Bài tiểu luận về bảo vệ nhóm chức

Mục lục
BÀI TIỂU LUẬN BẢO VỆ NHÓM CHỨC
1. Nguyên tắc chung
Trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là các quá trình tổng hợp phải trải qua nhiều giai đoạn,
một tác nhân có thể phản ứng đồng thời với một số loại nhóm chức có trong chất phản ứng,
làm cho các nhóm chức cần được bảo vệ lại bị phá hủy.Ví dụ từ nguyên liệu dễ kiếm là
acrolein cần điều chế glixerandenhit, ta không thể dùng phương pháp điều chế glicol từ anken
theo nguyên tắc sau:
Hay:
Vì khi đó nhóm andehit của acrolein cũng bị oxi hóa.
Muốn cho phản ứng đi theo định hướng nhất định, cần bảo vệ nhóm chức này, khóa
nhóm chức kia hoặc hoạt hóa nhóm chức khác ⇒ gọi chung là bảo vệ nhóm chức. Các nhóm
chức bảo vệ phải được chọn sao cho dễ đưa vào phần tử, bền trong điều kiện tiến hành phản
ứng tiếp theo và dẽ bị loại ra khỏi sản phẩm mà không gây ảnh hưởng tới cấu trúc của phân
tử.
Để chọn nhóm bảo vệ nhóm chức ta cần xét 3 điều kiện sau:
- Tính chất của nhóm chức cần phải bảo vệ.
- Các điều kiện phản ứng để nhóm bảo vệ được bền.
- Các điền kiện cần thiết để tách nhóm bảo vệ.
Trong tổng hợp hữu cơ, việc bảo vệ nhóm chức rất quan trọng nhằm cho sản phẩm có
độ tinh khiết cao và hiệu suất điều chế lớn. Có rất nhiều loại nhóm chức cần được bảo vệ như:
hidroxi, cacbonyl, cacboxyl, amin… Trong đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu bảo vệ nhóm
chức của các dẫn xuất enol và enamin.
2. Bảo vệ nhóm enol
2.1. Khái niệm enol
Là dạng hợp chất có nhóm hidroxi gắn trực tiếp lên cacbon có nối đôi.
2
Andehit và xeton ở trong dung dịch là hỗn hợp cân bằng của hai dạng đồng phân dạng
xeto và dạng enol (en + ol):
Thành phần phần trăm enol ở trong cân bằng rất nhỏ, nhưng enol lại rất quan trọng,
nhiều phản ứng xảy ra ở dạng enol không bền này.

2.2. Tính chất
Trong môi trường nước, bazo là phân tử nước, là bazo yếu, mặt khác andehit và xeton
cũng là axit yếu, tuy có mạnh hơn etan (). Chẳng hạn, axeton có yếu hơn, tuy có mạnh hơn
etan () yếu hơn () và axit axetic ().
Tính axit của lớn hơn có thể giải thích bằng sử giải tỏa điện tích âm với nhóm C=O:
Nếu anion này phản ứng nước thì nước có thể phản ứng với cacbon hay oxi để hình
thành dạng xeto hay enol.
Trong dung dịch trung tình, pH = 7, bazo là , là bazo yếu hơn nên phản ứng chuyển
proton từ andehit hay xeton xảy ra không nhanh cho nên phản ứng enol hóa xảy ra chậm.
Phản ứng enol hóa được xúc tiến khi có axit hay bazo.
3
2.3. Phản ứng bảo vệ và phương pháp tái tạo
2.3.1. Bảo vệ trực tiếp
2.3.1.1. Đưa enol, xeton hoặc andehit về dạng enolat
 Phương pháp
Khi có bazo mạnh, cả hai dạng enol và xeton đều mất proton tạo nên ion enolat như
nhau nhưng khác nhau về vị trí electron:
Chúng không phải là tautomer của nhau nhưng là hai dạng cộng hưởng. Cấu trúc thực
của enolat là lai hóa của (1) và (2), trong đó (2) đóng góp nhiều vào cấu trúc lai hóa hơn vì
điện tích âm ở nguyên tử âm điện hơn.
Nếu dùng bazo mạnh thì cân bằng chuyển về phía enolat lớn hơn. Chẳng hạn:
 Tái tạo
Ta tái tạo enolat thành enol bằng phản ứng thủy phân trong môi trường axit
2.3.1.2. Phương pháp tạo ete
 Phương pháp bảo vệ
Dưới tác dụng của este octôfocmiat hoặc 2,2 – đimêtôxypropan trong ancol với xúc tác
axit. Để thu nhận ete đienol thường sử dụng các điol hoạt động mạnh, ví dụ như
benzylmêcaptan.
4
 Tái tạo

