Báo cáo hướng dẫn giữa sản xuất Nitro dạng quinon axi của metyleugenol với semicacbazit

PHẢN ỨNG GIỮA DẪN XUẤT NITRO DẠNG QUINON-AXI
CỦA METYLEUGENOL VỚI SEMICACBAZIT
Nguyễn Thị Ngọc Mai, Ngô Xuân Lương
Khoa KHTN Đại học Hồng Đức Thanh Hóa
TĨM TẮT
Hợp chất nitro dạng quinon-axi là một chất trung gian rất kém bền trong quá
trình nổ. Trong các phản ứng hóa học nó thường bị phân hủy hoặc chuyển hóa về
dạng phenol-nitro. Việc tạo ra các nhóm thế khác nhau ở nhánh allyl của
metyleugenol qua hợp chất quinon-axi trung gian sẽ tạo ra các hợp chất mới có khả
năng đóng vịng thành các dị vịng có ích. Bài báo này chúng tơi trình bày sản phẩm
của phản ứng giữa dẫn xuất nitro dạng quinon-axi với semicacbazit trong hai điều
kiện khác nhau. Cấu trúc của sản phẩm được chứng minh bằng các phổ IR, 1H NMR,
13
C NMR, HMBC.
Từ khóa: quinon-axi, metyleugenol, semicacbazit
I. MỞ ĐẦU
Eugenol (thành phần chính của tinh dầu hương nhu) không những được sử
dụng trong sản xuất hương liệu mà còn được sử dụng nhiều trong sản xuất dược
liệu do nó có hoạt tính sinh học cao mà lại hầu như không độc hại với cơ thể. Việc
tổng hợp những dẫn xuất mới của một hợp chất vốn có nhiều ứng dụng như
eugenol đồng thời tìm kiếm ứng dụng mới của chúng vào thực tế đương nhiên là
một vấn đề đáng được quan tâm và có nhiều điều hứng thú.
Từ eugenol đã tổng hợp được metyleugenol tinh khiết là chất lỏng, sánh như
dầu, màu vàng nhạt, khơng tan trong nước, có mùi thơm đăc trưng và có hoạt tính
sinh học cao (một chất dẫn dụ đặc biệt đối với loài ruồi vàng Bactrocera dorsalis).
Từ metyleugenol chuyển hóa thành các este, amit, hiđrazit, đặc biệt là nhiều dãy dị
vòng oxađiazole, furoxan, triazole.... Tuy nhiên dẫn xuất nitro dạng quinon-axi của
chúng thì chưa được đề cập tới.
II. THỰC NGHIỆM
II.1. Sơ đồ tổng hợp các chất

1


OCH3
H2NCONHNH2.HCl
CH3COONa

O2N

OCH3
OCH3

1.CH3COOH
2. HNO3

H2C

O2N
O2NO

C CH2
H

(Metyleugenol)

O

O
N

OH
NO2
H
H2C C CH2
NH NH C NH2
O

(B1)

OCH3

OCH3

OH

OH

(B0)
O2N
H2NCONHNH2.HCl/DMSO

CH

CH

CH N NH C NH2
O

(B2)

