Khảo sát phản ứng chuyển vị Fries các Benzensulfonat Aril

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ
NHIÊN
TRẦN THỊ KIM
NGÂN
KHẢO
SÁT
PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ FRIES
CÁC
BENZENSULFONAT
ARIL
huyên ngành: Hóa Học Hữu
C
ơ
ã số: 60 44
27
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HỮU
CƠ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA
HỌC
GS.
TS. LÊ NGỌC
THẠCH
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM
2011
C
M
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT
TẮT
1. PA Acetat

phenil
2. PB Benzoat
phenil
3. HAP
hidroxiacetophenon
4. AAP
4-Acetoxiacetophenon
(acetate
4-acetilphenil)
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ
THỊ
HÌNH VẼ
trang
Hình 1.1: Ô mạng của khoáng sét và các kích
th
ướ
c

24
Hình 1.2: Tấm tứ diện của lớp đất
sét



25
Hình 1.3: Tấm bát diện của lớp đất sét


26
Hình 1.4: Cơ cấu lớp

1:1



27
Hình 1.5: Cơ cấu lớp
2:1



27
Hình 1.6: Tấm nhị-bát diện và tam-bát diện trong lớp 2:1
28
Hình 1.7: Sự xen kẽ đối xứng và ngẫu nhiên 2 loại lớp đất sét A,
B

29
Hình 1.8: Bề mặt hidroxi và bề mặt siloxan của
kaolinite

32
Hình 1.9: Sự tương tác của H
2
O với các bề mặt bát diện của lớp kaolinite
34
Hình 1.10: Các vị trí mép của kaolinite


34
Hình 1.11: Cơ cấu không gian của

montmorillonite

36
ĐỒ
THỊ
Đồ thị 2.1 Hiệu suất phản ứng sulfonil hóa theo nhiệt độ (chiếu xạ vi sóng)
52
Đồ thị 2.2 Hiệu suất phản ứng sulfonil hóa theo thời gian (chiếu xạ vi sóng)


53
Đồ thị 2.3 Hiệu suất phản ứng sulfonil hóa theo bản chất nhóm thế para (chiếu xạ
vi
sóng)


55
Đồ thị 2.4 Hiệu suất 9a và 9 b theo nhiệt độ phản ứng (chiếu xạ vi sóng)
63
Đồ thị 2.5 Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo thời gian (chiếu xạ vi sóng)
64
Đồ thị 2.6 Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo tỉ lệ chất nền và xúc tác (chiếu xạ vi
sóng)


66
Đồ thị 2.7 Hiệu suất phản ứng chuyển vị Fries theo bản chất nhóm thế para
(chi
ế
u

xạ vi sóng)


68
Đồ thị 2.8 Hiệu suất 9a và 9 b theo nhiệt độ phản ứng (đun nóng cổ điển)
72
Đồ thị 2.9 Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo thời gian (đun nóng cổ điển)
74
Đồ thị 2.10 Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo tỉ lệ chất nền và xúc tác (đun nóng cổ
đi
ể
n)


75
Đồ thị 2.11 Hiệu suất phản ứng chuyển vị Fries theo bản chất nhóm thế para
(đun
nóng cổ điển)


77
SƠ
ĐỒ
Sơ đồ 2.1: Các phenol và sản phẩm benzensulfonat aril tương ứng
46
Sơ đồ 2.2: Quy trình thực hiện phản ứng ester hóa phenol bằng
clorur
benzensulfonil

48

Sơ đồ 2.3: Quy trình thực hiện phản ứng chuyển vị Fries
50
DANH MỤC CÁC
BẢNG
Bảng:
trang
Bảng 1.1: Phản ứng chuyển vị Fries của các phenil ester xúc tác bởi Hf(OTf)
4
.
9
Bảng 1.2: Phản ứng chuyển vị Fries của các naptil ester xúc tác bởi Sc(OTf)
3
.
9
Bảng 1.3: Phản ứng chuyển vị Fries của các naphtil ester xúc tác bởi Bi(OTf)
3
.
10
Bảng 1.4: Phản ứng chuyển vị Fries điều chế các (phenilsulfinil)phenol xúc
tác
AlCl
3
.
11
Bảng 1.5: Phản ứng chuyển vị của các p-toluensulfinat aril dưới điều kiện tối
ư
u.
12
Bảng 1.6: Phản ứng chuyển vị của các arensulfonat aril dưới sự chiếu xạ vi
sóng

xúc tác AlCl
3
-ZnCl
2
được tẩm trên silica
gel.

12
Bảng 1.7: Phản ứng chuyển vị Fries của acetat phenil được xúc tiến bởi bột
k
ẽ
m
trong DMF dưới sự chiếu xạ vi sóng và đun nóng truyền thống.
13
Bảng 1.8: Phản ứng chuyển vị Fries của các orto-bromophenil ester xúc tác bởi
sec-
butillitium.
15
Bảng 1.9: Phản ứng chuyển vị Fries của các acetat phenil xúc tác bởi ZSM-5
c
ả
i
tiến
17
Bảng 1.10: Phản ứng chuyển vị Fries của acetat phenil xúc tác bởi H
3
PW
12
O
40

