anđehit a , P-không no phản ứng cộng 1,2 chiếm ưu thế, vì anđehit có hoạt tính hóa học cao. d) Phản ứng với hợp chất có nitơ tạo thành hợp chất dị vòng Anđehit và xeton a , p-không no tác dụng với hiđrazin qua nhiều giai đoạn cộng 1,2 và 1,4 tạo thành những dị vòng pyrazolin. Thí dụ : 77

h 2n - n h 2 h 3-Phenylpyrazolin Acrolein ngưng tụ với anilin trong dung môi nitrobenzen có mặt H2S04 tạo ra dị vòng quinolin : a O=CH .„ < Q ,h sn o 2 n h 22 II h 2 H2S° 4 c Tương tự như vậy, anđehit crotonic phản ứng với anilin sinh ra a-metylquinolin. 11.12.3 Giới thiệu các chất tiêu biểu Acrolein (Propenal), CH2= CH - CHO, được tạo thành khi chưng glyxerol với H2S 0 4 đặc hoặc KHSO4. Phản ứng nảy cũng xảy ra khi nhiệt phânmỡ động v ậ t: CH2 - C H - C H 2 ——» CH2 - C H = C H < = > CH2 - C H 2C H O —--> CH2 = C H -C H O 11 1 - H 2o 1 2 1 Ị2 2 - H 2o 2 ỎH OH ÒH ỎH ỎH ÓH Trong công nghiệp người ta điều chế acrolein bằng cách oxi hóa propen hoặc ngưng tụ fomanđehit với axetanđehit. Đáng chú ý là các ancol có chứa nhóm chức ancol bậc một ở bên cạnh nối đôi có thể được oxi hóa đến anđehit nhờ mangan đioxit mới điều c h ế : 2K M n04 + 3M nS 04 + 4N a0H ------> 5M n02 + K 2S 0 4 + 2N a2S 0 4 Sơ đồ phản ứng chung : M n02 \\/ /C=cC CH2OH 25 c /C=cC c -H I0 Thí dụ : CH2 = C H -C H 2OH ^ 2> CH2 = C H -C H O Acrolein Acrolein là chất lỏng linh động, tan trong nước, sôi ở 25°c, có mùi xốc và làm cay mắt. Khi có bazơ làm xúc tác, acrolein có thể cộng một phân tử etyl malonat (hợp chất có nhóm metylen linh động) tạo ra sản phẩm no (phản ứng M aicơn):

H5C2OOC ^ 0 H5C2O O C \\ _ _ _ CH, + CHo = CH —c r — » ' ^ c h - c h 2- c h 2- c ^ h 5c 2o o c h h 5c 2o o c h Acrolein rất dễ trùng hợp, ngay cả khi mới điều chế ra. A nđehit xinam ic. C6H5 - CH = CH - CHO, là chất lỏng, sôi ở 252°c, có trong dầu quế (thành phần chính), là chất gây nên mùi thơm của dầu này. Anđehit xinamic được điều chế từ benzanđehit và axetanđehit. Chancon (benzalaxetophenon hay 13-điphenylpropenon), QH5 - CH = CH - c o - C6 H5 là chất rắn màu vàng nhạt, tnc 58°c, ts 345°c, được điều chế bằng cách ngưng tụ benzanđehit với axetophenon. Propacgylanđehit hay propinal, CH = c - CHO, là hợp chất cacbonyl có nối ba đơn giản nhất, có ts 61°c. Propinal có thể được điều chế bằng cách cho etinyl magie bromua tác dụng với etyl orthofom iat: HC = C -M g B r + H -C (O C 2H5)3 - » HC = C -C H (O C 2H5)2 + C2H5OMgBr HC = c —CH(OC2H5)2 + H20 - ■» HC = c —CHO + 2 C2H5OH Propinal cũng được điều chế bằng cách cho mononatri axetilua tác dụng với etyl íòm iat: o H HC = CNa + H - C * HC = c —c —ONa +H2°> HC = C -C H O OC2H: I ỎC2H; 11.13 Quìnon Khi oxi hóa một số điphenol ta được những đixeton loại vòng, liên hợp gọi chung là quinon. 1,4-Benzoquinon l,2-Benzoquinon (/?-Benzoquinon) (ơ-Benzoquinon) tn„ 116°c Phân hủy ở 60°c 9,10-Antraquinon 9 ,10-Phenantroquinon tnr* 80°c tnc 208°c 7- HHCT2 79

