Chơng 31
HợP CHấT Dị VòNG 5 CạNH 1 Dị Tố
Mục tiêu
1. Giải thích đợc cấu tạo của furan, pyrrol và thiophen.
2. Trình bày đợc tính chất hóa học của chúng.
Furan, pyrol, thiophen là những dị vòng đơn giản nhất của hợp chất dị vòng
5 cạnh một dị tố.

Các dị vòng 5 cạnh 1 dị tố nh là các dien liên hợp. Furan nh là một ether
vòng, pyrrol nh là một amin vòng và thiophen nh là một sulfid vòng. Nhng
những hợp chất này không thể hiện đầy đủ tính chất của một ether, amin, sulfur.
Ví dụ: ở điều kiện thờng thiophen không bị oxy hóa (phản ứng đặc trng của
sulfur), pyrrol không có tính base nh một amin.
Cặp điện tử tự do trên dị tố cùng với các điện tử p của những nguyên tử
carbon xen phủ với nhau tạo hệ thống liên hợp có tính thơm nên đã làm mất đi
tính chất cơ bản của ether, amin và sulfid.
Các dị vòng thơm 5 cạnh một dị tố thể hiện những tính chất của
hydrocarbon thơm nh phản ứng thế ái điện tử: phản ứng nitro hóa, phản ứng
sulfon hóa, phản ứng halogen hóa, phản ứng acyl hóa theo Friedel -Crafts và cũng
có thể tham gia phản ứng Reimer -Tieman, phản ứng ngng tụ với muối diazoni.
Phản ứng thế ái điện tử ở hợp chất dị vòng thơm 5 cạnh một dị tố có thể xảy ra
theo sự định hớng nh sau:
S
N
H
Thiophen

Pyrrol

+

tơng tác vào vị trí 2 thì tạo

thành 3 carbocation có thể có là III, IV và V.

93
3
2
+ E
+
X
V
IV
III
II
I
1
+
+
X
E
H
++
+
X
E
H
X
E

O
1
2
34
5

,



,
. .
. .

1.1. Tổng hợp nhân furan
1.1.1. Dehydrat hóa hợp chất 1,4-dicarbonyl
O
RR'
CC
HO HO
RR'
CC
OO
RR'
+ 2 H
2
O
+

1.1.2. Ngng tụ

tham gia phản ứng cộng hợp. Trong môi trờng H
2
SO
4
đặc furan bị polymer hóa.
Trong môi trờng acid loãng vòng furan bị phá vỡ thành hợp chất dicarbonyl.

94
(H
+
)
H
2
O
. .
. .
CC
OO
RR'
O
R

Furan bị hydro hóa có xúc tác tạo tetrahydrofuran
Tetrahydrofuran
Furan
xuực taực
+ 2H

t
o
= -40
o
C
+ HCl
+ Cl
2
. .
. .
O
. .
. .
O
Cl
O
NO
2
. .
. .
+ CH
3
COONO
2
+ CH
3
COO
H
O
. .

O
O
COCH
3
(C
2
H
5
)
2
O : BF
3
+ CH
3
COOH
0
o
CFuran dễ dàng tạo hợp chất cơ thủy ngân theo phản ứng sau:
O
HgCl
O
. .
. .
+ HgCl
2
+ HCl
CH

CHO
(CHOH)
3
CH
2
OH
- 3H
2
O
Pentozan Pentose Fur
f
ural
H
2
O , H
+

Hóa tính: Furfural có tính chất giống nh furan.
Có thể nitro hoá furfural bằng hỗn hợp acid HNO
3

và H2SO4 đậm đặc khi
có anhydrid acetic làm dung môi và ở nhiệt độ thấp (-20
C). Phản ứng thế
ở vị trí 5.
5
O

CHO
O
CH
2
OH

Furfural tác dụng với anilin khi có mặt của acid HCl, vòng furan bị phá
vỡ và tạo hợp chất có màu (phản ứng Dieckmann 1905) ứng với công thức
cấu tạo sau:
. .
. .
+
. .
+
C
6
H
5
NH
2
C
6
H
5
NH
2
.HCl
-H
2
O

NHN C NH
2
O (S)
O
CHO
2
N
H
2
NHN C NH
2
O (S)
. .
. .
+
. .
. .
O
CHOO
2
N
+ H
2
O

1.3.2. Benzofuran - Coumaron

4
7
6

O
2
N
CH N
N
N
O
R
O
O
O
2
N CHNR

Kháng khuẩn đờng tiểu tiện Kháng khuẩn đờng ruột
Acid ascorbic (Vitamin C):
O
CH
O
OHHO
OH
HOCH
2

2. Nhóm pyrrol

,




H
+

N
H
H

2.1. Tổng hợp vòng pyrrol
2.1.1. Phơng pháp Knorr 1885
Cho amoniac, amin bậc 1 hoặc hydrazin tác dụng với hợp chất 1,4-dicarbonyl
N
RR'
R
CC
HO HO
RR'
CC
OO
RR'
+ 2 H
2
O
+
N
R
H
H