(2
giờ) 17
Bảng 1.11: Phản ứng chuyển vị Fries của các phenil và 1-naptil ester ở 140
o
C
trong
5 giờ xúc tác bởi đất sét và đất sét biến tính
.18
Bảng 1.12: Phản ứng chuyển vị Fries của các PB trong nitrobenzen đun hoàn
l
ư
u
trong 12 giờ xúc tác bởi
Nafion 19
Bảng 1.13: Độ âm điện của một số nguyên tử phổ biến nhất trong khoáng sét. .
30
Bảng 1.14: Giá trị độ âm điện theo Sanderson của các khoáng sét cơ bản
30
Bảng 1.15: Điện tích trên các nguyên tử, tính theo EEM.
31
Bảng 2.1: Hiệu suất 9 theo nhiệt độ phản ứng (chiếu xạ vi sóng)
52
Bảng 2.2: Hiệu suất 9 theo thời gian (chiếu xạ vi
sóng)

53
Bảng 2.3: Hiệu suất phản ứng theo bản chất nhóm thế para (chiếu xạ vi sóng) .
54
Bảng 2.4: Hiệu suất 9 theo các phương pháp kích hoạt khác nhau
56

Bảng 2.5: So sánh hiệu suất phản ứng sulfonil hoá của luận văn với các nghiên
c
ứ
u
trước
đây

56
Bảng 2.6: Hiệu suất 9a và 9 b theo nhiệt độ phản ứng (chiếu xạ vi sóng)
62
Bảng 2.7: Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo thời gian (chiếu xạ vi
sóng)

64
Bảng 2.8: Hiệu suất 9a và 9 b theo tỉ lệ chất nền và xúc tác (chiếu xạ vi sóng)
65
Bảng 2.9: Hiệu suất phản ứng chuyển vị Fries theo bản chất nhóm thế para
(chi
ế
u
xạ vi sóng)
68
Bảng 2.10: Hiệu suất 9 theo các phương pháp kích hoạt khác nhau
70
Bảng 2.11: Hiệu suất 9 a và 9b theo nhiệt độ phản ứng (đun nóng cổ điển)
72
Bảng 2.12: Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo thời gian (đun nóng cổ điển)
73
Bảng 2.13: Hiệu suất suất 9 a và 9 b theo tỉ lệ chất nền và xúc tác (đun nóng cổ
đi

ể
n)
75
Bảng 2.14: Hiệu suất phản ứng theo bản chất nhóm thế para (đun nóng cổ
đi
ể
n)
76
Bảng 2.15: So sánh hiệu suất phản ứng chuyển vị Fries của luận văn với các
nghiên
cứu trước
đây

78
Bảng 2.16: Tái sử dụng xúc
tác 79
Phản ứng chuyển vị Fries [21] là phản ứng rất nổi tiếng trong ngành hóa
học
hữu cơ. Bằng phương pháp này, hàng loạt các hidroxiaril ceton đã được tổng
h
ợ
p
thành công. Ngoài những áp dụng để điều chế các hidroxiaril ceton, phương
pháp
này còn được sử dụng trong việc tổng hợp các hidroxi và aminoaril sulfon [17].
Các
hidroxiaril sulfon là tiền chất quan trọng trong việc tổng hợp nhiều loại hợp
ch
ấ
t

sulfur hữu cơ khác nhau [58]. Chúng được biết đến là chất khử trùng và được
dùng
như là thuốc diệt nấm và thuốc sát trùng [7]. Ngoài ra, chúng còn được dùng
làm
thuốc, chất trung gian dùng trong nông nghiệp [77], vật liệu chịu nhiệt [50] và
tác
nhân kháng virus
[38].
Tuy nhiên, phản ứng chuyển vị Fries trên các chất nền sulfonat ester
ch
ư
a
được chú ý đến nhiều [46]. Phản ứng này có thể được thực hiện bằng cách đun
nóng
truyền thống [9] hoặc quang hóa [51]. Tuy nhiên, phản ứng phải xảy ra ở nhiệt
độ
cao, hiệu suất lại thấp. Khi đun nóng p-toluensulfonat phenil với AlCl
3
khan
trong
dung môi CS
2
thực hiện ở 140
o
C trong 1.5 giờ, thu được 2- và 4-hidroxiphenil
p-
tolil sulfon với hiệu suất khoảng 40% [9]. Khi sử dụng montmorillonite trao
đổi
cation thay cho AlCl
3

khan thì hiệu suất phản ứng tăng, nhưng thời gian phản
ứ
ng
kéo dài hơn (2-12 giờ), nhiệt độ cao 180
o
C và sự điều chế xúc tác ban đầu đòi
hỏi
thao tác kĩ thuật phức
t
ạ
p.
Phản ứng chuyển vị quang hóa Fries trên các arensulfonat aril cũng thu
đượ
c
hỗn hợp các sản phẩm và phenol, hiệu suất phản ứng thấp. Biswanath Das và F.
M.
Moghaddam [17] đã thực hiện phản ứng chuyển vị Fries các arensulfonat aril
b
ằ
ng
xúc tác acid truyền thống như AlCl
3
hoặc AlCl
3
-ZnCl
2
kích hoạt bằng vi sóng
cho
hiệu suất cao, thời gian phản ứng
ng