Hệ các nối đôi trong phân tử quinon được gọi là nhóm quinoit: p-quinoit ỡ-quinoit Quinoit là nhóm mang màu, đặc trưng cho nhiều phẩm nhuộm. Các benzoquinon được điều chế bằng cách oxi hóa đihiđroxibenzen. Oxi hóa hiđroquinon bằng axit cromic ta được p-benzoquinon : OH o + o [K2Cr20 7 + H2S 0 4] o - h 20 OH còn khi oxi hóa pirocatechol bằng bạc oxit thì được ỡ-benzoquinon : OH + Ag20 2Ag, - H20 ờ” p-Benzoquinon cũng được điều chế bằng cách oxi hóa anilin nhờ axit cromic : NHOH [0] H ,0 [0 ] Phenylhiđroxylamin Monoquinonimin Benzoquinon có cấu tạo của một hợp chất cacbonyl a, p-không no, trong đó các nối đôi c = c và c = o tương đối biệt lập và mức độ thăng bằng các liên kết trong phân tử quinon tương đối thấp, không giống trong phân tử benzen. Do đó quinon có những tính chất của nhóm cacbonyl và của nối đôi riêng rẽ, đồng thời cũng có những phản ứng đặc trưng cho hệ liên hợp. Quinon thuộc loại hợp chất có khả năng phản ứng cao, dễ dàng bị khử hóa trở lại thành đihiđroxibenzen. Nhiều ancol, amin bậc một và bậc hai, các axit vô cơ và axit hữu cơ... tác dụng với p-benzoquinon, tương tự như với xeton a , (3-không no tạo ra các dẫn xuất của hiđroquinon. Thí dụ : o o OH H C1 C1 0<------ H 80

Một số dẫn xuất của p-quinon có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hóa. Thí dụ các vitamin nhóm K : vitamin K| (philoquinon) và vitamin K2 (íacnoquinon): o CH3 ch3 CH 1 c h 2c h = c - c h 2 - \\ c h 2c h 2c h c h 2 [H Vitamin K| (Philoquinon) ch3 CH3 . CHj / c h 2c h = c - c h 2 - \\ c h 2c h = c - c h 2/ 2h Vitamin K2 (Facnoquinon) Vitamin K] là chất dầu vàng nhạt, có trong cây xanh, còn vitamin K2 là những tinh thể màu vàng có trong vi khuẩn đường ruột và trong cá. Vitamin Kị và vitamin K2 đều có tác dụng cầm máu. Chúng đều là dẫn xuất của naphtoquinon và chỉ khác nhau ở phần mạch nhánh. Lý thú là mạch nhánh của vitamin K không có vai trò trong tác dụng cầm máu, bởi vì 2-metyl-l,4-naphtoquinon tổng hợp có hoạt tính cầm máu tương đương vitamin K khi tính theo 1 mol. o CH3 2-M etyl-1,4-naphtoquinon (Menađion) OXIM Oxinì là dẫn xuất ở nhóm chức của hợp chất cacbonyl với các công thức chung : R _ C = N -O H C = N -O H H R' Anđoxim Xetoxim Oxim được điều chế bằng cách cho hợp chất cacbonyl tác dụng với hiđroxylamin (x. mục 11.3.4). 11.14 Đồng phân lập thể của oxim Oxim của các anđehit, nhất là các anđehit thom, có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân hình học : dạng syn và dạng anti. Dạng syn là dạng có nhóm OH ở cùng phía với nguyên tử hiđro liên kết với cacbon trong nhóm c = N, còn dạng anti có cấu hình đối lại. Thí dụ : 81

