Hóa học các hợp chất dị vòng dùng cho sinh viên học viên cao học và nghiên cứu s

:ghiên cứu sin GS. NGUYEN MINH THAO 4S fo -oj- seneh” Te al HOA HOC CAC HOP CHAT Di VONG (Dung cho Sinh vién, Hoc vién cao hoc và Nghiên cứu sinh ngành Hoá học) (Tái bản lân thứ nhất) - re = , ĐẠI HỌC HỎNG ĐỨC TRUNG TAM. THGAG THY MEY VEEN NHA XUAT BAN GIAO DUC Hipiy MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của hóa học hữu cơ nói chung, từ lâu hóa học các hợp chất dị vòng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành khoa học, kĩ thuật, cũng như trong đời sống. Nhưng chỉ trong khoảng vài chục năm trở lại đây nó mới được phát triển một cách mạnh mẽ và được nghiên cứu một cách hệ thống, đây đủ và chỉ tiết trên cơ sở tri thức khoa học hiện đại.

Ngày nay, số các hợp chất dị vòng được tổng hợp và nghiên cứu đã vượt quá xa số các hợp chất không vòng và vòng cacbon. Thực tế hàng năm số công trình về các hợp chất dị vòng đã chiếm hơn nửa tổng số các công trình về hóa hữu cơ nói chung được công bố trong các tạp chí chính thức trên thế giới. Chính vì vậy mà "Hóa học các hợp chất đị vòng" đã trở thành một môn học quan trọng, không thể thiếu được đối với các nhà hóa học hữu cơ, đặc biệt đối với những người làm việc trong các lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, hóa dược, sản xuất phẩm nhuộm, hóa thực vật, hóa sinh và nghiên cứu các hợp chất có hoạt tính sinh học. Để giúp cho nghiên cứu sinh, sinh viên thuộc chuyên ngành hóa học hữu cơ, cũng như tất cả những ai quan tâm có tài liệu học tập, nghiên cứu và tham khảo, chúng tôi biên soạn và cho xuất bản cuốn giáo trình "Hóa học các hợp chất đị vòng" này.

Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã tham khảo chương trình và giáo trình của nhiều nước và nhiều tác giả, cố gắng đưa các thành tựu mới và những hiểu biết mới vào giáo trình nhằm đảm bảo tính khoa học, hiện đại và sát với mục tiêu đào tạo hiện nay. Tuy nhiên, trong lần xuất bản đầu chắc chắn không tránh được các thiếu sót. Tác giả mong nhận được nhiều ý kiến nhận xét, phê bình và đóng góp của các bạn đồng nghiệp và bạn đọc nói chung để lần xuất bản sau hoàn thiện hơn. TÁC GIẢ Chương một ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG I- ĐỊNH NGHĨA, CÁCH GỌI TÊN VÀ ĐÁNH SỐ 1.

Định nghĩa Như chúng ta đã biết, các nguyên tố không phải là cacbon có các nguyên tử trong bộ khung phân tử chất hữu cơ được goi chung 1a di 16. Thí dụ: oxi, lưu huỳnh hay nitơ,. Thông thường người ta gọi các hợp chất di vòng là các hợp chất hữu cơ mà phân tử của chúng có cấu tạo vòng kín và trong vòng có chứa một hay nhiêu dị tố. Trong thực tế, có một số hợp chất hữu cơ mặc dù cũng thoả mãn định nghĩa trên nhưng lại không được xếp vào dãy các hợp chất dị vòng.

Thí dụ: etilen oxit, anhidrit sucxinic, anhidrit phtalic, phtalimit, y-lacton, các lactam vòng kín,. Các hợp chất này dễ bị vỡ vòng, không bền vững dưới tác dụng của nhiệt hay tác nhân oxi hóa và hoàn toàn không biểu lộ tính thơm. Vì vậy, một cách tương ứng chúng chỉ được coi như dẫn xuất của etilen glicol, axit sucxinic, axit orthophtalic, các axit y-halogen cacboxylic và œ-aminohexanoïc,. HOCH;-CH;OH my cooH Glicol CHạ-COOH : Axil sucxinic 2 COOH | |.

