Luận văn: VAI TRÒ CỦA ĐIANION TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ ppt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM


NGUYỄN NGỌC NGUYÊN


VAI TRÒ CỦA ĐIANION
TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ


CHUYÊN NGÀNH : HÓA HỌC HỮU CƠ
Mã Số: 60.44.27

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC


Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. NGÔ THỊ THUẬN




Thái Nguyên, tháng 10 năm 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CẢM ƠN.

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Ngô Thị Thuận Trường
ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt

quá trình làm luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lưu Văn Chính phòng hoạt chất sinh
học Viện Hóa Học các hợp chất thiên nhiên Viện Khoa Học và Công Nghệ
Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Đại Học Thái
Nguyên, phòng sau đại học Trường ĐHSP Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.

Học viên: Nguyễn Ngọc Nguyên
.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


CÁC TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN.
Bu Butyl
DCM Diethylazodicarboxylat
DMSO Dimetylsulfoxit
HMPA Hexametylphotphoric triamide
MOM-Cl Metoxymetyl
LDA Litium diisopropylamiđua
NaHMDS Natri hexametyldisilazit
TMS-Cl Trimetylsilyl clorua
TFA Axit trifluoroaxtic
THF Tetrahyđrofuran


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC.
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. Giới thiệu chung 2
1.1. Khái niệm 2
1.2. Một số đianion 3
1.2.1. Đianion cacbon-cacbon 3
1.2.2. Đianion oxi-cacbon 5
1.2.3. Đianion nitơ-cacbon 6
Chƣơng 2. Đianion cacbon-cacbon 7
2.1. 1,1-(C,C)-đianion 8
2.1.1 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi

-Halogencacbonyl 9
2.1.2. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitrin 10
2.1.3. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitro 10
2.1.4. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm sunfon 12
2.2. 1,2-(C,C)-đianion 13
2.2.1. 1,2-(C,C)-đianion không vòng 13
2.2.2. 1,2-(C,C)-đianion vòng 15
2.3. 1,3-(C,C)-đianion 14
2.3.1. Phản ứng ankyl hóa của -đicacbonyl đanion 18
2.3.2. Phản ứng ngưng tụ cửa -đicacbonyl đanion 23
2.3.3. Phản ứng axyl hóa của -đicacbonyl đanion 26
2.3.4. Một số phản ứng khác của -đicacbonyl đanion 28
2.4. Các đianion từ xeton không phải từ -đicacbonyl 28
Chƣơng 3. Đianion oxi-cacbon 31
3.1. Đianion của axit cacboxylic 31
3.2. Sự hình thành đianion của axit cacboxylic 32
3.3. Một số phản ứng của đianion của axit cacboxylic 32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3.3.1. Những đianion axit không mang nhóm ổn định 33
3.3.2. Những đianion axit được ổn định bởi -cacbonyl 38
3.3.3. Những đianion axit được ổn định bởi nhóm chức khác 40
3.3.4. Những đianion axit được ổn định bởi anken, ankin 43
3.3.5. Những đianion của axit benzoic 45
3. 4. Một số phản ứng của 1,2-đianion và 1,4-đianion 48
Chƣơng 4. Tổng hợp p-hyđroxyphenylaxetamit 52
4.1. Tổng quan về tổng hợp p-hyđroxyphenylaxetamit 52
4.2. Thực nghiệm 54
4.2.1. Tổng hợp axit p-hyđroxymanđelic 54
4.2.2. Tổng hợp axit p-hyđroxyphenylaxetic 54
4.2.3. Tổng hợp p-hyđroxyphenylaxetamit 54
4.3. Kết quả và thảo luận 55
4.3.1. Axit p-hyđroxymandelic 56
4. 3.2. Axit p-hyđroxyphenylaxetic 60
4. 3.3. p-Hyđroxyphenylaxetamit 64
KẾT LUẬN CHUNG 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

Bảng 1.1. Một số C,C-đianion điển hình.
Bảng 1.2. Một số O-C-đianion điển hình.
Bảng 1.3. Một số N,C-đianion điển hình.
Bảng 2.1. Một số 1,1-(C,C)-đianion điển hình.

