TIEU LUAN TONG HOP HUU CO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
KHOA SƯ PHẠM HÓA – SINH – KTNN
----O----

TIỂU LUẬN
MÔN: TỔNG HỢP HỮU CƠ

1


MỞ ĐẦU
Tổng hợp hữu cơ là một lĩnh vực lớn và hấp dẫn, nó không những tạo
ra những hợp chất quan trọng cho đời sống và sản xuất, mà còn trang bị
cho người học những kiến thức lý thuyết cơ bản về phản ứng hữu cơ.
Muốn tổng hợp thành công một hợp chất hữu cơ, cần nắm vững các tính
chất hóa học của các hợp chất khác nhau, sự chuyển hóa giữa các nhóm
chức trong từng trường hợp cụ thể.
Trong tổng hợp hữu cơ có nhiều nội dung: đưa các nhóm chức vào
phân tử hợp chất hữu cơ và chuyển hóa tương hỗ giữa chúng, các
phương pháp bảo vệ nhóm chức, xây dựng phân tử hợp chất hữu cơ
bằng các phương pháp tạo liên kết C- C, phương pháp đóng vòng và
phản ứng oxi hóa – khử…
Xeton có nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, trong bài tiểu luận
này em sẽ trình bày một khía cạnh của các phương pháp tổng hợp xeton
với chủ đề: “TỔNG HỢP XETON TỪ CÁC DẪN XUẤT CỦA AXIT
CACBOXYLIC VỚI CÁC HỢP CHẤT ALKYL – KIM LOAI”.

MỤC LỤC
2

I. Tổng quan về xeton ..................................................................4
1. Định nghĩa .............................................................................4
2. Phân loại ................................................................................4
3. Lý tính .................................................................................... 4
II. Sơ lược về cơ chế, tác nhân, xúc tác trong tổng hợp xeton ....5
1. Đại cương ................................................................................ 5
2. Cơ chế phản ứng ......................................................................5
3. Các phản ứng phụ ....................................................................7
4. Các tác nhân ............................................................................7
a) Các hợp chất Grignard .........................................................7
b) Các hợp chất alkyl kẽm ......................................................8
c) Các hợp chất cadimi ..........................................................9
5. Xúc tác ..................................................................................9
III. Phương pháp tổng hợp xeton từ các dẫn xuất của axit
cacboxylic với hợp chất alkyl – kim loại .................................9
a) Điều chế xeton từ halogenua axit .........................................9
b) Điều chế các este của axit cacboxylic ..................................10
c) Điều chế xeton từ nitryl ......................................................11
d) Điều chế xeton từ axit cacboxylic ........................................12
IV. Một số phản ứng tổng hợp khác ............................................12
V. Các phương pháp khác tổng hợp xeton thơm .......................13
VI.Kết luận ....................................................................................15
VII. Tài liệu tham khảo ................................................................15
....................................................................

I.Tổng quan về xeton:
1. Định nghĩa:
- Xeton là một hợp chất hữu cơ, trong đó nhóm cacbonyl C=O liên
kết trực tiếp với 2 gốc hydrocarbon. Công thức tổng quát R-CO-R'.
- Xeton đơn giản nhất là axeton CH3-CO-CH3

3


2. Phân loại:
Tùy vào gốc hydrocarbon mà xeton được chia ra thành các nhóm:
- Xeton no: Khi các gốc hydrocarbon đều là gốc ankyl. Ví dụ: CH3CO-CH3
- Xeton không no: Khi 1 hoặc cả 2 gốc hydrocarbon là gốc không
no. Ví dụ: CH2=CH-CO-CH3
- Xeton thơm: Khi gốc hydrocarbon có chứa vòng benzen. Ví dụ:
C6H5-CO-CH3
Tùy vào số chức xeton mà xeton được chia ra thành xeton đơn chức
(có một nhóm C=O) hay đa chức (có từ hai nhóm C=O trở lên).
3. Lý tính:
Các xeton thường là chất lỏng, các xeton cao có dạng chất rắn có
mùi tương đối dễ chịu. Axeton có khả năng hòa tan vô hạn trong
nước các trong khi đồng đẳng cao hơn chỉ tan ít hoặc không tan.
Axeton có khả năng hòa tan tốt các chất hữu cơ nên thường dùng
pha sơn tấy móng tay. Xeton thường có nhiệt độ sôi cao hơn
andehit do sự phân nhánh trong các gốc hiđrocacbon làm nhiệt độ
sôi cũng như tỉ khối giảm đi.
II. Sơ lược về cơ chế, tác nhân, xúc tác trong tổng hợp xeton:
1. Đại cương:
4