ắ
n.
Với ý tưởng sử dụng phương pháp kích hoạt xanh và xúc tác xanh trong
hóa
học hữu cơ, chúng tôi muốn khảo sát khả năng phản ứng của các benzensulfonat
aril
trên xúc tác montmorillonite K-10 dưới sự chiếu xạ vi sóng và đun nóng cổ
đi
ể
n.
Khảo sát phản ứng chuyển vị Fries của các benzensulfonat
Luận văn Thạc
Trang
1 TỒNG
QUAN
1.1 SƠ LƯỢC VỀ ARENSULFONAT ARIL VÀ PHƯƠNG PHÁP
T
Ổ
NG
H
Ợ
P
Các hợp chất diaril sulfon là những trung gian trong nhiều qui trình sản
xu
ấ
t
dược phẩm như tổng hợp thuốc kháng ung thư [24], điều chế polimer và sản
xu
ấ
t

các chất diệt nấm, diệt côn trùng [111]. Các diaril sulfon có thể điều chế bằng
nhi
ề
u
phương pháp, trong đó phản ứng chuyển vị Fries các arensulfonat aril là
th
ườ
ng
được sử dụng nhất
[3].
Arensulfonat aril, chất nền để tổng hợp các diaril sulfon, được điều chế
b
ằ
ng
nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sulfonil hóa phenol bằng
clorur
arensulfonil là thông thường nhất [2,31,61]. Phản ứng sulfonil hóa các hợp
ch
ấ
t
phenol nhằm tổng hợp các arensulfonat aril thường được xúc tác bởi:
piridin
[24,63], Me
3
N.HCI [85], 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octan (DABCO) [26], NaOH
[22],
Fe
3+
-montmorillonite [15], và các dị poliacid như AlPW
12

O
40
[20],
Al
2
O
3
/MeSO
3
H
[66]. Mặc dù có nhiều phương pháp tổng hợp đã được trình bày, sự sulfonil
hóa
phenol bởi clorur arensulfonil trong sự có mặt của baz vẫn được sử dụng nhiều
b
ở
i
tính hiệu quả và quá trình phản ứng đơn
gi
ả
n.
Phương pháp NaOH: Việc sử dụng baz NaOH được thực hiện bằng cách
s
ử
dụng clorur arensulfonil với phenol với tỉ lệ mol phenol:clorur
p-
toluensulfonil:NaOH là 1:1.1:1, khuấy từ ở nhiệt độ không quá 15
o
C trong 8
gi
ờ

.
Phương pháp piridin: Hoặc với baz piridin thì tỉ lệ mol phenol:clorur
p-
toluensulfonil:piridin là 1:1:4, khuấy từ ở nhiệt độ không quá 20
o
C trong 3 giờ
20
phút. Phương pháp piridin cho hiệu suất nói chung tốt hơn phương pháp
NaOH.
Phương pháp piridin-cloroform: Dùng cloroform làm dung môi hòa tan
tác
chất và chất nền, nên lượng piridin sử dụng ít hơn so với phương pháp
piridin,
phenol:clorur p-toluensulfonil:piridin là 1:1.5:2, khuấy từ ở 0
o
C trong 2.5
gi
ờ
.
Năm 1995, các tác giả [48] thực hiện điều chế các arensulfonat aril trong
đi
ề
u
kiện xúc tác (4,4-dimetilamino)piridin (DMAP). Tỉ lệ
phenol:clorur
arensulfonil:xúc tác là 1:1:0.02 trong dung môi là piridin khan (dùng với lượng
th
ừ
a
15 mol), đun hoàn

l
ư
u.
Năm 2006, các tác giả R. Fazaeli và cộng sự [20] thực hiện phản ứng tosil
hóa
các phenol bởi clorur p-toluensulfonil sử dụng các dị poliacid làm chất xúc
tác
(H
3
PW
12
O
40
, H
3
PWo
12
O
40
, AlPW
12
O
40
, và AlPWo
12
O
40
) không sử dụng dung
môi,
với tỉ lệ mol phenol:clorur p-toluensulfonil:xúc tác là 1:0.03:1.2 ở nhiệt độ

phòng.
Tuy nhiên, các xúc tác này đắt tiền, nên việc sử dụng ở Việt Nam bị hạn
ch
ế
.
Năm 2008, G.A. Meshram và cộng sự [42] thực hiện phản ứng sulfonil
hóa
các phenol với xúc tác là CuO trong điều kiện êm dịu, giá thành xúc tác rẻ và
độ
chọn lọc cao. Tỉ lệ mol phenol:clorur p-toluensulfonil:xúc tác là 2:2:0.1 dung
môi
acetonitril ở nhiệt độ
phòng.
1.2 PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ
FRIES
Phản ứng chuyển vị Fries được đặt tên theo nhà hóa học Karl Theophil Fries,
là
phản ứng chuyển vị của các aril ester thành các acilphenol. Phản ứng chuyển
v
ị
Fries là một dạng đặc biệt của phản ứng Friedel-Crafts, được dùng để điều chế
các
hidroxi ceton hương phương
[72].
Với sự hiện diện của acid Brønsted hoặc acid Lewis (AlCl
3
, ZnCl
2
,
FeCl

3
,…),
các aril ester biến đổi thành orto- và (hoặc) para-acilphenol
[5].
1.2.1 Cơ chế của phản ứng chuyển vị
Fries
Phản ứng được xúc tác bởi lượng thừa acid Brønsted hoặc acid Lewis, do
có
sự hình thành phức với cả chất nền ban đầu và sản
ph
ẩ
m.
Phản ứng chuyển vị Fries có thể xảy ra theo 2 cơ chế: cơ chế liên phân tử
và
cơ chế nội phân
t
ử
.
1.2.1.1 Cơ chế liên phân
tử
Chuyển vị Fries là một phản ứng liên phân tử, gồm có một sự giải li và
một
sự tái súc hợp
[5].
AlCl
3
AlCl
3
O O
O O