Bảng 2.2. Một số 1,2-(C,C)-đianion điển hình.
Bảng 2.3. Một số -đianion điển hình.
Bảng 2.4. Phản ứng ankyl hóa của -đicacbonyl đianion.
Bảng 2.5. Phản ứng aldol hóa của -đicacbonyl đianion.
Bảng 3.1. Phản ứng của đianion

-cacboxylat với ankylhalogenua.
Bảng 3.2. Cộng 1,2 và 1,4 của đianion cacboxylat với xeton
,

-không no
Bảng 3.3. Phản ứng akyl hóa của đianion bất đối xứng.
Bảng 3.4. Một số chất tạo đianion axit ổn định bởi các nhóm chức khác.
Bảng 3.5. Phản ứng ankyl hóa của đianion axit thioaxetic.
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.2. Phổ
1
H-NMR của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.1. Phổ
13
C-NMR của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.1. Phổ khối lượng (LC-MS) của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 2.1. Phổ hồng ngoại của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.2. Phổ
1
H-NMR của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.3. Phổ
13
C-NMR của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.4. Phổ khối lượng (LC-MS) của axit p-hyđroxyphenylaxtic.

Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của p-hyđroxyphenylaxetamit.
Hình 3.1. Phổ
1
H-NMR của p-hyđroxyphenylaxetamit.
Hình 3.1. Phổ
13
C-NMR của p-hyđroxyphenylaxetamit.
Hình 3.1. Phổ khối lượng (LC-MS) của p-hyđroxyphenylaxetamit.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỞ ĐẦU
Cách đây nửa thế kỷ, Morgan và Harris nhận thấy rằng sự ankyl hóa
muối đikali của benzoyl axeton xảy ra ưu tiên ở nhóm metyl cuối cùng và
bằng cách ấy đã dẫn đến một lĩnh vực của phản ứng hình thành liên kết
cacbon-cacbon chọn lọc vùng nhờ sử dụng đianion [16]. Từ đó đến nay
đianion trở thành phổ biến như một công cụ chiến lược cho kế hoạch tổng
hợp hữu cơ. Đianion là những tiểu phân trung gian mang hai trung tâm điện
tích âm. Trên phương diện lý thuyết thì việc nghiên cứu sự tạo thành đianion
và các phản ứng của chúng là rất cần thiết, nó cho phép tổng hợp được nhiều
loại hợp chất hữu cơ như hợp chất vòng no, vòng thơm, các dị vòng, các hợp
chất thiên nhiên (trước đây chỉ có được bằng cách tách từ thiên nhiên) mà chỉ
cần dùng những hóa chất rất đơn giản [24].
Mục đích của luận văn này là tìm hiểu sự tạo thành đianion, phân loại
đianion và vai trò của chúng trong tổng hợp hữu cơ.
Tuy nhiên để có thể học được những phương pháp và kỹ năng nhất định
trong thực hành tổng hợp hữu cơ chúng tôi cũng tiến hành nghiên cứu tổng
hợp hợp chất p-hyđroxyphenylaxetamit một trong những hợp chất trung gian
quan trọng để tổng hợp ra atenolol dùng trong điều trị bệnh huyết áp và tim
mạch.

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Chƣơng 1. GIỚI THIỆU CHUNG.
1.1. Khái niệm.
Đianion là những tiểu phân trung gian mang hai trung tâm điện tích âm
ngày càng được dùng phổ biến trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là trong việc
tạo liên kết cacbon-cacbon. [21]
Bằng tương tác giữa các bazơ với những hợp chất hữu cơ sẽ tạo ra
những tiểu phân trung gian như: đianion cacbon-cacbon ( C,C-đianion),
đianion oxi-cacbon ( O,C-đianion), đianion nitơ-cacbon ( N,C-đianion),
đianion lưu huỳnh-cacbon ( S,C-đianion) [27].
Các đianion được tạo thành là do quá trình tách hai proton ( H
+
) của
một phân tử hợp chất hữu cơ. Để tạo thành C,C-đianion cần tách hai proton ở
liên kết C-H(sơ đồ 1.1)
H
2
C
CH
CH
3

O
O
H
H
LDA
H
2
C
CH
CH
3
O
O
H
LDA
H
2
C
CH
CH
3
O
O
giai ®o¹n 1
giai ®o¹n 2
(1.1)


Còn để tạo thành N,C-đianion, trước tiên tách một proton ở liên kết
N-H sau đó tách một proton ở liên kết C-H(sơ đồ 1.2)