: Axit o-phtalic CH;ạ-CH on ° ' 242 a ⁄ NY | »» ae O ⁄ 5 O Etilenoxit CH2-C : co o Anhidrit sucxinic Anhidrit phtalic CI-CH;-CH;-CH;-COOH HạN-(CH;)sCOOH axit y-clobutyric : axit 0-aminohexanoic 0 bo? So Co y-lacton + @-aminocaprolactam Vậy các hợp chất dị vòng mà chúng ta nghiên cứu ở đây là các hợp chất hữu cơ mà phán rử của chúng có cấu tao vòng kín, có chứa một hay nhiều dị tố trong vòng, có tính bên tương đối dưới tác dụng của nhiệt hay tác nhân oxi hóa và có tính thơm ở mức độ nhất định. Ngoài ra, các dẫn xuất polihidro hay các chất vòng no tương ứng của chúng cũng được xếp vào dãy các hợp chất dị vòng. Cách gọi tên 1. Cách gọi tên thông thường Cũng như các hợp chất hữu cơ nói chung, tên thông thường của các hợp chất dị vòng được hình thành dựa trên tính chất đặc thù, phương pháp chế tạo, nguồn gốc thiên nhiên hay xuất sứ lịch sử của chúng.

Chẳng hạn, "furan" là tên dị vòng thơm 5 cạnh chứa một dị tố oxi. Tên gọi này được xuất phát từ tiếng Hy-Lạp "furfur" nghĩa là "cám". Sở dĩ như vậy vì furan có thể nhận được từ furfural mà furfural lại được điều chế từ sự thủy phân "cám" i. ngô, vỏ trấu, vỏ hạt hay thân cây lau sậy khác.

at [ ] Bột lõi ngô ————> 0” ~CHO furfural furan I ] oO Trong thực tế, rất nhiều các hợp chất dị vòng đơn giản khác đều được gọi bằng tên thông thường như: Pirol, Thiophen, Inđol, cacbazol. Imiđazol, Piriđin, Piriđazin, Quinolin, Acriđin,. Cách gọi tên hệ thống Cách gọi tên hệ thống cho ta quy tắc chung để gọi tên một cách chính xác và dễ hiểu tất cả các = di i vong. Tên a theo hé thong được .h dựng bằng có cách a sa - cơ bản nói lên sca ul, age ndi lén mitc dé bdo_hoa cia HÔNG.

Bảng dưới đây hệ thống cho ta những từ cơ bản và các tiếp vĩ ngữ trong tên gọi của các dị vòng từ:ba đến mười cạnh. Những tiếp đầu ngữ ghép vào các từ trên để chỉ tên các dị tố là: oxa - chỉ oxi, £hia - chỉ lưu huỳnh, zza - chỉ nitơ, selena - chỉ selen,. Ngoài ra để nói lên số lượng các dị tố cùng tên trong vòng người ta còn ghép thêm vào tiếp đầu ngữ trên các-t chỉ số lượng như đi-, tri-, tetra-,. Km đị lo chứa hai hay nhiều dị tố khác nhau thì TÊN, đầu nat oak bat dau tit di 4.

Nhu vay ay thứ tụ tự gọi tên phải sa, S, Se, Te, N, P, As, ‘Sb, , Si, Sn, } Pb, ›b, Hg,. Số cạnh | Từ cơ Từ cơ bản và tiếp vĩ ngữ. ng | Hân - Vòng chứa nitơ Vòng không chứa nitơ chưa bão hòa * bão hòa chưa bão hòa * Bão hòa 3 -ir- -irin -iridin -iren -iran 4 -et- -et -etiđin -et -etan 5 -ol- -ol -olidin -ol -olan 6 -in- -in ala -in. -an 7 -ep- -epin =e -epin -epan 8 -ok- -okin #5 -okin -okan 9 -on- -onin ae -onin onan 10 -ek- -ekin.

Xa -ekin -ekan ` * Chưa bão hòa nghĩa là ứng với số nối đôi lớn nhất có thể có trong vòng. ** Thêm "pehiđro" vào từ cơ bản và tiếp vĩ ngữ của các hợp chất chưa bão hòa tương ứng. Tiếp vĩ ngữ thay đổi để chỉ mức độ bão hòa của vòng. Chẳng hạn, vòng 5 canh chita nito chua bão hòa có đuôi -ol, nhưng bão hòa lại có đuôi oliđin.

