Cơ sở hóa học dị vòng

N QUỐC SƠN

CK.0000069326

cơ sở

^ © á S ìệ© 0 |

o o

00 /

Ctí> V - .

CxLv

1 N

Co

ỏo

< i

<1 "

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s ư PHẠM

GS.TS. TRẦN QUỐC SƠN

Cơ sở

HOÁ HỌC DỊ VÒNG ■ ■

(Tải bản lần thứ nhất, có sửa chữa)

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC SƯPHẠM

Mã số: 01.01.738/1503. ĐH 2011.12

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu.............................................................................................................................................5

Chương 1 Danh pháp dị vò n g ..................................................................................................... 7

Chương 2 cấu trúc dị vòng........................................................................................................37

Chương 3 Tính chất vật lí của dị vò n g .....................................................................................76

Chương 4 Dị vòng thơm sáu cạnh chứa một dị tử..............................................................120

Chương 5 Dần xuất benzo của dị vòng thơm sáu cạnh chứa một dị tử......................... 195

Chương 6 Dị vòng thơm sáu cạnh chứa nhiều nguyên tử nitrogen.................................260

Chương 7 Dị vòng thơm năm cạnh chứa một dị tử..............................................................325

Chương 8 Dẩn xuất benzo của dị vòng thơm năm cạnh chứa một dị tử.......................... 399

Chương 9 Dị vòng thơm năm cạnh chứa nhiều dị tử.......................................................... 460

Chương 10 Hệ dung hợp giữa hal dị vòng chứa nitrogen.................................................... 550

Chương 11 Dị vòng no và dị vòng không no........................................................................... 641

Danh mục các chữ viết tắt và ki hiệu...........................................................................................726

Tài liệu đọc thêm...........................................................................................................................727

Danh mục các công trình nghiên cứu về dị vòng của tác giả và cộng sự........................728

Mục lục tra cứu.............................................................................................................................. 732

LỜI NÓI ĐẦU

Hoá học các họp chất dị vòns có ý Iiiihĩa lí thuyết CŨIIỈĨ như thực tiễn rất to lớn và

đans phát triển rát mạnh mẽ từ hon nửa thè ki nay. Vì vậy, việc đào tạo các nhà hoá học

làm việc trono các lĩnh N ực tons họp hĩm cơ, lí thuyết hi'ai cơ, dược hoá học, sản xuất phẩm

nhuộm, hoá sinh học. nshièn ci'm hoạt tính sinh học, v.v... không thể thiếu kiến thức về các

họp chát dị vòim.

S;ích Cơ sờ lioá học ilị vòno được bièn soạn trên cơ sở kinh nghiệm nhiều năm giảng

dạv chuyên đề và nshièn ci'm khoa học cùa tác giả trons: lĩnh vực các hợp chất dị vòng.

Siích cồm 11 chưonc. được phàn bò nhir sau: Ba chươiig đầu (1, 2 và 3) là các vấn đề đại

cưoTis, như danh pháp, cấu trúc, tính chàt vật lí. Ba chương tiếp theo (4, 5 và 6) nói về các

dị vòns thom sáu cạnh. Ba chươns tiếp nữa (7, 8 và 9) đề cập đến các dị vòng thom năm

ciinh. Chưons 10 ciới thiệu hệ duns hợp siữa hai dị vòng, trong đó có purin và pteriđin. Nội

dung cùa chiroTis cuối cùne là các dị vòng no và không no, bao gồm cả các vòng nhỏ và các

vòns lớn. Trừ ba chưons đẩu. trọns tàm của mỗi chưong là phản ứng của dị vòng, tổng hợp

dị vòn2. trạng thái thiên nhièn và líTia dụng thực tiễn.

Về vân đề thuật neữ và danh pháp, trong khi chờ đợi những quy định mới của Nhà

nước về thuật ngữ và cách phiên chuyến từ tiếng nước ngoài, tác giả vẫn áp dụng các cách

quen dùns, trên cơ sở chủ yếu là cuốn Du/ili pììáp lìỢj) clìút hữu cơ do tác giả chủ biên

(Nhà xuất bản Giáo dục phát hành).