c 6h 5 - c - h c 6h 5 —c — h N -O H H O —N •syn-Benzanđoxim a«/i-Benzanđoxim t•„n,c 35°c t„c 130°c Hai dạng syn và anti có độ bền khác nhau. Sản phẩm ngưng tụ benzanđehit với hiđroxylamin trong môi trường có dư kiềm là 5>'A7-benzanđoxim. Đồng phân này bền trong môi trường kiềm, nhưng khi có tác dụng của axit nó chuyển thành đồng phân anti. Oxim của các xeton không đối xứng R - c o - R ’ cũng tồn tại ở hai dạng syn và anti. Khi cho hiđroxylamin tác dụng với phenyl o-tolylxeton ta được hai dạng oxim : o- c h 3- c 6h 4- c - c 6h 5 o - c h 3- c 6h 4- c - c 6h 5 N -O H H O —N 5_yn-Phenyl-o-tolylxetoxim ứ/i/í-Phenyl-o-tolylxetoxim Tương tự như vậy, benzil có thể tạo ra hai dạng monoxim : c 6h 5 - c - CO - c 6h 5 c 6h 5 - c - c o - c 6h 5 H O —N N -O H tnc 137 c tncll3'’C Ngoài ra benzil cũng có thể tạo ra đioxim, gồm ba dạng đồng phân hình học : c 6h 5 - c - c - c 6h 5 c 6h 5- c ---------------- c - c 6h 5 c 6h 5- c -----------c - c 6h 5 ì II ì 11 Ẳ _11 H O -N N -O H N -O H H O -N H O -N H O -N Dạng anti Dạng syn Dạng ampìu (tnc 206 C) ( t „ c 165 C ) (tnc237°C) Việc xác định cấu hình syn và anti của các oxim có thể dựa vào các giá trị momen lưỡng cực, đồng thời cũng có thể áp dụng các phương pháp hóa học. Chẳng hạn, để xác định cấu hình của 2-brom-5-nitroaxetophenoxim, ta cho nó tác dụng với kiềm ; khi đó chỉ có một dạng tham gia phản ứng đóng vòng : 0,N CH OoN c II HO' Br HO N - HBr 0 2N ^ ^ CH HO c không đóng vòng II N\\ OH Cấu hình của nhiều xetoxim được xác định bằng cách nghiên cứu phản ứng chuyển vị (x. mục 11.15.3). 82

11.15 Phản ứng của oxim 11.15.1 Phản ứng với axit và bazơ Các oxim có tính lưỡng tính yếu : chúng có thể phản ứng với kiềm tạo ra oximat, hoặc tác dụng với axit (khan) tạo ra muối oxim oni: R -C -R ' R -C -R ’ «+ «+ N - O Na H - N - O H C1 Natri oximat Oximoni clorua Khi đun với dung dịch axit vô cơ trong nước, oxim bị thuỷ phân trở thành hợp chất cacbonyl ban đầu và hiđroxylamin : R ^ C = N - O H + H20 \"c = 0 + H2N - O H R’ 11.15.2 Các phản ứng ankyl hóa và axyl hóa Oxim tác dụng với metyl iođua trong môi trường trung tính tạo ra dẫn xuất N -m etyl: + Rx 5+ 6- _ /C H ; /C H 3 C=N + C H ,-I > =< r ——> C=N R,x ^O H R OH ~ HI R '^ Nhưng ở môi trường kiềm phản ứng metyl hóa lại xảy ra ở nguyên tử o x i: R\\ HO~ R\\ C H 3I R\\ R’> = N - OH R’ 0\" R’, > = N - OCH3 Phản ứng của xetoxim với anhiđrit axetic tạo thành dẫn xuất O -axetỳl: C=N + (CH3C 0 )20 ------> / C = N ^ + CH3COOH R,x OH R’ OCOCH3 Còn phản ứng giữa anđoxim với anhiđrit axetic thường không dừng ở giai đoạn tạo thành dẫn xuất O-axetyl mà tạo ngay ra nitrin : RCH=NOH + (CH3C 0 )20 _ CHjCO-o S > RCH=NOCOCH3 „ CHjCOOH> R C - N Anđoxim Nitrin 11.15.3 Sự chuyển vị Becman (Beckmann, 1886) Chuyển vị Becman là quá trình chuyển hóa xetoxim thành amit th ế : R. HSO NH—R C=N R '- < R '^ ^O H o Xetoxim Amit thế 83