2.1.2. Đi từ acetylen và aldehyd formic sau đó tác dụng với amoniac
HC CH


. .
. .
N
H
N
N
. .
. .
MgBr
KOH
RMgBr
H
2
O
RH
+
+
+
+
K
Pyrrolat kali tác dụng với CO
2
tạo muối kali pyrrol -2-carboxylat (giống

thành 3-cloropyridin.
2.2.2. Phản ứng thế ái điện tử
Clor hoá pyrol bằng SO
2
Cl
2

ở 20
C sẽ tạo thành 2-cloropyrol hoặc 2,5-
dicloropyrol. Brom hóa pyrol bằng N -bromosuccinimid thu đợc 2-
bromofpyrol. Nitro hoá pyrol bằng hỗn hợp HNO
3
và anhydrid acetic thu
đợc 2-nitropyrol. Sulfon hóa pyrol bằng SO
3
trong pyridin thu đợc acid
pyrol -2-sulfonic.
Pyrol tác dụng với N,N-dimetylformamid và POCl
3

thu đợc pyrol -2-aldehyd
. .
N
H
POCl
3
+
HCN
CH
3
2-phenylazopyrol
+ HCl
N
H
NNC
6
H
5

+ [C
6
H
5
N
N]
+
Cl
-

N
H
2.2.3. Phản ứng cộng hợp: Pyrol dễ tham gia phản ứng cộng hợp
. .
N
H

N
NN
H
CH
3
CH
3
C
2
H
5
CHCH
2
CH
3
COOC
20
H
29
CH
2
CH
2
H
H
CH
3
O
H
COOCH

H
COOCH
3
Mg

Các alcaloid thuộc nhóm pyrolidin: Hygrin, Cuscohygrin, Stachydrin, Gramin.
N
CH
3
CH
2
CO
N
CH
3
CH
2
CO CH
3
( ) Hygrin
+
-
N
CH
3
CH
2
Cuscohygrin
N
(CH

ZnCl
2
, H
2
SO
4

hoặc acid polyphosphoric.
N
R
R
H
N
N
R
R
H
N
N
R
R
H
H
R
R
N
HN
HN
NH
2

)
2
H
N
CHO
H
C¸c hîp chÊt cã chøa khung Indol
Acid indol-3-acetic cã t¸c dông kÝch thÝch sù ph¸t triÓn cña thùc vËt.
Acid -3-Indol acetic
N
H
CH
2
COOH

Mét sè acid amin cã chøa khung Indol:
N
CH
2
CH
2
N(CH
3
)

,
β
α
α
,
. .
S

3.1. Tæng hîp nh©n thiophen
Nh©n thiophen ®−îc tæng hîp b»ng c¸ch cho phosphor pentasulfid t¸c dông
víi hîp chÊt 1,4-dicarbonyl hoÆc cho hîp chÊt
β-clovinylcarbonyl hay hîp chÊt 1,3-
dicarbonyl ng−ng tô víi c¸c dÉn xuÊt cña acid thioglycolic.

101
S
RR'
CC
HO HO
RR'
CC
OO
RR'
+P
2
O
5

mạnh hơn furan và pyrol. Thiophen tham gia phản ứng thế ái điện tử.
Brom hóa thiophen bằng N -bromosuccinimid thu đợc 2-bromothiophen.
Nitro hóa thiophen thu đợc 2-nitrothiophen. Sulfon hóa thiophen bằng H2SO4 đặc
thu đợc acid thiophen -2-sulfonic. Thiophen cũng có thể bị formyl và acyl hóa.

S
AlCl
3
AlCl
3
+ Pyridin
+ HCl
SO
3
.Pyridin
Thiophen-2-aldehyd
Acid-2-thiophensulfonic
2-Acylthiophen

RCOCl
CO+HCl
Anhydrid acetic
3.2.2. Phản ứng cộng
Với Hydro có xúc tác
S
S
S
H
2
Ni
2-Thiolen 3-ThiolenThiophen
+

Thiolan
H
2
S102
Oxy hóa tetrahydrothiophen (thiolan) tạo ra tetramethylensulfon (sulfolan)
đợc sử dụng làm dung môi.

Tetramethylensulfon (sulfolan)
S
O

OH

Thioindoxyl ngng tụ với aldehyd hoặc ceton tạo hợp chất có màu.
4
7
6
5
2
1
C
S
O
Thioindoxyl
C
C
S
CH
O
R
+ H
2
O
+ OHC-RThiophen, Furan và Pyrrol có thể chuyển hóa lẫn nhau qua các phản ứng sau:
NH
3
H
2

. .
. .
a
,
a
b
b
,
5
43
2
1
N
H
1
2
34
5
b
,
b
a
a
,
. .
S
103

3
S-C
6
H
4
N
2
+

C.
l- C + SnCl
2
/ HCl
m- Pyrrol + H
2

( Ni)
C
4
H
9
N.
n- Furfural + Aceton (base)
2- Furan và các dẫn xuất của nó dễ dàng tác dụng với H
+.

Viết công thức cấu tạo các sản phẩm tạo thành:
2,5-Dimetylfuran + H
2
SO