O O
AlCl
3
CH
3
CH
3
CH
3
AlCl
3
O
O
CH
3
AlCl
3
O
O
C
CH
3
O
C
CH
3
AlCl
3
O
CH

3
O
H
+
AlCl
3
H
2
O
CH
3
OH CH
3
OH
O
H
O
O
H
3
C O
Một phức chất giữa acetat phenil và acid Lewis được tạo thành trong
giai
đoạn đầu. Kế đó, sự giải ly phức chất này sản xuất ion acetilium thân điện tử, và
ion
acetilium súc hợp lại với nhân hương phương, tại vị trí orto và para, cũng
giống
như trong sự acetil hóa Friedel –
Crafts.
Thông thường, ở nhiệt độ thấp, sản phẩm para được ưu đãi, và nhiệt độ

cao
trợ giúp sự tạo thành đồng phân orto. Điều này có thể giải thích như sau: Đồng
phân
para tạo thành nhanh hơn (kiểm soát động học), nhưng đồng phân orto bền
h
ơ
n
(kiểm soát nhiệt động học) nhờ có một nối hidrogen nội phân tử. Do đó, sản
ph
ẩ
m
orto và para có thể tách rời bằng phương pháp chưng cất hơi
n
ướ
c.
Cl
Al Cl
O
O
C
CH
3
Sau phản ứng tạo ra nhiều chất thải gây độc hại cho môi trường do xúc
tác
rất khó thu hồi và phản ứng thường được thực hiện trong dung môi hữu cơ
nh
ư
toluen.
1.2.1.2 Cơ chế nội phân
tử

Cơ chế nội phân tử trong chuyển vị Fries được trình bày như
sau:
O
O
CH
3
Cl
3
Al
COCH
3
O
Cl
OAlCl
2
OAlCl
2
OH
AlCl
3
-HCl
H
3
O
+
H COCH
3
COCH
3
COCH

3
Cl
3
Al COCH
3
O
Cl
OAlCl
2
COCH
3
H
-HCl
OAlCl
2
OH
COCH
3
COCH
3
H
3
O
+
1.2.1.3 Phản ứng chuyển vị quang hóa
Fries
Ngoài phản ứng chuyển vị Fries thông thường cần có sự xúc tác của
acid,
phản ứng Fries còn được xúc tác bởi ánh sáng, được gọi là phản ứng chuyển
v

ị
quang hóa Fries. Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do, được nghiên cứu đầu
tiên
bởi hai tác giả Anderson và Reese vào năm 1960 [10]. Tuy nhiên, phản ứng
chuy
ể
n
vị quang hóa Fries cho hiệu suất thấp nên chỉ áp dụng hạn chế trong phòng
thí
nghiệm
[8].
Các tác giả đề nghị cơ chế phản ứng chuyển vị quang hóa Fries như sau
[32]:
O
O
∗
O
CH
3
O
CH
3
h
ν
etanol
O
O
O
O C
O

CH
3
H
C
CH
3
OH
O
H
O
COCH
3
H
H
COCH
3
OH
COCH
3
H
3
COC
OH
Việc nghiên cứu phản ứng quang hóa không chỉ dừng lại ớ các aril ester [13]
mà
còn được nghiên cứu trên nhiều loại hợp chất hương phương, bao gồm
các
acetanilid [19], sulfonanilid [51], sulfonat aril [44, 59], carbamat, sulfamat,
cinamat
[27],

v.v.
1.2.1.4 Phản ứng chuyển vị Fries theo cơ chế
anion
Phản ứng chuyển vị Fries theo cơ chế anion lần đầu tiên được công bố bởi
tác
giả Melvin năm 1981 [41]. Phản ứng này được sử dụng nhiều trong ngành
công
nghiệp sản xuất dược phẩm và được phát triển mạnh bởi Snieckus và cộng sự
[49].
Phản ứng chuyển vị Fries theo cơ chế anion của Snieckus trên các carbamat aril
là
cách thức hiệu quả cho sự thế vào vị trí orto xảy ra theo cơ chế thế thân hạch
h
ươ
ng
phương với xúc tác baz mạnh
[67].
R
R
O O
O
Li
O
O
O
OH
O
Li
sec-BuLi
H

3
O
+
1.2.2 Xúc tác dùng trong phản ứng chuyển vị
Fries
Qua nghiên cứu một số lượng lớn các bài báo liên quan đến phản ứng
chuy
ể
n
vị Fries được xúc tiến bởi cả xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể, vấn đề cơ chế
của
phản ứng này được làm sáng tỏ hơn nhiều. Để giúp người đọc có thể rút ra
đượ
c
những kết luận rõ ràng nhất từ những mâu thuẫn về cơ chế phản ứng trước
đây,
chúng tôi tổng kết lại những khía cạnh khái quát nhất dựa theo việc so sánh
ph
ả
n
ứng được xúc tiến bởi acid Lewis cổ điển như AlCl
3
và xúc tác rắn: thứ nhất,
hi
ệ
u
suất của orto-HAP cao hơn ở nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ thấp; thứ hai, tỉ
l
ệ
orto/para tăng khi thời gian phản ứng tăng cùng với lượng xúc tác giảm xuống;