Các ete enol và đienol cũng như các dẫn xuất của chúng rất bền trong môi trường kiềm
nhưng rất dễ bị phân huỷ bởi các axit. Ngoài ra, để phục hồi lại các nhóm chức cacbonyl cũng
có thể phân huỷ các điôenol bằng muối thuỷ ngân (II).
2.3.2. Bảo vệ gián tiếp
Enol và andehit, xeton cùng tồn tại trong một dung dịch, sự chuyển hóa andehit, xeton
sang enol có thể thực hiện bằng các xúc tiến axit hoặc bazo (nước bazo). Do đó ta có thể bảo
vệ nhóm enol bằng cách đưa nó về dạng hợp chất bền hơn là andehit hoặc xeton, sau đó sử
dụng phướng pháp bảo vệ nhóm chức này (phần bảo vệ nhóm cacbonyl).
2.3.2.1. Các phương pháp bảo vệ bằng axetal và ketal và tái tạo
 Phương pháp bảo vệ
a. Phương pháp 1,3 – dioxolan – nhóm dioxolan:
Được sử dụng để bảo vệ nhóm andehit và xeton trong môi trường kiềm và trung tính.
Khả năng tạo thành hợp chất dioxelan được sắp xếp theo dãy sau: các andehit > các xeton
mạch hở và xyclo – hecxannon > xyclopentanon > α,β – xeton không no > các dẫn xuất α –
môn và dixeton > các xeton thơm.
b. Các phương pháp axetal và ketal vòng
Sự tạo thành các hợp chất axetal và ketal vòng được thực hiện bởi phản ứng của các
andehit và xeton với ancadiol.
Khả năng tạo thành các ketal biến đổi theo dãy: 2,2 – dimethylpropan – 1,3 – diol >
etylenglicol > propan – 1,3 – diol.
c. Phương pháp diankylaxetal và dianxylxetal
Sự tạo thành các diankylaxetal và dianxylxetal chủ yếu chỉ xảy ra với các andehit và các
xetol hoạt động mạnh. Phản ứng xảy ra với xúc tác axit giữa các hợp chất cacbonyl với các
ancol. Đây là hợp chất tương đối bền trong môi trường trung tính và môi trường kiềm.
 Tái tạo nhóm andehit, xeton
5
Các axetal và ketal thường được phân huỷ để phục hồi lại các nhóm chức cacbonyl dưới
tác dụng của axit. Tuy nhiên tuỳ thuộc vào các hợp chất axetal và kêtal, cụ thể nà người ta sử
dụng axit thích hợp. Thường thì sự tạo thành các axetal và ketal càng dễ dàng bao nhiêu thì sự
phân huỷ bằng axit càng nhẹ nhàng bấy nhiêu. Mặt khác, sự phân huỷ của các ketal quang

hoạt thường xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt với các tác nhân là những axít vô cơ.
2.3.2.2. Polytio Và Dio – Axetal Và Ketal
 Phương pháp bảo vệ
1,3 – Ocxatiolan (Polytioketal):
Các hợp chất này được tạo thành khi cho xêtôn tác dụng với 2 – mecaptoetanol trong
môi trường axit. Trong một số trường hợp cũng có thể chuyển hóa các anđêhyt bằng phản ứng
này. Ngoài ra các polytioketal cũng có thể thu nhận bằng phương pháp này từ các dẫn xuất
của mecaptoetanol và mecaptôpropanol. So với etylen – glycol thì các phản ứng của các
anđehyt và xetôn xảy ra với mecaptoetanol dễ dàng hơn.
 Tái tạo nhóm andehit, xeton
Cũng tương tự như dioxalan, các polytioketal rất bền vững trong môi trường trung tính
và bazơ nhưng không bền trong môi trường axit. Các polytioketal thường bị phân huỷ bởi các
axit vô cơ trong ancol hoặc điôxan. Nhược điểm cơ bản nhất của phương pháp này là việc tạo
thành hợp chất polytioketal dẫn đến sự xuất hiện trung tâm bất đối và do đó có thể tạo thành
sản phẩm là những đồng phân quang học không đối quang.
2.3.2.3. Đitiôaketal và đitiôkêtal:
Các hợp chất này có thể thu nhận bằng phản ứng của các hợp chất cacbonyl. Với
ankylmecaptan hoặc đimecaptan trong môi trường axit. Thường hay sử dụng các tác nhân
phản ứng như: 1,2 – đimecaptoetan, etylmecaptan. Các Ditioaketal và ditioketal đều bền trong
môi trường trung tính và bazơ nhưng không bền trong môi trường axit. Để phân huỷ các hợp
chất này tốt nhất là sử dụng không phải axit mà các muối của thuỷ ngân (II) trong các dung
môi khác nhau.
2.3.2.4. Các dẫn xuất enol và eamin
Đây là phương pháp bảo vệ được sử dụng rộng rãi trong hoá học sterôit, đặc biệt là đối
với các
βα
,
- xêtôn chưa no. Vì vậy các hợp chất có ý nghĩa chủ yếu là các đienol và
đienamin.
6