CH
3
NH
Ph
O
NaH
CH
3
N
Ph
O
NaH
H
2
C N
Ph
O
giai ®o¹n 1
giai ®o¹n 2
(1.2)





C,C-đianion
C,N-dianion
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2. Một số đianion hữu cơ.
1.2.1. Đianion cacbon-cacbon
Đianion cacbon-cacbon hay C,C-đianion được tạo thành bởi quá trình
tách hai proton ở liên kết C-H, những đianion này đã được nghiên cứu từ lâu,
chúng rất đa dạng và phong phú, ngày càng được dùng làm nguyên liệu đầu
trong tổng hợp hữu cơ [24].
Những công trình ban đầu được công bố bởi Hause [16] với việc nghiên
cứu sự ankyl hóa axetylxeton, tiếp sau là một loạt các công trình nghiên cứu
của Harris và các cộng sự, về phản ứng ankyl hóa và aryl hóa mà họ đã sử
dụng đianion được tạo ra do tương tác giữa các bazơ và hợp chất

-
đicacbonyl[15], [16], [36], [38].
Để hình thành C,C-đianion nói chung cần phải có nhóm làm ổn định
cho quá trình tách proton thứ nhất, các nhóm đó có thể là: -OH, -NHR, -SH
Quá trình tách proton thứ hai để tạo thành C,C-đianion khó khăn hơn,
đòi hỏi phải dùng những bazơ mạnh như t-BuOK, BuLi
Những nghiên cứu trước đây[15], [21], [37], [38] việc phân loại C,C-
đianion chủ yếu theo nhóm làm ổn định như: cacbonyl, sunfonyl, anken,
ankin, nitrin
Tuy nhiên có thể phân loại đianion dựa vào vị trí xảy ra quá trình tách
proton như: 1,1-đianion, 1,2-đianion, 1,3-đianion, 1,4-đianion
Nếu kết hợp cả hai tiêu chuẩn trên thì sự phân loại đianion sẽ được cụ
thể hơn khi đó ta có những đianion như: 1,3-(C,C)-đianion được ổn định bởi
đicacbonyl, 1,3-(C,C)-đianion được ổn định bởi xetonsunfon, 1,3-(C,C)-
đianion được ổn định bởi photpho.
Một số đianion cacbon-cacbon được đưa ra ở bảng 1.1.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Bảng 1.1. Một số C,C-đianion điển hình.
STT
Cấu tạo
Tên gọi
1

CH
3
W

1,1-(C,C)-đianion
Geminal đianion
hoặc

,

-đianion
2

W
W

1,2-(C,C)-đianion
Vicinal đianion
hoặc


,

-đianion
3

CH
3
W
R

1,3-(C,C)- đianion
hoặc

,

-đianion
4

W
(CH
2
)n
W


1,Z-(C,C)-đianion (n

2)
hoặc remote đianion
5

H
2
C
.
.
.
CH
2
.



(C,C)- đianion được ổn định
bởi cộng hưởng

Với W = C(O)R, S(O)R, SO
2
R, NO
2
, CN.





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.2. Đianion oxi-cacbon.
Mặc dù đianion cacbon-cacbon được xem như là các đianion nổi trội
nhất trong những tiểu phân trung gian, thì đianion oxi-cacbon phải được coi
như một công cụ mạnh của tổng hợp hữu cơ. Trong số này thì đianion oxi-
cacbon được tạo thành do sự khử proton của nhóm OH ở giai đoạn đầu được
nghiên cứu sớm nhất bởi Ivanop cách đây khoảng 60 năm[16]. Ngày nay các
loại hợp chất chứa các loại nhóm chức: axit(-COOH), ancol(-OH), phenol(-
OH), oxim(=N-OH) đều được sử dụng làm nguyên liệu đầu cho việc tạo
thành đianion oxi-cacbon. Bằng tương tác giữa axit cacboxylic với bazơ để
tạo thành đianion oxi-cacbon, có thể đi từ các axit no mạch hở, axit thơm
hoặc axit vòng no, tùy vào cấu tạo của axit mà cacbanion được tạo ra ở vị trí
enolat, benzylic hoặc ở vị trí xa hơn, từ đó có được những lựa chọn thích hợp
cho quá trình tổng hợp hữu cơ [33].
Trong những năm gần đây việc dùng đianion oxi-cacbon được tạo ra từ
một ancol có một trung tâm bất đối được các nhà hóa học quan tâm rất đặc
biệt nó cho phép tạo ra những con đường mới trong tổng hợp bất đối.
Các đianion oxi-cacbon được tạo ra từ phenol/crezol và oxim được tìm
hiểu ít hơn, nhưng những đianion này lại có phản ứng chọn lọc cao. Các hợp
chất không thể tạo ra được bằng những con đường tổng hợp khác, nhưng lại
có thể được tạo thành khi sử dụng các tiểu phân trung gian này. Đặc biệt việc
dùng các phản ứng của đianion oxi-cacbon tạo ra từ oxim là phương pháp
duy nhất chỉ tìm thấy trong hóa học đianion. Một số đianion cacbon-oxi
được dẫn ra ở bảng 1.2 [11], [21].