II.2. Cách tiến hành
II.2.1. Nitro hoá metyleugenol
Cho 4 ml metyleugenol vào bình cầu một cổ, sau đó cho tiếp 8 ml axit axetic
băng vào. Làm lạnh dung dịch trên bằng hỗn hợp đá muối đồng thời khuấy đều
trong 30 phút. Dùng pipet lấy 4 ml dung dịch HNO3 đặc (d=1,39 g/ml) rồi nhỏ từ từ
vào dung dịch trên. Tiếp tục khuấy và ngâm hỗn hợp trên trong đá muối trong
vòng 2,5 – 3 giờ thấy xuất hiện chất rắn màu vàng tươi. Để hỗn hợp qua đêm, sau
đó lọc lấy phần chất rắn màu vàng, rửa sản phẩm nhiều lần bằng etyl axetat cho đến
khi nước rửa trong. Để sản phẩm khơ tự nhiên ở nhiệt độ phịng (tránh ánh sáng
trực tiếp) thu được sản phẩm sạch màu vàng tươi, phân hủy ở nhiệt độ >160 0C. Kí
hiệu sản phẩm là B0. Hiệu suất phản ứng đạt 50%. Cấu trúc của B0 đã được chứng
minh chính xác qua các phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, HMBC, UV-vis, ESI-MS.
II.2.2. Phản ứng của B0 với semicacbazit hiđroclorua trong dung dịch đệm axetat
Hoà tan hỗn hợp gồm 2 mmol H2N-NH-CO-NH2.HCl và 2 mmol
CH3COOONa trong 3 ml H2O. Cho rất từ từ 1 mmol B0 vào hỗn hợp trên và khuấy
đều trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng đến khi B0 tan hết thu được dung dịch
trong suốt màu nâu đỏ. Khuấy tiếp hỗn hợp thêm 1 giờ dung dịch dần xuất hiện
chất rắn và tạo thành khối chất rắn màu nâu nhạt. Lọc lấy chất rắn, kết tinh trong
nước cất thu được tinh thể hình khối, màu trắng đục. Ký hiệu sản phẩm là B1. Hiệu
suất phản ứng đạt 55%, t0nc=1720C.
II.2.3. Phản ứng của B0 với semicacbazit hiđroclorua trong DMSO
Hoà tan hỗn hợp gồm 1 mmol B0 và 2 mmol semicacbazit hiđroclorua (H 2NNH-CO-NH2.HCl) trong 3 ml DMSO. Khuấy hỗn hợp trên máy khuấy từ gia nhiệt ở

2


700C trong 5 giờ (có lắp sinh hàn hồi lưu). Hỗn hợp phản ứng là dung dịch màu đỏ
nâu. Đổ dung dịch vào cốc nước đá và khuấy đều thấy xuất hiện chất rắn màu vàng.
Lọc lấy chất rắn và rửa nhiều lần bằng nước lạnh để đuổi hết DMSO. Kết tinh sản
phẩm trong C2H5OH: H2O: Đioxan (1:2:1) thu được chất bột màu đỏ nâu. Ký hiệu sản

phẩm là B2. Hiệu suất phản ứng đạt 65%.
II.3. Xác định cấu trúc các hợp chất tổng hợp được
Sử dụng bản mỏng nhôm silicagel GF254 tráng sẵn của Merck. Hệ dung môi

giải hấp là metanol:clorofom. Hiện vết bằng đèn tử ngoại. Nhiệt độ nóng chảy của các
chất tổng hợp được xác định trên máy Stuart. Phổ hồng ngoại của các chất được ghi trên
máy FTS-6000 (Bio-Rad, USA).Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H NMR,

13

C NMR,

HMBC) được ghi trong dung môi DMSO trên máy Bruker XL-500.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Các dữ liệu về phổ IR, 1H NMR, 13C NMR và HMBC đã giúp chúng tôi xác
định được rằng cấu tạo của B1 và B2 khơng cịn ở dạng quinon-axi như ở B0 nữa mà
chuyển thành dạng phenol-nitro, đồng thời ở B1 vị trí C9 đã có sự thay thế nhóm
-ONO2 bằng nhóm -HN-NH-CO-NH2, ở B2 không tạo ra sản phẩm thế mà tạo ra sản
phảm ngưng tụ. Công thức cấu tạo của B1 và B2 là:
OCH3

N
NH
C O O2N
NH2

OH
O2N

NO2

H
H2C C CH2
NH NH C NH2
O

OH
OCH3

(B2)

(B1)

Dưới đây là kết quả phân tích chi tiết các phổ đo được nhằm làm sáng tỏ cấu
trúc của B1 và B2.
III.1. Phổ IR của B1 và B2
Trên phổ IR của B1 và B2 các vân hấp thụ chính khơng khác nhau, một số
vân hấp thụ chính được trình bày ở Bảng 1.
3