Phản ứng C- alkyl hóa các dẫn xuất của axit cacboxylic bằng các
alkyl kim loại sẽ cho sản phẩm xeton.
Phương trình tổng quát như sau:

Trong đó:

R1 - COX: các dẫn xuất của axit cacboxylic như haloagenua
axit, este, axit.
R2 - M: alkyl kim loại như hợp chất Grignard, alkyl kẽm, alkyl
cadimi, alkyl liti.
Phản ứng này được Freund mô tả đầu tiên vào năm 1861 khi
cho clorua axit của axit cacboxylic (RCOCl) tác dụng với dialkyl
– kẽm (R’2Zn). Sau đó phản ứng này được thực hiện trên nhiều
alkyl của kim loại khác như Na, Cu, Mg, Cd, Pb, Sn, Hg, Si, Li
nhưng tốt nhất là alkyl của Mg, Zn, Cd và Li. Mg chỉ sử dụng ở
dạng phức cơ kim kiểu hợp chất Grignard (RMgX).
2. Cơ chế phản ứng:
Trong hợp chất cơ kim, liên kết giữa cacbon và kim loại (C – M)
được phân cực rất mạnh:

M là MgX, ZnX, CdX, ZnR, CdR; X là clo hoặc brom.
Hợp chất alkyl kim loại đóng vai trò là tác nhân nucleophin tấn
công vào cacbonyl của halogenua axit.
5


 Trường hợp halogenua axit phản ứng với hợp chất Grignard trong
bước trung gian một phức chất vòng được tạo ra dưới dạng kết
hợp giữa hai liên kết C – M và C = O, sau đó nó tự sắp xếp lại
bằng các liên kết bằng việc loại ra một phân tử Grignard và hình
thành geminal halogen – alcolat. Hợp chất này tự ổn định bằng
cách loại đi MgX2 để tạo thành xeton:

 Trường hợp halogenua axit phản ứng với dialkyl kẽm hoạc
dialkyl cadimi thì cơ chế phản ứng cũng tương tự như trên. Kết
quả nhóm alkyl thế cho halogenua trong axit halogenua để tạo

ra xeton.

3. Các phản ứng phụ:
- Sản phẩm trong trường hợp dùng hợp chất Grignard làm tác nhân
alkyl hóa thường là xeton tạo thành tiếp tục phản ứng với Grignard
6


để sinh ra alcol bậc 3, như vậy làm giảm hiệu suất của việc điều
chế xeton:

- Trường hợp các halogenua axit có chứa nhòm thế có cản trở không
gian lớn, bên cạnh tác dụng alkyl hóa của tác nhân Grignard nó
còn có thể tham gia vào việc khử halogenua axit thành andehit và
olefin:

4. Các tác nhân:
a) Các hợp chất Grignard:
- Công thức tổng quát của hợp chất Grignard là R-MgX.
- Cấu tạo của các hợp chất này gồm hai dạng: vòng và thẳng, cả hai
đều có thể solvat hóa với dung môi:

- Thường người ta điều chế và sử dụng hợp chất Grignard trong
dung môi ete. Với ete tác nhân Grignard tạo thành phức, mỗi
nguyên tử Mg có khả năng liên kết với hai phân tử ete và tạo thành
phức:

7

- Hợp chất Grignard được điều chế bằng cách cho phoi magie phản
ứng với alkyl halogenua trong dung môi ete khan và cồn:
- Với những hợp chất không thể điều chế các Grignard một cách
trực tiếp phải điều chế bằng cách gián tiếp trên cơ sở sử dụng các
hợp chất Grignard hoạt hóa hơn. Ví dụ trùng hợp etinyl magie
halogenua:
Etinyl magie halogenua là một tác nhân etinyl hóa được sử dụng
rất phổ biến trong công nghiệp sản xuất hóa dược.
b) Các hợp chất ankyl kẽm:
- Hai dạng hợp chất này thường được sử dụng là dialkyl kẽm và
alkyl kẽm halogenua: R2Zn và RZnCl
- Có thể điều chế các hợp chất từ bột kẽm và alkyl halogenua tương
ứng, nhưng do phản ứng xảy ra yếu nên tốt hơn hết là sử dụng
phương pháp gián tiếp thông qua các hợp chất Grignard, đặc biệt là
những hợp chất có mạch cacbon của alkyl dài:

- Tùy thuộc vào tỷ lệ mol sử dụng sẽ nhận được dẫn xuất dialkyl
kẽm hoặc alkyl kẽm clorua. Cả hai hợp chất đều sử dụng như nhau.
Phản ứng trên có thể thực hiện trong thể đồng nhất vì ZnCl 2 khan
có thể hòa tan trong ete.
c) Các hợp chất cadimi:
- Cũng tương tự như kẽm, cadimi cũng có hai dạng hợp chất thường
sử dụng dùng làm tác nhân alkyl hóa đó là: R2Cd và RCdX.
- Việc điều chế các hợp chất này cũng giống như trường hợp của
kẽm, chỉ có một chú ý là CdCl2 hòa tan trong ete kém hơn ZnCl2
rất nhiều, như vậy phản ứng điều chế không tiến hành trong thể

8

đồng nhất (đồng pha) mà ở dị thể, vì thế đòi hỏi thời gian lâu hơn,
khuấy trộn phải tốt hơn.
5. Xúc tác:
Xúc tác có vai trò giúp cho việc tạo ra hợp chất trung gian, nên
nếu có xúc tác thì đó phải là axit lewis. Nhưng trong thực tế ít
khi sử dụng tới xúc tác. Nhưng trong thực tế ít khi sử dụng tới
xúc tác. Một vài công bố có dung dịch CuCl2 làm xúc tác được
giải thích rằng, CuCl xúc tác cho quá trình phản ứng trên cơ sở
tạo ra gốc tự do (cơ chế gốc) theo các phản ứng như sau:

III. Tổng hợp xeton:
a) Điều chế xeton từ halogenua axit:
- Trong số các halogenua axit của axit cacboxylic, các dẫn xuất
clorua axit thường được sử dụng nhất, vì dẫn xuất clo có giá thành
thấp nhất. Trong công nghiệp người ta chỉ sử dụng đến các dẫn
xuất halogen axit khác với dẫn xuất clo phản ứng không thực hiện
được.
- Trong số các tác nhân alkyl hóa, tác nhân Grignard cho hiệu suất
thấp nhất còn các tác nhân cadimi cho hiệu suất cao nhất. Tuy vậy
trong nhiều trường hợp với các tác nhân Grignard hiệu suất cũng
có thể đạt tới 90%.
 Điều chế xeton mạch thẳng:
Với Grignard cho hiệu suất thấp, chủ yếu do xeton tạo thành tiếp
tục phản ứng với Grignard tạo ra ancol. Phản ứng sẽ cho hiệu
suất cao hơn nếu ta sử dụng tác nhân alkyl hóa là alkyl của kẽm
hoặc cadimi, nhưng do giá thành của các hợp chất cadimi cao nên
tác nhân này chỉ sử dụng khi trong phân tử halogenua axit còn có
nhóm chức khác cũng có thể tham gia phản ứng.
Ví dụ đối với các este clorua axit:
9

 Điều chế các ary, alkyl xeton và xeton thơm:
Trường hợp này phải chú ý đến tác dụng cản trở không gian vì
các tác nhân phản ứng là các ary kim loại halogen của nó. Tuy
nhiên, nếu chọn được điều kiện phản ứng và tác nhân phù hợp thì
cũng có thể đạt đến hiệu suất khả quan:

b) Điều chế các este của axit cacboxylic:
- Với các este chỉ có các hợp chất Grinird mới phản ứng để cho
xeton, dù cho nó tiếp tục phản ứng với xeton mới tạo ra để cho ra
ancol bậc 3.
- Nhưng trong trường hợp nhất định khi không thể dùng được các
phương pháp khác thì đây cũng là một phương pháp điều chế xeton
đáng chú ý.
Ví dụ trong điều chế thuốc giảm đau có tên là ketobemindon, có
một bước đã dùng tới phản ứng giữa este và grinird đểa tạo ra
xeton:

10


c) Điều chế xeton từ nitryl:
Các nitryl phản ứng với hợp chất Grignard cho các dẫn xuất
xetimin, sau đó hợp chất này thủy phân thành xeton:

Phản ứng này được sử dụng khá nhiều trong công nghiệp sản
xuất hóa dược. Đặc biệt sử dụng một loạt các dược phẩm có tác
dụng giảm đau, có cấu trúc -aminoxeton người ta sử dụng một
cách hữu hiệu phản ứng này. Trong tổng hợp thuốc giảm đau có

biệt dược Hexagon, bước cuối cùng người ta sử dụng đến phản
ứng này:

d) Điều chế xeton từ axit cacboxylic:
Thời gian gần đây các hợp chất liti được sử dụng khá hiệu quả trong
tổng hợp hữu cơ. Trong số các hợp chất có nhiều ứng dụng của liti
phải kể đến alkyl liti và nó trở thành một trong số các tác nhân alkyl
có giá trị. Với ưu điểm là dễ điều chế và tham gia vào nhiều phản
ứng của các dẫn xuất của axit cacboxylic tự do, trừ nhược điểm là dễ
bốc lửa.

11


IV. Một số phương pháp tổng hợp khác:
Xeton có thể được tạo thành bằng cách alkyl hóa các 1,3-dithian
theo sơ đồ:

Tuy nhiên phương pháp này không có nhiều ý nghĩa thực tiễn do
chính bản thân các 1,3-dithian đượctạo thành khi cho hợp chất
cacbonyl tác dụng với các 1,3-dithiol.Các dẫn xuất nitro không
thơm bậc 1 và bậc 2 có thể bị thủy phân để tạo thành hợp chất
cacbonyl,trong đó dẫn xuất bậc 1 tạo thành andehit, dẫn xuất
bâc 2 tạo thành xeton khi xử lý lần lượt với dung dịch kiềm và
axit sunfuric.

Phản ứng này được gọi là phản ứng Nef, cơ chế phản ứng Nef
như sau:

12

Các -xetoaxit không bền, dễ bị nhiệt phân tách CO2 tạo xeton
qua trạng thái chuyển vòng.

V. Tổng hợp xeton thơm:
Để đưa nhóm chức xeton vào vòng thơm có một số biện pháp
thông dụng như sau:
- Axyl hóa Friedel – Crafts:
Đây là phương pháp quan trọng nhất và cũng là phổ biến nhất để
tổng hợp các aryl xeton. Tác nhân sử dụng không chỉ là halogenua
axit mà còn có thể là axit cacboxylic, anhydric axit và cả xeten.
Oxalyl clorua được dùng để tạo 1,2-dicacbonyl. Gốc R trong phản
ứng có thể có cả gốc aryl lẫn alkyl và có thể tiến hành nội phân tử.

13


- Khi tiến hành phản ứng với nitrin và HCl trong sự có mặt của axit
Lewis (AlCl3, ZnCl2…)thì sẽ xảy ra phản ứng Hoesh như sau:

- Chuyển vị este của phenol cũng là một con đường tổng hợp được
dùng ( chuyển vị Fries)

Phản ứng xảy ra ưu tiên cho sản phẩm para, nhất là ở nhiệt độ thấp.
Việc khảo sát cơ chế phản ứng cho thấy sự hiện diện của cation
axyli RCO+ chứng tỏ phản ứng theo hướng cắt đứt liên kết axyl –
oxy của este.
VI. Kết luận:
Tổng hợp xeton từ các dẫn xuất của axit cacboxylic với các hợp

chất alkyl – kim loại tùy vào các tác nhân sẽ có hiệu suất tổng
14


hợp xeton cao hay thấp và trải qua các giai đoạn khác nhau. Vì
vậy cần phải lưu ý trong từng trường hợp cụ thể. Ngoài ra, còn
có một số phản ứng khác tổng hợp xeton và xeton thơm.
VII.Tài liệu tham khảo:
1. />E1.BA.ADt_l.C3.BD
2. />
15