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bảng 1.2. Một số O,C-đianion điển hình.

STT
Cấu tạo
Tên gọi
1

R
CO
2


Đianion (O-C) từ axit cacboxylic
2

R
1
O
R
2
O


Đianion(O-C) từ hyđroxyl
3

O
CH
2

Đianion(O-C) từ phenol
4

R
1
R
2
N
O


Đianion(O-C) từ oxim

1.2.3. Đianion nitơ-cacbon.
Các đianion nitơ-cacbon là các hợp chất trung gian được tạo ra trước
tiên nhờ sự tách proton của liên kết N-H, tiếp sau là sự tách proton của nhóm
C-H. Nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ có thể tạo thành loại đianion này[16].
Tuy các đianion nitơ-cacbon đã có xuất hiện trong các nghiên cứu tổng quan
nhưng chúng chưa phải là đối tượng nghiên cứu cụ thể.
Thời gian gần đây những tiểu phân trung gian này đang được sử dụng
rộng rãi hơn và chúng đã góp phần hình thành nên những con đường tổng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


hợp hữu cơ mới. Tính axit của nhóm N-H phụ thuộc vào các nhóm làm ổn
định bên cạnh, các nhóm làm ổn định này quy định con đường tạo thành
đianion và việc lựa chọn bazơ thích hợp cho việc khử proton. Một số đianion
nitơ-cacbon được trình bày ở bảng 1.3 [15], [33].
Bảng 1.3. Một số N,C-đianion điển hình.

STT
Cấu tạo
Tên gọi
1

R
1
N
R
2
O



N,C-đianion cacboxamin
2

CH
2
NH
O



N,C-đianion thioamin.
3

H
2
C

N
R
1
O



N,C-đianion enaminon
4

N
N
Te



N,C-đianion tosylhyđrazon
5

N
CH
2



N,C-đianion indol


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Chƣơng 2.
ĐIANION CACBON-CACBON.
2.1. 1,1-(C,C)-đianion.
Quá trình tách hai proton( H
+
) ở một nhóm metylen duy nhất của phân tử chất
hữu cơ sẽ tạo thành 1,1-(C,C)-đianion hay geminal đianion, sự tách hai proton
xảy ra tại một vị trí khi trong phân tử không có khả năng tách proton ở các vị
trí khác [16]. Các geminal đianion đang được quan tâm nhiều bởi khả năng
phản ứng của nó với các tác nhân electrophin cao hơn rất nhiều so với những
phân tử chất hữu cơ hoặc các monoanion [38].
Để tạo thành được những geminal đianion đòi hỏi phân tử có cấu tạo
đặc biệt, có chứa nhóm chức không tham gia vào các phản ứng mà chỉ có vai
trò làm ổn định cacbanion và định hướng cho sự tách proton. Đa số các
geminal đianion được tạo thành tử những phân tử có chứa một nhóm làm ổn
định như các nhóm

- halocacbonyl, nitrin, nitro, và sunfonyl. Sự tách tuần
tự proton sẽ dẫn đến các tiểu phân trung gian và dạng cộng hưởng của nó một
số đianion tiêu biểu được đưa ra ở bảng (bảng 2.1) [21], [37], [38].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Bảng 2.1: Một số 1,1-(C,C)-đianion.