Bảng 1: Một số vân phổ hồng ngoại của B1và B2 (cm-1)
Hợp chất
B1

B2

ν OH
ν NH
3462
3350

3300
3120
3448
3342
3194

ν CH
thơm

ν CH
no

ν CO
amit

ν C=C
thơm

ν C-NO2

ν C-O

3100

2975

1692

1582
1554

1519
1320

1299
1213

3080
3000

2932
2850

1681

1581
1511

1511
1328

1282
1209

III.2. Phổ 1H NMR của B1và B2
Phổ 1H NMR của B1 và B2 trong DMSO được trình bày ở Hình 1 và Hình
2.

Hình 1: Phổ 1H NMR của B1
Ở phổ 1H của B1 bên cạnh các tín hiệu chính (cường độ gần tương đương với

số proton gây ra tín hiệu) cịn có các tín hiệu phụ cường độ rất nhỏ khoảng dưới 7%
so với tín hiệu chính (dựa vào cường độ vân phổ nhọn của NHb ở 7,38 ppm). Cho
thấy bộ tín hiệu chính là của cấu tạo mà liên kết hiđro nội phân tử được hình thành
giữa proton nhóm NHa với nhóm C=O (B1a), cịn bộ tín hiệu phụ là của cấu tạo mà
liên kết hiđro nội phân tử được hình thành giữa proton của nhóm NH 2 (NHc,d) với
nguyên tử N của NHa (B1b). Để phân tích phổ NMR chúng tôi quy ước cách đánh số
như công thức ở Hình 3

4


7

7

6

O2N

1

2 OH

5
4

9

10

OCH3

OCH3
6

3 10

CH2NO2

H2C CH
a
8
N H
O
bH
c,d
NH2

O2N

1

2 OH

5

3 10

CH2NO2
H2C CH

c
8
H
aH N
N Hd
bH
O
4

(B1a)

9

(B1b)

9

8

N
5
NH
11 C O O2N
NH2

4

3

6

2 OH
1
7
OCH3

(B2)

Hình 3: Quy ước cách đánh số trên B1 và B2
Sự tạo liên kết hiđro nội phân tử khác nhau còn kéo theo sự tạo liên kết hiđro
liên phân tử (với DMSO) khác nhau. Do đó đã làm xuất hiện 2 bộ tín hiệu như
Bảng 2
Bảng 2: Hai bộ tín hiệu trên phổ 1H NMR của B1, δ (ppm)
H3/H6
H7/H9
H8a/H8b
H10a/H10b
NHa/NHb
NHc/NHd

B1a
6,846; s/7,615; s
3,845; s/3,531; m (và nước ẩm)
3,09; dd/2,94; dd
2
J8a,8b 14; 3J8a,9 7; 2J8b,9 7,5
4,64; dd/4,47; dd
2
J10a,10b 13,5; 3J10a,9 7; 2J10b,9 5
4,94; s; tù/7,38; s; nhọn (0,93H)

5,72; s; tù/5,72; s; tù

B1b
6,835; s/7,605; s
3,877/3,377; m (và nước ẩm)
3,07; dd/2,87; dd
4,67; dd/4,44; dd
5,58; s; tù/7,05; s; tù
5,84; s; tù/5,84; s; tù

