Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN NGỌC NGUYÊN VAI TRÒ CỦA ĐIANION
TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ CHUYÊN NGÀNH : HÓA HỌC HỮU CƠ
Mã Số: 60.44.27

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. NGÔ THỊ THUẬN

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN.

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Ngô Thị Thuận Trường
ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt

MỤC LỤC.
PHẦN MỞ ĐẦU..............................................................................................1
Chƣơng 1. Giới thiệu chung...........................................................................2
1.1. Khái niệm...................................................................................................2
1.2. Một số đianion............................................................................................3
1.2.1. Đianion cacbon-cacbon...........................................................................3
1.2.2. Đianion oxi-cacbon.................................................................................5
1.2.3. Đianion nitơ-cacbon................................................................................6
Chƣơng 2. Đianion cacbon-cacbon................................................................7
2.1. 1,1-(C,C)-đianion.......................................................................................8
2.1.1 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi

-Halogencacbonyl................................9
2.1.2. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitrin...........................................10
2.1.3. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitro............................................10
2.1.4. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm sunfon.........................................12
2.2. 1,2-(C,C)-đianion.....................................................................................13
2.2.1. 1,2-(C,C)-đianion không vòng..............................................................13
2.2.2. 1,2-(C,C)-đianion vòng.........................................................................15
2.3. 1,3-(C,C)-đianion.....................................................................................14
2.3.1. Phản ứng ankyl hóa của -đicacbonyl đanion......................................18
2.3.2. Phản ứng ngưng tụ cửa -đicacbonyl đanion.......................................23
2.3.3. Phản ứng axyl hóa của -đicacbonyl đanion.......................................26
2.3.4. Một số phản ứng khác của -đicacbonyl đanion..................................28
2.4. Các đianion từ xeton không phải từ -đicacbonyl...................................28
Chƣơng 3. Đianion oxi-cacbon.....................................................................31
3.1. Đianion của axit cacboxylic....................................................................31
3.2. Sự hình thành đianion của axit cacboxylic..............................................32
3.3. Một số phản ứng của đianion của axit cacboxylic..................................32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bảng 2.2. Một số 1,2-(C,C)-đianion điển hình.
Bảng 2.3. Một số -đianion điển hình.
Bảng 2.4. Phản ứng ankyl hóa của -đicacbonyl đianion.
Bảng 2.5. Phản ứng aldol hóa của -đicacbonyl đianion.
Bảng 3.1. Phản ứng của đianion

-cacboxylat với ankylhalogenua.
Bảng 3.2. Cộng 1,2 và 1,4 của đianion cacboxylat với xeton
,

-không no
Bảng 3.3. Phản ứng akyl hóa của đianion bất đối xứng.
Bảng 3.4. Một số chất tạo đianion axit ổn định bởi các nhóm chức khác.
Bảng 3.5. Phản ứng ankyl hóa của đianion axit thioaxetic.
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.2. Phổ
1
H-NMR của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.1. Phổ
13
C-NMR của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 1.1. Phổ khối lượng (LC-MS) của axit p-hyđroxymandelic.
Hình 2.1. Phổ hồng ngoại của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.2. Phổ
1
H-NMR của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.3. Phổ
13
C-NMR của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
Hình 2.4. Phổ khối lượng (LC-MS) của axit p-hyđroxyphenylaxtic.
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chƣơng 1. GIỚI THIỆU CHUNG.
1.1. Khái niệm.
Đianion là những tiểu phân trung gian mang hai trung tâm điện tích âm
ngày càng được dùng phổ biến trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là trong việc
tạo liên kết cacbon-cacbon. [21]
Bằng tương tác giữa các bazơ với những hợp chất hữu cơ sẽ tạo ra
những tiểu phân trung gian như: đianion cacbon-cacbon ( C,C-đianion),
đianion oxi-cacbon ( O,C-đianion), đianion nitơ-cacbon ( N,C-đianion),
đianion lưu huỳnh-cacbon ( S,C-đianion)...[27].
Các đianion được tạo thành là do quá trình tách hai proton ( H
+
) của
một phân tử hợp chất hữu cơ. Để tạo thành C,C-đianion cần tách hai proton ở
liên kết C-H(sơ đồ 1.1)
H
2
C
CH
CH
3