Phân tử ban đầu
Đianion
Dạng cộng hƣởng

R
R
1
O


R
R
1
O


R
R
1
O

R NO
2


R NO
2


R N O
O
+


R CN


R NO
2


R C=N


R SO
2
R
1

R SO
2
R
1


R S
O
R
1
O


2.1.1. 1,1-(C,C)-đianion đƣợc ổn định bởi

- halogencacbonyl.
Công bố đầu tiên về 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi xeton vào năm 1971
[23]. Nhưng đến những năm 1980 thì những đianion loại này mới được dùng
nhiều trong tổng hợp hữu cơ. Khi nghiên cứu sự tạo thành loại đianion này,
một số tác giả nhận thấy: đầu tiên là sự tấn công của bazơ imiđua vào phân
tử chất hữu cơ lấy đi proton, tiếp theo đó là tương tác của ankyl kim loại,
loại đi nguyên tử halogen để hình thành tiểu phân trung gian mong muốn
như sơ đồ 2.1 và 2.2 [24].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



LiNR
2
RLi

R
Br
R
1
O
R
Br
R
1
O
R
Br
R
1
O
R
R
1
O
R
R
1
O
(2.1)

Br
O
(Me)
2
CuLi

Br
O
Me
O
Me
tBuLi
O
Me
(2.2)


2.1.2. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitrin.
Mặc dù loại đianion ổn định bởi nhóm nitrin mới được nghiên cứu
nhưng các tác giả nhận thấy rằng, nhóm nitrin có thể làm ổn định việc tạo
thành 1,1-đianion, theo sơ đồ 2.3

R CN
R CN
R CN
Baz¬
Baz¬
(2.3)

Cách đây hai mươi năm, phản ứng của đianion được tạo ra từ
axetonitrin với andehit cũng đã được nghiên cứu, tiếp đến là các hợp chất
như benzylnitrin và các đồng đẳng 3,4-đimetoxy của nó cũng được biến đổi
thành các đianion. Phần lớn các tiểu phân trung gian này tham gia liên tiếp
hai quá trình ankyl hóa để tổng hợp các hợp chất vòng xyclopropan, hoặc có
thể bị axyl hóa tạo thành hợp chất enolat không vòng, các quá trình xảy ra
được tóm tắt theo sơ đồ 2.4 [11], [23]

CN
R
.
2 BuLI
CN
R
.
CN
CN
COOEt
ClCH
2
CH
2
Cl
(EtO)
2
C=O
(2.4)

2.1.3. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitro.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Nhóm nitro gây ảnh hưởng đến pKa của nhóm CH bên cạnh nó nên việc
tách proton đầu tiên tương đối dễ dàng, nhưng nó lại làm giảm tính
nucleophin do khả năng hút electron mạnh. Việc tìm giải pháp tạo ra đianion,
đồng thời làm tăng tính nucleophin tại vị trí


- nitro đã được các nhà hóa
học đặc biệt quan tâm.
Seebach và các đồng nghiệp đã đi tiên phong trong việc làm tăng cường
khả năng phản ứng của các đianion nitro, bằng cách đưa thêm các nhóm R
vào phân tử chất đầu, với ( R= ankyl, PhS, MeO
2
C )
Kết quả cho thấy khả năng phản ứng với tác nhân electrophin của
đianion tăng lên, theo sơ đồ 2.5 [11]

R-CH
2
NO
2
2 BuLI
R- C- NO
2
E
+
R-C-NO
2
E
H
E
+
= RX, (RO)
2
C=O, R
1
R

2
C=O
(2.5)

Khi nhóm anken có mặt như một phần của R thì việc tách hai proton
dẫn tới tạo ra một đianion cộng hưởng bền vững [34]. Hợp chất 3-nitroprop-
1-en tạo ra một đianion và quá trình ankyl hóa của đianion này xảy ra duy
nhất ở vị trí


Bằng cách so sánh với 4-nitrobut-1-en kết quả là cho một hỗn hợp sản
phẩm ankyl hóa ở vị trí 1 và 3, phù hợp với việc tạo thành một hệ 1,2-
đianion và 1,4- đianion, theo sơ đồ 2.6.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


.
NO
2
2 Baz¬
.
NO
2
E
+
.
NO
2
E
.