th
ứ
ba, dung môi phân cực xúc tiến cho sự tạo thành sản phẩm para-HAP trong
đi
ề
u
kiện đồng thể. Tỉ lệ sản phẩm orto/para được xác định mật độ điện tử tại các vị
trí
orto và para trong gốc phenoxi, điều này không phải là yếu tố kiểm soát với xúc
tác
zeolite [28]. Từ thực nghiệm cho thấy sự hiện diện của phenol trong môi
tr
ườ
ng
phản ứng được biểu thị trong phản ứng acil hóa liên phân tử hoặc phản ứng
deacil
hóa.
R
R
OCOMe
OH
OCOMe
O
2
Me
OCOMe
OH
H
2
C C O

Trong khi quá trình đầu tiên trình bày có sự hình thành một phần tử
mang
điện tích dương bởi vì các acetoxiacetophenon có thể chuyển hóa thành các
HAP,
và phản ứng có thể tiếp tục diễn ra xa hơn sự acil hóa phenol liên phân tử để tạo
c
ả
orto- và para-HAP, còn quá trình thứ hai sản sinh ra một ceten có khả năng
ph
ả
n
ứng cao, là nguyên nhân quan trọng nhất giải thích cho sự khử hoạt tính xúc tác
của
các xúc tác dị
th
ể
.
1.2.2.1 Triflat kim
loại
Phản ứng chuyển vị Fries của phenil và 1-naptil ester có thể thực hiện
hi
ệ
u
quả bằng sự xúc tác của triflat hafnium [35]. Phản ứng được thực hiện trong
dung
môi toluen-nitrometan ở 100
o
C trong 6 giờ. Nhiều thí dụ về phản ứng Fries
có
nhiều ứng dụng trong tổng hợp được trình bày trong bảng 1.1. Trong tất cả

các
trường hợp, sự chọn lọc sản phẩm hoàn toàn có thể đạt được, và sản phẩm
2-acil
hóa phenol hoặc naptol được cô lập với hiệu suất
cao.
Bảng 1.1: Phản ứng chuyển vị Fries của các phenil ester xúc tác bởi
Hf(OTf)
4
OCOR
4
OH
O
R
1
R
1
R
4
Hf(OTf)
4
, PhMe/MeNO
2
, 100
o
C, 6
h
R
2
R
2

R
3
R
1
R
2
R
3
R
4
R
3
Xúc tác (%
mol)
Hiệu suất
(%)
H
OMe
H
Me
20
53
H OMe H
c-C
6
H
11
20 72
H Me H Me 20 64
H

Bu
t
H Me 10 60
H H Me Me 20 62
CH=CH-CH=CH H Me 5 76


C

H=C

H-C

H=CH



H

c

-C
6
H
11
5

82

Kết quả của phản ứng chuyển vị Fries của 1-naptil ester xúc tác bởi

triflat
scandium (5% mol) được trình bày trong bảng 1.2. Phản ứng cũng xảy ra một
cách
dễ dàng trong toluen ở 100
o
C trong 6 giờ tạo 1-hidroxi-2-naptil ceton với sự
chọn
lọc cao. Hiệu suất phản ứng đạt được cao hơn khi dùng AlCl
3
[73].
Bảng 1.2: Phản ứng chuyển vị Fries của các naptil ester xúc tác bởi
Sc(OTf)
3
OCOR
3
OH
O
Sc(OTf)
3
, PhMe, 100
o
C, 6 h
R
R
1
R
2
R
1
R

2
R
1
R
2
R
3
Hiệu suất
(%)
H H Me
85
H H Et
89
H H C
5
H
11
85
H H c-C
6
H
11
78
H OMe Me
80
3


Me

H

Me

66


Những kết quả trên có thể khẳng định được rằng phản ứng chuyển vị
Fries
được thực hiện trong sự hiện diện của triflat kim loại chuyển tiếp như một hệ
đồng
thể cho hiệu quả xúc tác cao, độc tính thấp, an toàn với môi trường. Tuy nhiên,
giá
thành của xúc tác rất cao làm giới hạn giá trị sử dụng của
nó.
Bi(OTf)
3
.4H
2
O [54] cũng được sử dụng như một xúc tác có hoạt tính tốt
cho
phản ứng chuyển vị Fries của các PA để tạo các 2-hidroxiaril ceton. Trong phản
ứ
ng
với acetat 1-naptil, triflat bismuth (10% mol) cho hiệu suất tốt nhất với
2-acetil-1-
naptol. Phản ứng được thực hiện trong dung môi toluen hoặc nitroetan ở 110
o
C
trong 3-15

gi
ờ
.
Bảng 1.3: Phản ứng chuyển vị Fries của các naptil ester xúc tác bởi
Bi(OTf)
3
OCOMe
OH
O
Me
Bi(OTf)
3
, PhMe, 110 C, 3-15
h
R
1
R
2
R
1
R
2
R
1
R
2
Dung môi Hiệu suất
(%)
H
H

PhMe
80
H H
EtNO
2
84
H OMe PhMe 71
H OMe
EtNO
2
81
OMe H PhMe 65
OMe H
EtNO
2
66
H Cl PhMe 82
H Cl
EtNO
2
41
H
O
2
CMe
PhMe 64