Ở phổ 1H NMR của hợp chất B1, 2 vân đơn của H3 và H6 có độ chuyển dịch
hóa học 6,84 ppm và 7,61 ppm, lớn hơn nhiều so với ở phổ của B0 (6,30 và 6,68
ppm). Điều này chứng tỏ dạng quinon-axi của B0 đã khơng cịn mà chuyển hóa
thành nhân thơm bền vững.
Độ chuyển dịch hóa học của 2 proton H10a và H10b cao hơn hẳn so với các
proton của nhóm metilen thơng thường nên chúng tơi cho rằng C10 phải liên kết
trực tiếp với nhóm nguyên tử có độ âm điện lớn là nhóm NO2.
Tín hiệu proton H9 xuất hiện dưới dạng một vân bội, tù ở 3,53 ppm là do
tương tác bậc cao với H8a, H8b, H10a và H10b. Khi C9 đính với ONO 2 ở B0 thì
δH9=5,65 ppm, nếu ONO2 bị thay thế thành nhóm OH thì δH9 vào khoảng 4,4 ppm.
Ở B1 δH9 = 3,53 ppm chứng tỏ rằng C9 phải liên kết trực tiếp với nhóm nguyên tử
có độ âm điện kém hơn –ONO2 và OH ở đây chính là nhóm -HN-NH-CO-NH2.
5


Hình 2: Phổ 1H NMR giãn của B2
Điểm khác biệt lớn nhất giữa phổ của B2 so với B1 là tín hiệu của các
proton H8, H9, H10. Tín hiệu đều là những vân đơn cường độ 1H, độ chuyển dịch
hóa học là 7,68; 6,68; 7,23 ppm, tương ứng với các proton gắn với Csp 2. Đó chính
là các proton H10, H9 và H8 ở mạch nhánh của B3 (công thức A).

N C
9H

H10
C C

H8
Ar

(A)

Tương tác spin-spin của 3 proton đó được thể hiện rõ ràng trên phổ như sau:
Tín hiệu của H8 là vân đôi ở 7,23 ppm với J=16 Hz đặc trưng cho hằng số tách
giữa H8 và H9 ở vị trí trans (3J8,9=16 Hz). Tín hiệu của H9 là vân đôi-đôi ở 6,68
ppm với 3J9,8=16 Hz (do tương tác H9-H8) và 3J9,10=9,5 Hz (do tương tác H9-H10).
Hai vân phổ của H8 và H9 có hiệu ứng mái nhà. Tín hiệu của H10 ở 7,68 ppm với
3
J10,9=9,5 Hz (do tương tác H9-H10).
Bảng 3: Tín hiệu 1H NMR của hợp chất B2, δ (ppm), J (Hz)
H3

H6

H7

7,08;
s; 1H

7,61;
s; 1H

3,88; s;
3H

H8
7,23 d
J8,9 16

3

H9
6,68 dd
3
J9,8 16;
3
J9,10 9,5

H10
3

7,68 d
J10,9 9,5

H khác
OH: 10,67 s
NH: 10,26 s
NH2: 6,35 tù

III.3. Phổ 13C NMR của B1 và B2
Phổ 13C NMR của B1 được trình bày ở Hình 12. Trên phổ 13C NMR của B1

6


và B2 chúng tơi thấy xuất hiện 11 tín hiệu, tương ứng với 11 nguyên tử C không
tương đương. Đặc biệt trên phổ 13C NMR của B1 ngồi 11 tín hiệu chính tương ứng
với 11 ngun tử C khơng tương đương của B1 cịn có một số tín hiệu phụ (cường
độ nhỏ) đi kèm theo. Các tín hiệu chính là của cấu tạo mà liên kết hiđro nội phân tử
được hình thành giữa proton nhóm NHa với nhóm C=O (kí hiệu B1a). Các tín hiệu
phụ là của cấu tạo mà liên kết hiđro nội phân tử được hình thành giữa proton của
nhóm NH2 (NHc,d) với nguyên tử N của NHa (kí hiệu B1b) (xem Hình 11). Vì hàm
lượng của B1b hầu như không đáng kể nên sau đây ta chỉ chú ý đến các tín hiệu
chính của B1a.

Hình 4: Phở 13C NMR của B1

Hình 5: Phở 13C NMR của B2

Để xác định từng tín hiệu cacbon và hiđro trong hợp chất B1 và B2, chúng
tơi đã phân tích phổ HMBC.
III.4. Phổ HMBC của B1 và B2

7


Hình 6: Phổ HMBC của B1

Hình 7: Phổ HMBC của B2

Kết quả phân tích phổ HMBC của B1 được trình bày ở Bảng 7.