NO
2
.
2 Baz¬
.
NO
2
E
+
NO
2
E
.
NO
2
E
Sù alkyl hãa ë C
1
Sù alkyl hãa ë C
3
(2.6)

2.1.4. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm sunfonyl.
Tương tự như nhóm nitro, nhóm sunfon cũng tạo điều kiên thuận lợi cho
việc tách proton, các nghiên cứu ban đầu về lĩnh vực này đa số được tiến
hành với sunfoamit, các phản ứng tại vị trí

của loại đianion này được quan
sát với các tác nhân eletrophin [22].
Benzyl phenylsufon tạo thành 1,1-đianion, sau đó xảy ra sự ankyl hóa,

hoặc phản ứng với hợp chất cacbonyl để tạo hành vinyl sunfon như sơ đồ 2.7
PhSO
2
Ph
2BuLi
PhSO
2
Ph
E
+
PhSO
2
Ph
E
E
1.MgI
2

2. R
1
R
2
C=O
PhSO
2
R
2
R
1
Ph

(2.7)
(80-82%)

Etyl phenyl sunfon tạo gemđianion khi phản ứng với 2BuLi, đianion này
phản ứng với cis-1,4- điclobut-2-en thông qua việc ankyl hóa tạo sản phẩm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3-metyl-3-(phenylsunfonyl)xyclopenten theo sơ đồ 2.8
PhSO
2
CH
3
2BuLi
PhSO
2
CH
3
Cl
Cl
SO
2
Ph
Me
(2.8)

Những nghiên cứu ban đầu này đã mở đường cho việc sử dụng đianion
ổn định bởi sunfon được chọn lọc hơn. Đianion ổn định bởi sunfon phản ứng
với epoxit một lần thế cho


-hyđroxy sunfon với hiệu suất cao, ưu tiên tạo
sản phẩm không đối quang theo sơ đồ 2.9 [11].
PhSO
2
R
2BuLi
PhSO
2
R
O
R
1
R R
1
SO
2
Ph OH
(2.9)


2. 2. 1,2-(C,C)-đianion.
Trong phân tử chất hữu cơ có chứa hai nhóm làm ổn định ion cacbon ở
vị trí thuận lợi, như 1,2-đieste, 1,2-điphenyl , thì phân tử có thể tách trực
tiếp hai proton dẫn đến việc hình thành 1,2-(C,C)-đianion. Một số đianion
thuộc loại này đã được các nhà hóa học tạo ra cho mục đích nghiên cứu lý
thuyết và quang phổ, nhưng không dùng trong tổng hợp hữu cơ. Một số các
đianion như vậy được giới thiệu ở bảng 2.2.
Bảng 2.2. Một số 1,2-(C,C)-đianion điển hình.
STT
1

2
3
4
5

Cấu tạo

Ph
Ph


Ph
Ph
Ph


Ph
Ph
Ph
CN


TMS
TMS
TMS
Ph


COOEt
COOEt

Các nghiên cứu lý thuyết về 1,2-(C,C)-đianion cho ta hiểu rõ hơn về
tính chất, các phản ứng của chúng và từ đó có những ứng dụng cần thiết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


trong công việc tổng hợp hữu cơ. Phần lớn các 1,2-đianion loại này được tạo
ra từ loại hợp chất 1,4-đicacbonyl và những hợp chất tương đồng với
cacbonyl. Những tiểu phân trung gian này được dùng nhiều trong tổng hợp
ra các hợp chất không vòng và hợp chất vòng. Ngày nay chúng được dùng
nhiều để tổng hợp nên các hợp chất vòng nhiều hơn [11].
2.2.1. 1,2-(C,C)-đianion không vòng.
Những phân tử chất hữu cơ như đietylsucxinat khi tác dụng với 2LDA
sẽ hình thành 1,2-(C,C)-đianion. Đianion này tham gia hai quá trình ankyl
hóa hoặc ngưng tụ với các anđehit, xeton hay este để tạo ra những sản phẩm
không vòng hoặc vòng với hiệu suất từ 43-86%, theo sơ đồ 2.10.[29]
EtOOC
COOEt
2 LDA
EtOOC
COOEt
2 RX
1. R
1
R
2
C=O
2. HCl 1,5M
R COOEt

REtOOC
O
O
R
R
EtOOC
(2.10)

Ymamoto đã sử dụng este của axit sucxinic để tạo 1,2-(C,C)-đianion và
từ đó tổng hợp nên các hợp chất vòng, theo sơ đồ 2.11 [11]


COOiPr
COOiPr
2LDA
COOiPr
COOiPr
EtOOC CH
2
Br
.
COOEt
Br
COOiPr
COOiPr
O
.
COOiPr
COOiPr
O

(2.11)