a. Các ete enol và tioenol
Phần này đã đề cập ở trên, tại phần bảo vệ trực tiếp 2.3.1.2.
b. Enamin và các muối của enamin
Phần này sẽ được trình bày ở mục 3.
2.3.2.5. Semicacbazon, oxim và các dẫn xuất hyđrazon
a. Semicacbazon
Trong những trường hợp, đặc biệt là trong hoá học sterôit các hợp chất semicacbazon
được điều chế rất dễ dàng. Hợp chất semicacbazon rất bền dưới tác dụng của NaBH
4
, LiBH
4
và trong môi trường kiềm. Trong hoá học hyđrat cacbon, hợp chất semicacbazon được sử
dụng để bảo vệ nhóm anđêhyt của các hợp chất mạch hở khi tiến hành phản ứng ankyl hoá
các nhóm ancol.
Để phân huỷ các semicacbazon để tái tạo lại các nhóm cacbonyl thường tiến hành phản
ứng thuỷ phân trong axit mạnh.
b. Oxim
Hợp chất bảo vệ loại này có độ bền vững tương đương với semicacbszon nhưng phản
ứng phân huỷ nó xảy ra khó khăn hơn.
Phản ứng thuỷ phân hợp chất ôxim để tái tạo lại nhóm cacbonyl ban đầu cũng được tiến
hành trong môi trường axit nhưng phải có thêm một số chất xúc tác khác. Trong một số
trường hợp có thể sử dụng phương pháp ôxi hoá trong môi trường axit.
c. Dẫn xuất hyđrazon:
Hợp chất 2,4 – đinitrôphenyl hyđrazon được sử dụng chủ yếu để định tính anđêhyt và
xêtôn còn để bảo vệ nhóm chức thì ít hơn vì phản ứng phân huỷ nó xảy ra rất khoá khăn. Tuy
vậy, trong các phản ứng tổng hợp và chyển hoá các hợp chất steroit hợp chất này nhiều khi
7
cũng được sử dụng. Nhóm bảo vệ thường được tách ra bằng phương pháp khử với các tác
nhân như clorua thiếc (II), clorua thiếc (III), Liti nhôm hyđrua.
Hợp chất N, N – đimêtylhyđrazon là một trong những hợp chất khá lý tưởng dùng để

bảo vệ các nhóm anđêhyt và xêtôn vì rằng việc tái tạo lại các hợp chất cacbonyl sau phản ứng
được thực hiện trong những điều kiện rất nhẹ nhàng trong môi trường trung tính.
3. Bảo vệ nhóm imine
Một mối quan hệ tautome phổ biến trong hóa học hữu cơ sinh học là cân bằng giữa
imines và enamines, mà nito tương đương oxi của enols.
Ví dụ phản ứng sau, theo sau phản ứng dưới là sự thủy phân imin thành xeton.
Như chúng ta sẽ thấy trong một phần sau này, enamines là các trung gian quan trọng
trong một loại rất quan trọng của cacbon-cacbon hình thành trung tâm phản ứng
Nhóm enamine có cấu tạo gần giống như enol do vậy việc bảo vệ nhóm enamine cũng
giống với việc bảo vệ nhóm enol. Ta có thể dùng lại các phương pháp trên để bảo vệ nhóm
enamine.
8