CH
3
NH
Ph
O
NaH
CH
3
N
Ph
O
NaH
H
2
C N
Ph
O
giai ®o¹n 1
giai ®o¹n 2
(1.2) C,C-đianion
C,N-dianion
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bảng 1.1. Một số C,C-đianion điển hình.
STT Cấu tạo Tên gọi
1

CH
3
W

1,1-(C,C)-đianion
Geminal đianion
hoặc

,

-đianion
2

W
W

1,2-(C,C)-đianion
Vicinal đianion
hoặc

,


2
C
.
.
.
CH
2
.
(C,C)- đianion được ổn định
bởi cộng hưởng

Với W = C(O)R, S(O)R, SO
2
R, NO
2
, CN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2.2. Đianion oxi-cacbon.
Mặc dù đianion cacbon-cacbon được xem như là các đianion nổi trội

STT Cấu tạo Tên gọi
1

R
CO
2Đianion (O-C) từ axit cacboxylic
2

R
1
O
R
2
OĐianion(O-C) từ hyđroxyl
3

O
CH
2Đianion(O-C) từ phenol
4


1
N
R
2
O
N,C-đianion cacboxamin
2

CH
2
NH
O
N,C-đianion thioamin.
3

H
2
C
N
R
1
O
+
) ở một nhóm metylen duy nhất của phân tử chất
hữu cơ sẽ tạo thành 1,1-(C,C)-đianion hay geminal đianion, sự tách hai proton
xảy ra tại một vị trí khi trong phân tử không có khả năng tách proton ở các vị
trí khác [16]. Các geminal đianion đang được quan tâm nhiều bởi khả năng
phản ứng của nó với các tác nhân electrophin cao hơn rất nhiều so với những
phân tử chất hữu cơ hoặc các monoanion [38].
Để tạo thành được những geminal đianion đòi hỏi phân tử có cấu tạo
đặc biệt, có chứa nhóm chức không tham gia vào các phản ứng mà chỉ có vai
trò làm ổn định cacbanion và định hướng cho sự tách proton. Đa số các
geminal đianion được tạo thành tử những phân tử có chứa một nhóm làm ổn
định như các nhóm

- halocacbonyl, nitrin, nitro, và sunfonyl. Sự tách tuần
tự proton sẽ dẫn đến các tiểu phân trung gian và dạng cộng hưởng của nó một
số đianion tiêu biểu được đưa ra ở bảng (bảng 2.1) [21], [37], [38].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


R N O
O
+R CNR NO
2R C=NR SO
2
R
1R SO
2
R
1R S
O

1
O
R
Br
R
1
O
R
R
1
O
R
R
1
O
(2.1)

Br
O
(Me)
2
CuLi
Br
O
Me
O
Me
tBuLi
O
Me

CN
CN
COOEt
ClCH
2
CH
2
Cl
(EtO)
2
C=O
(2.4)

2.1.3. 1,1-(C,C)-đianion ổn định bởi nhóm nitro.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhóm nitro gây ảnh hưởng đến pKa của nhóm CH bên cạnh nó nên việc
tách proton đầu tiên tương đối dễ dàng, nhưng nó lại làm giảm tính
nucleophin do khả năng hút electron mạnh. Việc tìm giải pháp tạo ra đianion,
đồng thời làm tăng tính nucleophin tại vị trí

- nitro đã được các nhà hóa
học đặc biệt quan tâm.
Seebach và các đồng nghiệp đã đi tiên phong trong việc làm tăng cường
khả năng phản ứng của các đianion nitro, bằng cách đưa thêm các nhóm R
vào phân tử chất đầu, với ( R= ankyl, PhS, MeO
2
C...)
Kết quả cho thấy khả năng phản ứng với tác nhân electrophin của