Sách này có thể dùng cho các đối tượng khác nhau, bao gồm sinh viên, học viên cao

học và nghiên cứu sinh về hoá học, hoá sinh học, hoá nông học, hoá dược học,... của các

Trường Đại học như Sư phạm, Khoa học Tự nhiên, Dược khoa, Bách khoa, Nông nghiệp,...

cùng các Viện nghiên cứu hoá học.

Ngoài ra, sách này còn là tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu hoá học hữu cơ

và tất cả những ai quan tâm đến hoá học về các hợp chất dị vòng, bao gồm cả giáo viên và

học sinh các lófp chuyên hoá học.

Sách được biên soạn và xuất bản lần đầu trong hoàn cảnh rất eo hẹp về thời gian, nên

chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của

các đổng nghiệp và các độc giả nói chung vể nội dung, cấu tríic và hình thức của cuốn sách.

TÁC GIẢ

1 DANH PHÁP DỊ VÒNG ■

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI

l - i .1 Định m>)iũi (lị vòm ;.........................................................................................................................................................................

I J .2 Phàn lo ạ i íìỊ vòn ^.............................................................................................................................................................................. y

1.1.2.1 Phủn loại theo kích thưóc ciia vòna............................................................................................................................. ^

1.1.2.2 Phàn loại theo dặc tinh của v ò n s .................................................................................................................................. y

1 . 1-2.3 Phàn loại iheo bàn chải của dị nguvên tử................................................................................................................10

1.1.2.4 Phàn loại Iheo số lượníi dị lừ trong v òn g............................................................................................................... 10

1.1.2.5 Phàn loại theo vị trí tucms hồ cùa các dị tử ........................................................................................................ 10

1.1.2.6 Phfln loại theo sỏ lượnc vòn c và cách nối giữa hai vòng trong một phân tử......................................... 10

1.2 DANH PHÁP DỊ VÒNG ĐƠN

I J . I Díinh ph áp tliôni’ tlìirờììiỊ Vtì nữa hệ th ố n ^ .......................................................................................................................... 1 1

1.2,11 Tên thòng thườnc của mội sò dị vòng thơm và nhóm hóa trị một tương ứng....................................... 11

1.2.1.2 Tên thông ihườnc của một so dị vòng no và không IIO cùng các nhóm hóa trị một

tương ứ n g .......................................................................................................................................................................... 13

1 2 2 Danh ph áp hệ thòni’ H ưììtzsch-\\ u!maìi............................................................................................................................... 13

1.2.2.1 Quy tắc về tién lố. phẩn cơ sớ và hậu tô................................................................................................................ 13

1.2.2.2 Quy tác về đánh số các ncuyẽn tữ mắt v ò n g ......................................................................................................... 13

1.2.2.3 Quy tác gọi tên các dị vòng khòng n o ..................................................................................................................... 16

1 2 J Danh ph áp trao đ ổ i...................................................................................................................................................................... 17

1.2.3.1 DỊ vòng đcm chứa mội dị tử.......................................................................................................................................... 17

1.2.3.2 Dị vòng chứa hai hoặc hơn hai dị tử......................................................................................................................... 17

1.2.3.3 Dị vòng chứa dị tử mang điện tích d ư ơ n g.............................................................................................................. IX

1.3 DANH PHÁP DỊ VÒNG ĐA

1 J .J Danh ph áp tliônịỊ llìiíờiiỊỉ vủ nữa hệ th ónỊỉ......................................................................................................................... 18

1.3.1.1 Một sô dị vòng đa chi chứa dị tử là nitrogen......................................................................................................... 18

1.3.1.2 Một sô dị vòng đa chi chứa hoặc chứa thêm dị lứ khác nitrogen....................................................................20

1.3.1.3 Một sô dị vòng đa khóng thơm hoặc không hoàn toàn tlKím........................................................................ 21

J J .2 Danh p h áp diiníỊ hợỊì..................................................................................................................................................................... 22

1.3.2.1 Các bộ phận cấu thành tên dung h ợ p ........................................................................................................................ 22

1.3.2.2 Phẩn dung 'nợp.................................................................................................................................................................... 22

1.3.2.3 Phán cư s ờ ............................................................................................................................................................................. 22

1.3.2.4 Cách đánh số toàn bộ hệ thông dị vòng duiig hựp................................................................................................24