H

O
2
CMe

Et

NO
2
6

Luận văn Thạc
Trang
o
1.2.2.2 Halogenur kim
loại
Các polihidroxibenzophenon có thể được tổng hợp với hiệu suất cao
b
ằ
ng
phản ứng chuyển vị Fries của các polihidroxibenzoat trong sự có mặt của
zirconium
(IV), sắt (III), thiếc (IV) và bismuth (III) halogenur (20-200%) ở 30-90
o
C
[84].
Phản ứng chuyển vị Fries của các benzensulfinat aril dưới sự xúc tác
của
AlCl
3
, tỉ lệ phenol và xúc tác là 1:2 (về số mol) ở 25 °C, khuấy từ trong 1 giờ

đạ
t
được hiệu suất cao các (phenilsulfinil)phenol [30] (bảng
1.4).
Bảng 1.4: Phản ứng chuyển vị Fries điều chế các (phenilsulfinil)phenol xúc
tác
AlCl
3
OH
R
PhSOCl
THF,
piridin
1
OSOPh
AlCl
3
R
CH
2
Cl
2
25
0
C
2
OH
O
S
Ph

R
3
Phenol
Hiệu suất
2 (%)
Sản phẩm chuyển vị
3
Hiệu suất 3
(%)
R=
4-Me 87 2-SOPh 77
R=
4-OMe 92 2-SOPh 87
R=
3-Cl 91 6-SOPh 72
R=
3-Me 89
6-SOPh : 4-SOPh
(3.5:1) 77
R=
2-Me 90
6-SOPh : 4-SOPh
(1:2.5) 80
Tương tự, FeCl
3
[40] cũng xúc tác có hiệu quả cho phản ứng chuyển vị
các
sulfinat aril. Kết quả được trình bày trong bảng
1.5.
O

O
S
S
O
FeCl
3
Me
CH
2
Cl
2,
25
0
C
HO
R
OH
O
S
Me
Me
R
(1)
(2)
(3)
R
(a) R=H; (b) R=4-Me; (c) R=4-
t
Bu; (d) R=2,6-dimetil; (e) R=4-Cl;(f) R=4-Br; (g)
R=4-OMe.

Bảng 1.5: Phản ứng chuyển vị của các p-toluensulfinat aril dưới điều kiện tối
ư
u
Aril
Thời gian
(gi
ờ
)
Sản
phẩm
Hiệu suất
(%)
Phenil 2 2a 82
4-Metilphenil 1 3b 75
4-tert-Butilphenil 1 3c 96
2,6-Dimetilphenil 1 2d 73
4-Clorophenil 2 3e 72
4-Bromophenil 2 3f 80
4-Metoxiphenil 1 3g 100
Việc kết hợp chiếu xạ vi sóng và sử dụng xúc tác trong điều kiện không
dung
môi cung cấp quy trình tổng hợp hữu cơ có giá trị cao như tốc độ phản ứng
nhanh,
hiệu suất cao hơn, tính chọn lọc tốt hơn và thao tác thực hiện dễ dàng hơn. Các
tác
giả thực hiện phản ứng chuyển vị Fries của các arensulfonat aril dưới các điều
ki
ệ
n
thân thiện với môi trường cùng sự chiếu xạ vi sóng xúc tác AlCl

3
-ZnCl
2
được
t
ẩ
m
trên silica gel [46] (bảng
1.6).
Bảng 1.6: Phản ứng chuyển vị của các arensulfonat aril dưới sự chiếu xạ vi
sóng
xúc tác AlCl
3
-ZnCl
2
được tẩm trên silica
gel
Chất nền
Sản phẩm
Thời gian/ phút
(Hiệu suất %)
Nhiệt độ nóng chảy
δ OH
(ppm)
OTs
OH Ts
10(87)
126 (orto )
143(para )
9.15

OTs
Ts
OH
10(67) 139
11.0
OBs
Me
OH
Me
Bs
10(74) 184-6 8.8
OBs
Cl
OH
Cl
Bs
10(69) 160 9.0
O
SO
2
2-naphtil
Me
OH
2-naphtil
Me S
O
2
10(80) 160
9.25
Thời gian phản ứng được tối ưu sau nhiều thí

nghiệm.
Hiệu suất phản ứng dựa trên sản phẩm được cô
lập.
1.2.2.3 Kim
loại
Phản ứng chuyển vị Fries sử dụng bột kẽm là một xúc tác không độc hại
và
không đắt được kích hoạt bằng vi sóng thu được kết quả đáng chú ý
[56].
O
O
1 mol Zn
0.5 mol DMF
1. 80
0
C, 0.5-7 h
R
2. MW (480 W), 80
0
C, 2.25-23 phút
OH
OH O
R
R
O
Bảng 1.7: Phản ứng chuyển vị Fries của acetat phenil được xúc tiến bởi bột
k
ẽ
m
trong DMF dưới sự chiếu xạ vi sóng và đun nóng truyền

thống
Chất
nền
Vi
sóng
Đun nóng truyền
thống
Nhiệt
độ
(
o
C
)
Thời
gian
(phút)
Hiệu
suất
(%)
Tỉ lệ
sản
phẩm
Nhiệt
độ
(
o
C
)
Thời
gian