Bằng cách so sánh với 4-nitrobut-1-en kết quả là cho một hỗn hợp sản
phẩm ankyl hóa ở vị trí 1 và 3, phù hợp với việc tạo thành một hệ 1,2-
đianion và 1,4- đianion, theo sơ đồ 2.6.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .
NO
2
2 Baz¬
.
NO
2
E
+
.
NO
2
E
.
NO
2
.
2 Baz¬
.
NO
2
E

E
+
PhSO
2
Ph
E
E
1.MgI
2

2. R
1
R
2
C=O
PhSO
2
R
2
R
1
Ph
(2.7)
(80-82%)

Etyl phenyl sunfon tạo gemđianion khi phản ứng với 2BuLi, đianion này
phản ứng với cis-1,4- điclobut-2-en thông qua việc ankyl hóa tạo sản phẩm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
R
O
R
1
R R
1
SO
2
Ph OH
(2.9)2. 2. 1,2-(C,C)-đianion.
Trong phân tử chất hữu cơ có chứa hai nhóm làm ổn định ion cacbon ở
vị trí thuận lợi, như 1,2-đieste, 1,2-điphenyl ..., thì phân tử có thể tách trực
tiếp hai proton dẫn đến việc hình thành 1,2-(C,C)-đianion. Một số đianion
thuộc loại này đã được các nhà hóa học tạo ra cho mục đích nghiên cứu lý
thuyết và quang phổ, nhưng không dùng trong tổng hợp hữu cơ. Một số các
đianion như vậy được giới thiệu ở bảng 2.2.
Bảng 2.2. Một số 1,2-(C,C)-đianion điển hình.
STT 1 2 3 4 5

Cấu tạo

Ph
PhPh
Ph

Những phân tử chất hữu cơ như đietylsucxinat khi tác dụng với 2LDA
sẽ hình thành 1,2-(C,C)-đianion. Đianion này tham gia hai quá trình ankyl
hóa hoặc ngưng tụ với các anđehit, xeton hay este để tạo ra những sản phẩm
không vòng hoặc vòng với hiệu suất từ 43-86%, theo sơ đồ 2.10.[29]
EtOOC
COOEt
2 LDA
EtOOC
COOEt
2 RX
1. R
1
R
2
C=O
2. HCl 1,5M
R COOEt
REtOOC
O
O
R
R
EtOOC
(2.10)

Ymamoto đã sử dụng este của axit sucxinic để tạo 1,2-(C,C)-đianion và
từ đó tổng hợp nên các hợp chất vòng, theo sơ đồ 2.11 [11] COOiPr

tạo ra các 1,2-đianion từ este đimetylxyclobutan-1,2-đicacboxylat, từ đó việc
đưa thêm các nhóm khác vào tương đối thuận lợi, theo sơ đồ 2.12 [11] COOMe
COOMe
2LDA
COOMe
COOMe
PhCHO
COOMe
COOMe
CH(OH)Ph
CH(OH)Ph
COOEt
COOEt
O
O
MeOOC
MeOOC
60%
54%
(2.12)

Trên cơ sở đó các các 1,2-(C,C)-đianion của đimetylxyclohexan-1,2-
đicacboxylat và đianion của đimetylxyclopentan-1,2-đicacboxylat cũng đã
được nghiên cứu, và được dùng trong tổng hợp các hợp chất vòng, theo sơ
đồ 2.13 [11]