1.3.2.5 Tên của hệ dung hợp có cầu n ối.................................................................................................................................. 26

! .3.3 Dan lĩ plìáp tran cíổi....................................................................................................................................................................... 27

1.3.3.1 Dị vòng dung hợp............................................................................................................................................................... 27

1.3.3.2 Dị vòng hệ spiro..................................................................................................................................................................28

1.3.3.3 DỊ vòng hệ bixiclo..............................................................................................................................................................2S

ì J . 4 Danh plìÚỊì cái lập hợỊì của hai hay nhiều (lị VÒIIỊÌ tir(/n\( tự nhdii. nơi trực tiếp vài Iiluiii..............................29

J J .5 Danh ph áp "Ịìhun"................................................................................................................................................... ">9

8 DANH PHÁP D [ V 0 f ^

1.4. ì Díiiili

1,4.1,1

1.4.1.:

1.4.1.3

1.4.1.4

1 4,1.5

14.: D.inh

1 4.:.1

1,4.:.:

1.4: í

1.4 2 4

1.45

1 4 .:.6

1.4 d a n h PHÁP CÁC DẪN XUÂT CỦA DỊ VÒNG

p/uÌỊ> líh í/ẫii .xiiiứ co hdiì.........

Danli pháp thay thò ........................... ..................................................................................................... 31

Danh pháp loại chức............................ ................................................................................................ 32

Danh pháp cỏni:............................ ............................................................................................................. 32

Danh pháp trừ...................................... ....................................................................................................... 30

Danh pháp kòl họ-Ị-i............................................................................................................................................................33

/>/;.//> inộr sò JJ11 xuất phức lụp tì oiìsị tỉiiẽii Iiliiên.................................................................L. 33

Tiòii tò và li;Ui tò vồ sự ihôm hoặc hidrooen 33

Tiồii tò VC sự (ạo tliòm vòng hoặc mờ vònn 33

Ticn tò vè sự (hem hay KVl nhóm m etyìci^ioậc sự chuyên cho liên 34

Ticii tò\c sự hiên dổi Ciìu hình lập Ihe.. ----- —

Ticiitò</.............................................. .....................................................................................................

Ticn tỏ 0 .................................................. ...............................................................................................

D ‘»ih pháp các hợp chất dị vòng là vấn đề phức tạp hơn danh pháp các hợp chất

đóns vòni:. vì sir có mặt ciia các dị nguyên tử và vì có rất nhiều tên thổng thưòng được

1L PAC lưu dùnc. Đối với phần lớn các dị vòng cơ bản, tên thông thường được dùng làm

nền cho danh pháp hệ thòng.

Tronc chươns này. trước khi đi sâu vào các loại danh pháp khác nhau, cần tìm hiểu

định nshla dị vòns và các cách phân loại dị vòng.

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÀN LOẠI

1.1.1 Định nghĩa dị vòng

Các hơp chất mạch vòng trong đó các nguyên tử mắt vòng thuộc cùng một loại thì

được gọi là hợp chất đổng vòng (homocyclic). Nếu mạch vòng chứa ít nhất một nguyên tử

cùa nguyên tố khác các nguyên tử còn lại thì đó là dị vòng (heterocyclic). Trong các hợp

chất hữu cơ đồng vòng các nguyên tử mắt vòng đều là cacbon, còn trong các hợp chất hữu

cơ dị vòng các nguyên tử mắt vòng gồm có cacbon và ít nhất một nguyên tử của nguyên tô'

khác cacbon. Sau đây là một số thí dụ về hợp chất đồng vòng và hợp chất dị vòng hữu cơ và

vô cơ ;

Hợp chất

đồng vòng hữu cơ

(Xiclohexan)

H

,N.

Hợp chất

dị vòng hữu cơ

(Pipcriđin)

N— N

/J ị

N'

H

Hợp chất

đổng vòng vô cơ

(Pentazole)

(+)

HN

(.)

^N H

(-)

Hợp chất

dị vòng vô cơ

(Borazole)

Vậy, lìỢỊ) chất dị vòng hữu cơ (hay thường ììói ÍỊỌH ìù liỢỊ) chứt dị vò//ẹj !ù nliữnẹ hffj)

chất mạch VÒIIÍỈ, trong vòng đó ngoài cachoii ra còn có một Ììíty lìlìiềii Iiqiiyêii tử khác cachoìi

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOAI

Những nguyên tử khác cacbon đó được gọi là (lị Iiguyê/I tử (hay (li tử), thường gặp là

nitrogen, oxigen, lini huỳnh,...