(phút)
Hiệu
suất
(%)
Tỉ lệ
sản
phẩm
orto para orto para
OCOMe
65 3 75 100 65 360 70 100
OCOMe
Me
68 5 74 100 68 30 69 100
OCOMe
O
2
N
64 13 76 100 64 60 65 100
OCOMe
Cl
68 18 79 100 68 120 75 100
OCOMe
CHO
46 10 77 100 46 90 70 100
OCOMe
Me
O
49 12 70 100 49 75 68 100
OCOMe
MeO

CHO
84 25 76 100 84 60 75 100
Như vậy, bằng sự kích hoạt vi sóng, sản phẩm para-HAP không có,
ng
ượ
c
lại bằng sự đun nóng truyền thống, sản phẩm orto-HAP không có. Tuy nhiên,
s
ự
deacil hóa có thể xảy ra trong trường hợp kích hoạt phản ứng bằng cách
truy
ề
n
thống. Bột kẽm sau phản ứng có thể được thu hồi, tái sử dụng sau khi rửa với
dietil
eter.
1.2.2.4 sec-Butillitium
[43,70]
Phản ứng chuyển vị Fries có sự chọn lọc vị trí orto được xúc tác bởi kim
lo
ạ
i
đã được báo cáo, bắt đầu từ các orto-bromophenil và sec-butillitium ester [43].
Ph
ả
n
ứng được thực hiện ở -95
o
C với tetrahidrofuran:dietil eter:hexan (tỉ lệ 4:1:1)
b

ằ
ng
các khuấy từ trong 30 phút, tiếp đó khuấy từ 30 phút ở 78
o
C. Các
orto-hidroxiaril
ceton là sản phẩm duy nhất thu được (bảng
1.8).
Bảng 1.8: Phản ứng chuyển vị Fries của các orto-bromophenil ester xúc tác bởi
sec-
butillitium
OCOR
3
OH
O
R
1
Br
R
1
R
3
Bu
s
Li, THF/Et
2
O/hexan (4/1/1), -95
o
C, 1
h

R
2
R
2
R
1
R
2
R
3
Hiệu suất
(%)
H
H
Me
17
H
H
Pr
i
62
H H
Bu
t
76
H H Ph 7
H
H
1-adamantil
7

H
H
Bu
t
CH
2
91
H
Me
Bu
t
71
H Me
Bu
t
CH
2
84
H H
C(Me)
2
CH
2
Cl
49
Me
Me
Et
31
Me

Me
Pr
i
72


B

u
t
B

u
t
Me

52

1.2.2.5
Zeolit
Sự chuyển vị Fries của PA trong pha lỏng được tiến hành dưới sự có mặt
của
zeolite ZSM-5(41) ở 170
o
C, sự chọn lọc sản phẩm tốt (orto/para = 0.17) có thể
đạ
t
được sau 24 giờ [16] bằng cách giữ độ chuyển hóa của ester ban đầu khoảng
20%.
Khi phản ứng được thực hiện lại trên zeolite Nu-10, hỗn hợp sản phẩm orto và

para
được cô lập với tỉ lệ 1:1. Sự khác biệt này có thể giải thích do kích thước của các
lỗ
của zeolite Nu-10 nhỏ hơn cản trở sự tiếp cận của tác nhân tạo thành các đồng
phân.
Những nghiên cứu so sánh cho thấy hoạt tính xúc tác của Nafion và
ZSM-5
tương tự nhau nhưng ZSM-5 có sự chọn lựa đồng phân para
h
ơ
n.
Phản ứng tương tự được thực hiện ở 200
o
C trong 24 giờ với sự xúc tác
của
ZSM-5(40), cho sự chuyển hóa PA 69%, sự hình thành phenol thấp và sản
ph
ẩ
m
phụ, tuy nhiên sự chọn lọc sản phẩm para không như mong đợi (orto/para =
0.67).
Việc xử lý xúc tác với triphenilclorosilan, làm giảm hoạt tính trên bề mặt của
xúc
tác làm ảnh hưởng đến tính chất xúc tác, thí dụ như tỉ lệ sản phẩm orto/para
cao
hơn khi dùng xúc tác ban đầu (độ chuyển hóa 81%, tỉ lệ orto/para = 0.5). Điều
này
chứng minh rằng phản ứng xảy ra bề mặt lỗ trống của xúc tác. Sự giảm hoạt xúc
tác
được nhận thấy sau 20 giờ (độ chuyển hóa 45-47%) trong phản ứng ở pha lỏng

ở
cùng nhiệt
độ.
HZSM-5 trao đổi Ga được áp dụng xúc tiến phản ứng trong pha khí ở 250
o
C
[35] cho độ chuyển hóa là 71%, trong đó, 46% khối lượng sản phẩm o-HAP, và
5%
p-HAP. Sự chọn lọc sản phẩm orto cao như vậy có thể là giải thích do sự
d
ị
ch
chuyển nhóm acil vào vị trí orto dễ dàng hơn vị trí para, đặc biệt trong pha khí,
đi
ề
u
này phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên tỉ lệ sản phẩm orto/para đã
đượ
c
chứng minh trước đây
[52].
Một loạt các nghiên cứu được thực hiện trên phản ứng chuyển vị Fries
d
ướ
i
điều kiện chiếu sáng [60]. Với các HX, HY trao đổi Li-, Na-, và K- và
HZSM-5
zeolite đã được thực hiện, sự chiếu xạ trong hexan (như là chất pha loãng) thu
đượ
c