2.2.2. 1,2-(C,C)-đianion vòng.
Hầu hết các nghiên cứu trong phạm vi 1,2-(C,C)-đianion vòng đã được
Garrait và các cộng sự nghiên cứu, họ đã tìm ra nhiều phản ứng ankyl hóa để
tạo ra các hợp chất vòng từ các đieste vòng. Các 1,2-(C,C)-đianion được ổn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


định chỉ bởi một nhóm cacbonyl, quá trình tách các proton để tạo thành
đianion tương đối thuận lợi [29]
Đối với vòng xyclobutan thì việc gắn thêm các nhóm khác vào vòng là
tương đối khó khăn, tuy nhiên Garralt đã khắc phục được điều này bằng cách
tạo ra các 1,2-đianion từ este đimetylxyclobutan-1,2-đicacboxylat, từ đó việc
đưa thêm các nhóm khác vào tương đối thuận lợi, theo sơ đồ 2.12 [11]


COOMe
COOMe
2LDA
COOMe
COOMe
PhCHO
COOMe
COOMe
CH(OH)Ph
CH(OH)Ph
COOEt
COOEt
O

O
MeOOC
MeOOC
60%
54%
(2.12)

Trên cơ sở đó các các 1,2-(C,C)-đianion của đimetylxyclohexan-1,2-
đicacboxylat và đianion của đimetylxyclopentan-1,2-đicacboxylat cũng đã
được nghiên cứu, và được dùng trong tổng hợp các hợp chất vòng, theo sơ
đồ 2.13 [11]

X
COOMe
COOEt
X
COOMe
COOEt
2 LDA
O
CH
2
CH
2
Br
BrH
2
C
BrH
2

C iPr
X
O
O
MeOOC
MeOOC
COOMe
iPr
X=CH
2
, CH
2
CH
2
(2.13)


2.3. 1,3-(C,C)-đianion.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Trong các loại đianion cacbon-cacbon thì 1,3-(C,C)-đianion là quan
trọng và được dùng nhiều nhất trong tổng hợp hữu cơ. Những phân tử chất
hữu cơ đơn giản như các xeton mang một nhóm -cacbonyl, thí dụ nhóm-
CHO, -COO-, hoặc nhóm xeton thứ hai, những phân tử này có thể tách một
proton tại vị trí giữa hai nhóm cacbonyl, sau đó tách một proton bên ngoài để
tạo thành 1,3-(C,C)-đianion, Các đianion được tạo thành do quá trình tách
hai proton của hợp chất -đicarbonyl đang được sử dụng rộng rãi trong tổng
hợp hữu cơ, do chúng có thể được tạo ra dễ dàng, hướng phản ứng của chúng
có thể dự đoán được và làm nền tảng để mở rộng phạm vi nghiên cứu các

phản ứng của đianion[38]
Do các đianion này được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ nên chúng
có nhiều cách phân loại và tên gọi khác nhau. Tuy nhiên, cách phân loại dựa
vào vị trí tách proton được dùng nhiều hơn cả, cách phân loại theo nhóm làm
ổn định ít được sử dụng. Một số -đicacbonyl điển hình được trình bày ở
bảng 2.3 [21]
Bảng 2.3. Một số -đicarbonyl đianion điển hình.
STT
Cấu tạo
Tên gọi

1

. R
O O


1,3-(C,C)-đianion hoặc
-đixeton đianion

2

. OR
O O


1,3-(C,C) đianion hoặc
-xeton este đianion

3

. H
O O


1,3-(C,C)-đianion hoặc
-xeton andehit đianion
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Nghiên cứu những tính chất và phản ứng của loại đianion này còn làm
nền tảng cho việc mở rộng vị trí cacbanion trên mạch cacbon để tạo ra 1,4-
đianion và 1,5-đianion. Trong thời gian gần đây việc sử dụng 1,3-(C,C)-
đianion tạo ra nhiều hướng mới trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ đặc biệt
trong lĩnh vực ankyl hóa và hóa lập thể. Yêu cầu tối thiểu mà 1,3-(C,C)-
đianion có thể được tạo ra từ hợp chất đicacbonyl đó là sự có mặt của nhóm
xeton, hai vị trí bên cạnh nhóm này có thể tách proton, còn nhóm cacbonyl
thứ hai có thể là nhóm anđehit, este hoặc xeton. Các hợp chất này có thể là
hợp chất vòng hoặc không vòng [14].
Do đặc tính của nhóm làm ổn định cacbonyl là có thể tham gia phản
ứng với các hợp chất ankylliti, cơ magie nên không thể dùng các chất này để
tách proton thứ nhất mà phải dùng các amiđua kim loại như LiNH
2
, NaNH
2
,
KNH
2
cho hiệu quả tương đối tốt mặc dù các tác nhân này cũng có khả năng