Troim thực tế, một só họp chát tuy đáp ihm định ngiiĩa trên và cũng được coi là hợp

chất dị vòim, song lại được xét ờ các loại hợp cliàt khác. Chẳng hạn các anhiđrit nội, các

lacton và lactam đirợc xét nhir dẫn xuất ờ nhóm chức của axit cacboxylic. Thí dụ:

.0 0

NH

o

Anhiđrit sucxinic ỵ-Butirolacton y-Butirolactam

1.1.2 Phân loại dị vòng

Ta biết rằnc các hợp chất hữii cơ đổng vòng (cacboxiclic) có thể chứa nhữiig vòng

3. 4. 5. 6 cạnh hay nhiều cạnh hơn nữa, và cũng có thể là vòng thơm hoặc là vòng không

thom (vònơ no và vòng khôns no).

Tưcmg tự như vậy, các hợp chất dị vòng cũng có thể là những vòng 3, 4, 5, 6 cạnh hay

vòng lớn hơn nữa, chúns cũne có thể là dị vòng thơm hoặc không thofm. Ngoài ra, các hợp

chất dị vòng còn phân biệt nhau vể bàn chất, số lượng và vị trí của dị nguyên tử trong vòng.

1.1.2.1 Phân loại theo kích thước của vòng : dị vòng ba cạnh, dị vòng bốn cạnh, dị

vòn2 nãm cạnh, ... Tlií dụ :

H

N

H

N

Ba cạnh

(Aziridin)

Bốn cạnh

(Azetidin)

Năm cạnh

(Pirolidin)

'0

,0 Q

3 cạnh

(Etilen oxit)

15 cạnh

( |i5|C rao-5)

Sáu cạnh

(Piperiđin)

9 9

18 cạnh

( 118|Crao-6)

1.1.2,2 Phân loại theo đặc tính của vòng : dị vòng no, dị vòng không no, dị vòng

thơm. Thí dụ :

n

H

n

DỊ vòng no Dị vòng không no

n

Tetrahidrofuran Piperiđin 2,5-Đihiđrofuran 1,2-Đihiđropiridin Furan Piriđin

DỊ vòng thơin

1 0 1 DANH PHÁP DỊ VÒNG

1.1.2.3 Phàn loại theo bản chất của dị nguyên tử : dị vòng chứa oxigen, dị vòng chứa

Um huỳnh, dị vòim chứa nitrogen, .... Thí dụ:

ô ô

Fiưan Thiophen

S ẹ

Selenophen

-s-

'Te

Telurophen

H

Pirole

H

,N￾Oxepan Thiepan Azepan

1.1.2.4 Phàn loại theo số lượng dị nguyên tử trong vòng : dị vòng chứa một dị tử, dị

vòns chứa hai dị tử, .... Thí dụ :

Piriđin Pirazin

N

n

N

n

o

l^.-'i-Triazin 1,2,4,5-Tetrazin Tetrahidrofuran 1,3-Đioxolan

1.1.2.5 Phân loại theo vị trí tương hỗ của các dị nguyên tử. Thí dụ :

J

N

Thiazole

( l,3-Thiazole)

Isothiazole

(l,2-Thiazole)

Piridazin

( 1,2-Điazin)

Pirimiđin

(1,3-Điazin)

1.1.2.6 Phân loại theo số lượng vòng và cách nối giữa hai vòng trong một

phân tử

a) Dị vòng đơn vòng (viết gọn: í// vòng dơn) như trong các thí dụ ở trên, và dị vòng đu

vònq {di vòng đu) như trong các thí dụ sẽ nêu dưới đây.

b) Dị vòng đa dung hợp hay ngưng tụ. Thí dụ :

-S, ^ H

/ v X /

Benzol/7 llhiophen Thicno|2,3-/>|furan

c) Dị vòng đa kiểu bixiclo. Thí dụ:

Furo|2,3-/j|pirole

s,

7-Thiabixiclo|2.2.1 llieptan 2 ,6-Đ io x a b ix ic lo |3 .2 .1 loctan

h^umnmAh UỊ vuNb tUIN 1 1

d) D/ vòng đa kiểu spiro. Thí dụ:

' õ

l-0\aspirol4„'S|đccan 5-()\a-(S-ihlaspiro| 3,4|i)ctan

e) Tập hợp hai hay nhiều dị vòng tương tự nối trực tiếp vói nhau. Tlií clụ:

2,3'-Bilhiophcii

1.2 DANH PHÁP DỊ VÒNG ĐƠN

Có nhiéii tèn thỏns tlurờiic và lèn nứa hệ thốim cùa các dị vòng đoìi được lUPAC kai

dùns. Nsoài danh pháp ihònc thườiie, các dị vòim đơn còn có danh pháp hệ thống theo

Hiiiưiscli và \Vìihỉian, danh pháp trao đổi. ...

1.2.1 Danh pháp thòng thường và nửa hệ thông

Tèn thòns thiròng và nửa hệ thốns cùa hầu hết các dị vòng thơm năm cạnh được tận

cùns bans -ole. tên cùa các dị \ò n s thơm sáu cạnh được tận cùng bằng -in, các dị vòng

khòng thơm dù nãm cạnh hay sáu cạnh cũng thường tận cùng bằng -in.

Tèn ciia các nhóm (gốc) hóa trị một được hình thành từ tên của dị vòng, có bổ sung

hậu tố -v7 cùng với locant (chỉ sò vị trf) thích hợp.

1.2.1.1 Tên thông thường của một số dị vòng thơm và nhóm hóa trị một

tương ứng

1

n

X

Furan

>

Thiophen

(Các chất tưcmg

dồng: Selenophen,

Telurophen)

í > " ‘

a V

2-FuryI (và3-Fiiryl)

Furfuryl (chí đồng phân 2-)

3-Tliienyl (và 2-Thienyl)

Tlicnyl (chi dồng phân 2-)

1 2 1 DAINH KHAK UỊ VUNCi

//

N-

\

i .

N￾N￾Ị

Pirole

Imidazole

Pirazole

Isoxazole

Isothiazole

" x A

o.

//

N

V

' N

Pirol-2-yl (và Pirol-3-yI)

Imiđazol-2-yl

(và các đồng phân)

Pirazol-1-yl

(và các đồna phân)

Isoxazol-3-yl

(và các đồng phân)

Isothiazol-3-yl

(và các đồng phân)

4

Piriđin

Pirazin

3-Piriđyl

(và các đồng phân)

Pirazinyl

6

N 3

Pirimiđin

Piridazin

V "

Pirimiđin-2-yl

(và các đồng phân)

Piriđazin-3-yl

(và các đổng phân)

5 N, ,N 2

.v _ i

Furazan Furazan-3-yl

1.2 DANH PHÁP DỊ VÒNG eơN 13

1.2.1.2 Tên thông thường của một số dị vòng no và không no cùng các nhóm

hóa trị một tương ứng

Pirolidin X Piroliđin-2-yl

(và các đổiiii phân)

H

\ |

-\H

H

.N'

NH

NH

N

2-Pirolin

Iniidazolidin

Pirazolidin

3-Pirazolin

Piperiđin

Piperazin

Morpholin

-NH

H

NU

y

N

H

N

H ' /

2-Pirolin-3-yl

(và các đổim phàn)

Imiđazoliđin-2-yl

(và các đồng phàn)

Pirazolidin-3-yI

(và các đồng phân)

3-Pirazolin-2-yl

(và các đồnq phàn)

2-Piperiđyl

(và các đồn2 phân)

Piperazin-1-yl

(và các đòng phân)

Morpholin-3-yl

(và các dồiic phàn)

1.2.2 Danh pháp hệ thống Hantzsch-Widman

1.2.2.1 Quy tắc về tiền tố, phần cơ sở và hậu tò

Các dị vòng đơn với số cạnh từ 3 clến 10, chứa một hay Iihicu dị nguyên lừ, dirực uọi

tên bằng cách tổ hựp "tiền tố (/" (xem bàrm 1- 1 ) với pliầii cơ sờ ciia tẽii ciliiy với hậu tò

(xem bàng 1-2).