X

2
(2.13)2.3. 1,3-(C,C)-đianion.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong các loại đianion cacbon-cacbon thì 1,3-(C,C)-đianion là quan
trọng và được dùng nhiều nhất trong tổng hợp hữu cơ. Những phân tử chất
hữu cơ đơn giản như các xeton mang một nhóm -cacbonyl, thí dụ nhóm-
CHO, -COO-, hoặc nhóm xeton thứ hai, những phân tử này có thể tách một
proton tại vị trí giữa hai nhóm cacbonyl, sau đó tách một proton bên ngoài để
tạo thành 1,3-(C,C)-đianion, Các đianion được tạo thành do quá trình tách
hai proton của hợp chất -đicarbonyl đang được sử dụng rộng rãi trong tổng
hợp hữu cơ, do chúng có thể được tạo ra dễ dàng, hướng phản ứng của chúng
có thể dự đoán được và làm nền tảng để mở rộng phạm vi nghiên cứu các
phản ứng của đianion[38]
Do các đianion này được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ nên chúng
có nhiều cách phân loại và tên gọi khác nhau. Tuy nhiên, cách phân loại dựa
vào vị trí tách proton được dùng nhiều hơn cả, cách phân loại theo nhóm làm
ổn định ít được sử dụng. Một số -đicacbonyl điển hình được trình bày ở
bảng 2.3 [21]
Bảng 2.3. Một số -đicarbonyl đianion điển hình.
STT Cấu tạo Tên gọi

1

. R
O O

trong lĩnh vực ankyl hóa và hóa lập thể. Yêu cầu tối thiểu mà 1,3-(C,C)-
đianion có thể được tạo ra từ hợp chất đicacbonyl đó là sự có mặt của nhóm
xeton, hai vị trí bên cạnh nhóm này có thể tách proton, còn nhóm cacbonyl
thứ hai có thể là nhóm anđehit, este hoặc xeton. Các hợp chất này có thể là
hợp chất vòng hoặc không vòng [14].
Do đặc tính của nhóm làm ổn định cacbonyl là có thể tham gia phản
ứng với các hợp chất ankylliti, cơ magie nên không thể dùng các chất này để
tách proton thứ nhất mà phải dùng các amiđua kim loại như LiNH
2
, NaNH
2
,
KNH
2
cho hiệu quả tương đối tốt mặc dù các tác nhân này cũng có khả năng
phản ứng với các nhóm este metyl axetoaxetat. Các bazơ cản trở không gian
đặc biệt như LDA đang được dùng nhiều. Để có được 1,3-(C,C)-đianion từ
hợp chất -đicacbonyl ta dùng phản ứng của -xeton anđehit với các tác
nhân bazơ. Mặt khác, người ta có thể sử dụng hỗn hợp bazơ như NaH/BuLi,
sự kết hợp này thuận lợi cho việc tạo đianion [15].
Khi hợp chất -đicacbonyl tách proton ở nhiệt độ thấp tạo thành một
enolat không bền, các chất này phản ứng ngưng tụ với các anđehit, xeton,
este trong một thời gian dài, hoặc ở nhiệt độ cao. Khi tách tiếp proton thứ hai
sẽ tạo thành một đienoat có khả năng phản ứng rất cao, chúng tác dụng với
các tác nhân eletrophin tốt hơn các đơn anion, theo sơ đồ 2.14 [36].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . Z
O O

theo sơ đồ 2.15.

Z
R
R
1
O
O
Baz¬
Z
R
R
1
O
O
Z
R
R
1
O
O
R
2
(2.15)
R
2
X

Các kết quả nghiên cứu về phản ứng ankyl hóa -đicacbonyl 1,3-
(C,C)-đianion với các ankyl halogenua theo phương trình trên được tóm tắt

Me H H NaNH
2
iPrBr 66
Me H H KNH
2
iPrBr 27
Me H H KNH
2
CH
2
=CHCH
2
Br 65
Me H H LiNH
2
nBuBr 25
Me H H NaNH
2
nBuBr 67-88
Me H H KNH
2
nBuBr 68
Me H H NaNH
2
iBuBr 78
Me H H NaNH
2
sBuBr 78
Me H H NaNH
2