phản ứng với các nhóm este metyl axetoaxetat. Các bazơ cản trở không gian
đặc biệt như LDA đang được dùng nhiều. Để có được 1,3-(C,C)-đianion từ
hợp chất -đicacbonyl ta dùng phản ứng của -xeton anđehit với các tác
nhân bazơ. Mặt khác, người ta có thể sử dụng hỗn hợp bazơ như NaH/BuLi,
sự kết hợp này thuận lợi cho việc tạo đianion [15].
Khi hợp chất -đicacbonyl tách proton ở nhiệt độ thấp tạo thành một
enolat không bền, các chất này phản ứng ngưng tụ với các anđehit, xeton,
este trong một thời gian dài, hoặc ở nhiệt độ cao. Khi tách tiếp proton thứ hai
sẽ tạo thành một đienoat có khả năng phản ứng rất cao, chúng tác dụng với
các tác nhân eletrophin tốt hơn các đơn anion, theo sơ đồ 2.14 [36].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


. Z
O O
Baz¬
. Z
O O
. Z
O O
. Z
O O
E
+
Z
O O
E
(2.14)
Baz¬

Sau khi 1,3-(C,C)-đianion được hình thành từ hợp chất -đicacbonyl
thì người ta quan tâm đến sự hình thành liên kết của chúng hay các phản ứng
của chúng. Những đianion loại này chủ yếu được hình thành từ những xeton
mang điện tích âm ở vị trí  và được ổn định bởi các nhóm cacbonyl, nitro,
xiano, sunfua.
2. 3.1. Phản ứng ankyl hóa của các -đianion.
Sự ankyl hóa các -đicacbonyl đianion bằng các ankyl halogenua vào
các vị trí 1, 3 của những xeton este, hoặc đixeton là một vấn đề đang được
quan tâm nhiều nhất. Trong các tài liệu [15], [21], nghiên cứu về các đianion
được tạo ra bằng các amiđua kim loại (MNH
2
), ngày nay người ta sử dụng
hai đương lượng LDA hoặc hỗn hợp NaH/BuLi để tạo ra các đianion như
mong muốn. Sự ankyl hóa thực hiên tốt bởi các allylhalogenua hoặc
benzylhalogenua, đồng thời sự ankyl hóa lần thứ hai kém hơn lần thứ nhất,
theo sơ đồ 2.15.

Z
R
R
1
O
O
Baz¬
Z
R
R
1
O
O

Z
R
R
1
O
O
R
2
(2.15)
R
2
X

Các kết quả nghiên cứu về phản ứng ankyl hóa -đicacbonyl 1,3-
(C,C)-đianion với các ankyl halogenua theo phương trình trên được tóm tắt
trong bảng 2.4.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Qua bảng 2.4 ta thấy việc ankyl hóa các axetoaxeton đianion,
axetoaxetat đianion và các dẫn xuất của nó xảy ra tương đối dễ, tác nhân
ankyl hóa thường dùng là ankylbromua và ankyliođua [11].







Bảng 2.4. Phản ứng ankyl hóa của -đicacbonyl đianion.

Z
R
R
1

Bazơ
R
2
X
Hiệu suất(%)
Me
H
H
NaNH
2

MeI
59-65
Me
H
H
NaNH
2

EtBr
70
Me
H
H
NaNH

2

nPrBr
77
Me
H
H
NaNH
2

iPrBr
66
Me
H
H
KNH
2

iPrBr
27
Me
H
H
KNH
2

CH
2
=CHCH
2

Br
65
Me
H
H
LiNH
2

nBuBr
25
Me
H
H
NaNH
2

nBuBr
67-88
Me
H
H
KNH
2

nBuBr
68
Me
H
H
NaNH

2

iBuBr
78
Me
H
H
NaNH
2

sBuBr
78
Me
H
H
NaNH
2

nC
6
H
13
Br
69
Me
H
H
LiNH
2

BnCl
0
Me
H
H
NaNH
2

BnCl
69-73