Vòng 5 cạnh không chứa nirơ nếu chưa bão hòa có đuôi -ol, nhưng bão hòa lại có đuôi -olan. Vòng 6 cạnh không chứa nitơ, nếu chưa bão hòa có đuôi -in, nhưng nếu bão hòa lại có đuôi -an,. Đôi khi cũng dùng các tiếp đâu ngữ đihiđro, tetrahidro,. để nói lên mức độ bão hòa của vòng.

: Ngoài ra, trong các tài liệu chuyên môn chúng ta cũng thường gặp cách kí hiệu các vị trí trong vòng có nối đôi hoặc đã bão hòa hiđro như sau: Thí dụ: HN 3 4 | 3 Sau „N2 LN «= 1,2, 4-Triazolin i 1 (nghĩa là ở vị trí 2 có nối đôi). Oo S 2H-azepin (nghĩa là ở vị trí 2 bão hòa hiđro) Ằ N Đối với các hệ ngưng tụ của một hay hai vòng benzen với một dị vòng thì gọi tên bằng cách ghép chữ "benzo” hay "đỉibenzo” với tên của dị vòng. Thi du: Benzo furan Đibenzofuran 1. Cách đánh số Nếu dị vòng chỉ chứa một dị tố thì số 1 dành cho dị tố và tiếp tục đánh số ngược chiều kim đồng hồ.

Quy tắc này cũng được áp dụng đối với hệ vòng kiểu benzo gồm một vòng benzen ghép với một dị vòng chứa một dị tố. Đôi khi người ta còn dùng các chữ cái Arập như œ, B, y, để chỉ các vị trí trong vòng. Thí dụ: : 4 ‘ 3 ' 5 P LJ? 8 at 1? Al Je : 2 > a ? N a a Zz a 7 Z, & day Z= 0, S, NH. Nếu một vòng chứa nhiều dị tố giống nhau thì phải đánh số như thế nào để các dị tố có chỉ số nhỏ nhất có thể.

được và tổng các chỉ số mà dị tố chiếm là một số nhỏ nhất. Thí dụ : 4 4N es CA, ch NÓ NIỂN- 6 NAN 2 ? 1 H 1,2,4-Triazol 1,2,4-Triazin Néu vong chứa các dị tố khác nhau thì số 1 dành cho dị tố đứng trước trong cách gọi tên theo hệ thống và phải đánh số theo chiêu nào để sao cho tổng các chỉ số mà dị tố chiếm là một số nhỏ nhất. Thí dụ: o⁄2 1 1,3-Thiazol (hay thiazol) 1,2-oxazol (hay isoxazol) ce, CSUR Đối với các hệ ngưng tụ kiểu đibenzo thì cách đánh số không bắt đầu từ đị tố mà bắt đầu từ đỉnh trên của vòng bên phải rồi tiến theo chiều kim đồng hồ quanh hệ đa vòng. Nhưng cũng có người đánh số bắt đầu từ đỉnh dưới của vòng bên phải và tiến ngược chiêu kim đồng hồ quanh hệ đa vòng (như đối với cacbazol và đibenzothiophen).

Thí dụ : 9 1 | 1 | 5 4 4 9 N10 1 CLI CLL Coy CL XŠ 7 337 : O > N 23 7 2.7 3 6 65 4 8 a 1 8 Ẵ 1 6 5 4 Dibenzofuran Cacbazol Dibenzothiophen Phenthiazin 1. Cách đánh số Nếu dị vòng chỉ chứa một dị tố thì số 1 dành cho dị tố và tiếp tục đánh số ngược chiều kim đồng hồ. Quy tắc này cũng được áp dụng đối với hệ vòng kiểu benzo gồm một vòng benzen ghép với một dị vòng chứa một dị tố. Đôi khi người ta còn dùng các chữ cái ais nhu a, B, y, dé chi cdc vi trí trong vòng.

Thí dụ: 4 4 Th, Coe , wan 2 : 6 72 SZ 2g 1 ON Ze N77 0 ở đây Z = O, S, NH. Nếu một vòng chứa nhiều dị tố giống nhau thì phải đánh số như thế nào để các dị tố có chỉ số nhỏ nhất có thể được và tổng các chỉ số mà dị tố chiếm là một số nhỏ nhất.