độ chuyển hóa khoảng 30%. Phản ứng quang hóa với LiX, NaX, LiY, và
NaY
zeolite cho tỉ lệ sản phẩm đồng phân para thấp (<10%), trong khi với KX và
KY
zeolit, đồng phân orto là sản phẩm được loại
tr
ừ
.
Các zeolite – mang tính acid – có khả năng xúc tác tốt hơn các acid
lewis
truyền thống ở hoạt tính và khả năng chọn lọc của chúng, và có thể được tái
s
ử
dụng, không gây ô nhiễm môi trường. Các tác giả [65] đã thực hiện phản
ứ
ng
chuyển vị của PA với các xúc tác ZSM-5 cải tiến cho hiệu suất tốt ở điều kiện
ôn
hòa.
Bảng 1.9: Phản ứng chuyển vị Fries của các acetat phenil xúc tác ZSM-5 cải
ti
ế
n
Hiệu suất
của
STT Xúc tác
% Chuyển
hóa
PA
1 HZSM-5

49.6
2 GaZSM-5
71.0
3 NiZSM-5
48.3
4 PdZSM-5
78.2
5 PtZSM-5
82.3
6 SmZSM-5
89.4
7 WZSM-5
33.0
Khối lượng xúc tác = 4 g; nhiệt độ = 250
0
C
1.2.2.6 Dị poliacid (heteropoly acid -
HPA)
Phản ứng chuyển vị Fries của các phenil ester xúc tác với HPA và muối
HPA
đã được nghiên cứu rất kĩ bởi tác giả Kozhevnikov và các cộng sự [36]. Có ba
d
ạ
ng
xúc tác HPA, HPA tẩm trên silica (HPA/SiO
2
), (bao gồm cả muối cesium của
nó),
và HPA tẩm trên sol-gel silica (HPA-SiO
2

). Muối không tan Cs
2.5
H
0.5
PW
(CsHPA)
xúc tác cho phản ứng này trong môi trường phân cực như nitrobenzen với
độ
chuyển hóa 9% PA, mặc dù khả năng xúc tác kém hơn HPA hoặc HPA/SiO
2
, nó
l
ạ
i
có tính chọn lọc hơn HPA, phenol tạo thành
ít.
Bảng 1.10: Phản ứng chuyển vị Fries của acetat phenil xúc tác H
3
PW
12
O
40
(2
gi
ờ
)
Xúc
tác
(%
khối

lượng)
Dung
môi
(PhOAc,
%
khối
lượng)
Nhiệt
độ
(
o
C)
Độ
chuyển
hóa
(%)
Độ chọn lọc
(%)
PhOH 2-HAP 4-HAP
4-AAP
PW
(0.6)
PhOAc
(100)
150 5.5 49 5.2 5.6 40
PW
(3.0)
PhOAc
(100)
150 19.2 52 5.7 15 28

PW
(3.0)
PhOAc
(25)
150 45.8 52 12 24 12
PW
(0.6)
PhOAc
(25)
130 21.0 46 7.8 18 27
PW
(0.6)
PhNO
2
(25)
100 10.5 55 5.1 10 29
H
2
SO
4
(1.4)
PhNO
2
(25)
130 12.8 37 9.4 7.6 16
PW
(0.6)
PhNO
2
130 3.1 69 8.0 0.0 2.3

Phenol
(% khối
l
ượ
ng)
2-HAP
(% khối
l
ượ
ng)
36.5
13.1
20.5
46 0
28.1
(50)
40%
PW/SiO
2
(1.5)
PhNO
2
(25)
130 8.3 62 10 6.0 22
1.2.2.7 Đất
sét
Trong số các loại xúc tác dị thể khác nhau được nghiên cứu cho phản
ứ
ng
chuyển vị Fries, đất sét và các loại đất sét biến tính cũng được chú ý nhiều

[80].
Hoạt tính của montmorillonite K-10 (K10) và montmorillonite K-10 được xử lý
v
ớ
i
acid (HK10) và montmorillonite K-10 được xử lý với natrium và aluminum
(NaK10
và AlK10) trong phản ứng chuyển vị Fries của các acetat và benzoat phenil
và
naptil đã được nghiên cứu nhiều. Kết quả được trình bày trong bảng
1.11.
Bảng 1.11: Phản ứng chuyển vị Fries của các phenil và 1-naptil ester ở 140
o
C
trong 5 giờ xúc tác bởi đất sét và đất sét biến
tính
Tỉ lệ sản
phẩm
Xúc tác Chất nền
Độ
chuyển
hóa
(%)
2-isomer
4-isomer Phenol/
1-naptol
K10

PA
NaK10

PA
HK10

PA
AlK10

PA
K10
PB
NaK10
PB
HK10

PB
AlK10

PB
K10

Acetat 1-naptil
NaK10

Acetat 1-naptil
HK10

Acetat 1-naptil
AlK10

Acetat 1-naptil

K10 Benzoat 1-naptil
NaK10

Benzoat 1-naptil
HK10

Benzoat 1-naptil
AlK10

Benzoat 1-naptil
97 0
100 0
100 0
100 0
69 20
68 6
77 14
74 14
0 4
0 6
0 11
0 5
0 0
0 11
0 11
0 13
88
3
81
0

100
0
100
0
90
11
94
26
100
9
100
12
72
94
66
94