Bảng 4: Kết quả phân tích phổ HMBC của B1
Cacbon
C
δ (ppm)
C1
146,33
C2
151,91
C3
118,59
C4
127,82
C5
139,81
C6
109,15
C7
56,00
C8
33,59
C9
59,56
C10
76,99
C11
160,99

Có pic giao với proton
H
δ (ppm)

H3; H6; H7
6,84; 7,61; 3,84
H3; H6
6,84; 7,61
H8a; H8b
3,09; 2,94
H8a; H8b; H6
3,09; 2,94; 7,61
H3; H6; H8a; H8b
6,84; 7,61; 3,09; 2,94
H3
6,84
Hai vân đối xứng H7
3,84
H3; H10a; H10b
6,84; 4,64; 4,47
H8a; H8b; H10a; H10b
3,09; 2,94; 4,64; 4,47
H8a; H8b
3,09; 2,94
NHb
7,38

Trong số các tín hiệu proton của các nhóm NH, chỉ có tín hiệu của NHb ở
7,37 ppm là nhọn và có vân giao với cacbon cacbonyl C11, cịn các tín hiệu của
NH đều tù (do tạo liên kết hidro mạnh) nên không tạo được vân giao với bất kỳ
cacbon nào. Tuy nhiên NHb cũng không cho vân giao ở nhóm NH-N-C9 yếu hơn
so với giữa HC-C-C thơng thường. Từ kết quả phân tích phổ chúng tơi khẳng định
cơng thức cấu tạo như dự đốn là hồn tồn phù hợp.

8


Các píc giao trên phổ HMBC của B2 cho thấy các tín hiệu proton H8, H9 và
H10 đều có píc giao với tín hiệu của cacbon ở vùng Csp 2. Điều đó khẳng định đã
xảy ra phản ứng ngưng tụ và tách làm cho 3C ở mạch nhánh của B0 từ trạng thái
sp3 chuyển thành sp2.
Bảng 5: Kết quả phân tích phổ HMBC của B2
Cacbon
C
δ (ppm)
C1
147,51
C2
151,86
C3
112,90
C4
123,34
C5
138,85
C8
131,06
C9
128,60
C10
141,17
C11
156,28

Có pic giao với proton
H
δ (ppm)
H3; H6; H7; OH
7,08; 7,61; 3,88; 10,67
H3; H6; OH
7,08; 7,61; 10,67
H8; OH
7,23; 10,67
H6; H9
7,61; 6,68
H3; H6; H8
7,08; 7,61; 7,23
H3; H9; H10
7,08; 6,68; 7,68
H8; H10
7,23; 7,68
H8; NH
7,23; 10,26
NH
10,26

Như vậy, qua kết quả phân tích phổ một chiều ( 1H NMR và 13C NMR) và hai
chiều (HMBC) của B1 và B2 đã cho phép xác định chính xác tín hiệu của từng
nguyên tử cacbon và hiđro trong 2 hợp chất. Đồng thời cũng chứng tỏ cấu trúc của
B1 và B2 như dự đốn ban đầu là hồn tồn chính xác.
IV. KẾT LUẬN
1. Đã tiến hành một số phản ứng của B0 với semicacbazit trong dung dịch
đệm axetat và trong DMSO. Kết quả đã thu được 1 sản phẩm thế nhóm –ONO 2 và
1 sản phẩm ngưng tụ là kết quả của nhiều phản ứng xảy ra đồng thời.

2. Cấu trúc của các 2 hợp chất mới tổng hợp ra đã được xác định bằng các
phương pháp phổ IR, UV, 1H NMR, 13C NMR và HMBC. Đặc biệt đã chứng tỏ
rằng:
(i) Hợp chất B1 trong dung dịch tồn tại ở hai dạng liên kết hiđro nội phân tử
bền vững trong đó có 1 dạng chính (B1a) và 1 dạng phụ (B1b).
(ii) Khi đun nóng B0 và với semicacbazit trong DMSO đã xảy ra đồng thời
phản ứng thế nhóm –ONO2, tách HOH, chuyển nhóm –CH2NO2 thành nhóm –CHO
và ngưng tụ với semicacbazit để tạo ra sản phẩm chính.

9


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2.

3.

4.
5.

6.
7.

8.

9.

Đỗ Tất Lợi, Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, Nhà xuất bản y học (2006).
Lê Huy Bắc, Đỗ Xuân Cổn và các cộng sự (1981), Tổng hợp chất diệt ruồi

vàng hại cam o-metyl eugenol từ tinh dầu hương nhu và metyl bromua. Tóm
tắt báo cáo khoa học, Hội nghị hóa học tồn quốc tr. 32.
Dương Quốc Hoàn (2002), Tổng hợp một số dẫn xuất chứa nitơ trên cơ sở
eugenol trong tinh dầu hương nhu, Luận văn thạc sĩ hoá học, trường ĐHSP Hà
Nội.
Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ
nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục.
Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Nghiên cứu hợp chất dị vòng tổng hợp từ
anetol, safrol và eugenol trong tinh dầu thực vật, Báo cáo tổng quan, Hội nghị
khoa học và công nghệ hóa học hữu cơ tồn quốc lần thứ VI (2012).
Nguyễn Mạnh Hùng (2011), Nghiên cứu phản ứng của hợp chất quinon-axi đi
từ eugenoxyaxetic, Luận văn thạc sĩ hóa học, trường ĐHSP Hà Nội, Hà Nội.
Nguyen Huu Dinh, Trinh Thi Huan, Duong Ngoc Toan, Peter Mangwala
Kimpende, Luc Van Meervelt (2010). Isolation, structure, and properties of
quinone-aci tautomer of a phenol-nitro compound related to eugenoxyacetic
acid. J. Mol. Struct. 980, 137-142.
Nguyen Huu Dinh, Duong Quoc Hoan, Tran Thi Tuu (2003), Preparation and
structure of some hydrazones derivatives containing heterocycles, 8th Eurasia
Conference on Chemical, Session of Organic Chemistry, pp.57-62.
Trịnh Thị Huấn, Nguyễn Thị Ngọc Mai, Hoàng Thị Tuyết Lan, Nguyễn Quang
Trung. Ngưng tụ 2-(3-metylfuroxan-4-yl)-4,5-dimetoxiphenylhidrazin với các andehit
thế (2012), Tạp chí Hố học, T50, 4A, Tr 8-12.

10. Nguyen Huu Dinh, Le Van Co, Nguyen Manh Tuan, Le Thị Hong Hai and Luc
Van Meervelt, New route to novel polysubtituted quinolines starting with
eugenol, the main constituent of Ocimum Sanctum L.oil. Heterocyclic, Vol 85,
No 3, pp 627-637, 2012.
CHEMICAL REACTION BETWEEN NITRO DERIVATIVES FORM
10

QUINON – AXI OF METYLEUGENOL WITH SEMICACBAZIT
Nguyen Thi Ngoc Mai, Ngo Xuan Luong
Natural science department – Hong Duc University, Thanh Hoa Province
ABSTRACT
Nitro compounds form quinones-axi is a very unstable intermediates in the
process of exploding. In the chemical reactions it is usually decomposed or
metabolized to form-nitro phenol. The creation of various substituents in the allyl
branch metyleugenol compounds quinones-axi through intermediaries will create
new compounds that have the ability to close a heterocyclic ring usefully. In this
paper we present the products of the reaction of nitro derivatives to form quinonesaxi semicacbazit in two different conditions. The structure of the product as
evidenced by the IR spectrum, 1H NMR, 13C NMR, HMBC.
Key words: quinones-axi, metyleugenol, semicacbazit.
Địa chỉ liên hệ : Ngô Xuân Lương Khoa KHTN Đại học Hồng Đức Thanh
Hóa ĐT 0912240475. Email:

11