bài tập hóa hữu cơ tập 2 pdf

[email protected] – copyright © 2010

Tài liệu dành cho:

 Học sinh chuyên Hóa.  Sinh viên các trường Đại học.  Giáo viên Hóa học.

02  2010

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học

L

ời nói đầu

Hóa học hữu cơ là một trong những bộ môn rất quan trọng trong lĩnh vực Hóa học nói riêng và phạm trù Khoa học tự nhiên nói chung. Tuy nhiên hiện nay, các tài liệu tham khảo về bài tập hóa học hữu cơ là không nhiều. Vì vậy việc tổng hợp các tư liệu để có một tài liệu tham khảo bổ ích và dễ tiếp thu hơn là việc rất cần thiết. Bài tập Hóa học hữu cơ là một tài liệu được biên soạn dựa trên việc tổng hợp lại từ nhiều nguồn t ư liệu khác nhau theo từng chuy ên đề để học sinh, sinh viên dễ nắm bắt. Tài liệu gồm hai phần: Phần bài tập theo từng chuyên đề và phần hướng dẫn giải. Các bài tập trong từng chuyên đề được tuyển chọn kĩ lưỡng nhằm mục đích đảm bảo cho các dạng b ài tập không trùng lặp và học sinh, sinh viên có thể tiếp cận nhiều hướng ra đề khác nhau từ cùng một dữ liệu kiến thức. Bài tập Hóa học hữu cơ bao gồm hai tập: - Tập 1: Gồm bảy chuyên đề tương ứng với nội dung thuộc phần đại c ương hóa học hữu cơ và phần kiến thức hóa hữu cơ từ bài alkane đến cetone (theo chương trình hóa học phổ thông). - Tập 2: Gồm các phần từ acid carboxylic đến các hợp chất dị v òng. Ngoài ra còn minh họa thêm một số bài tập nâng cao tổng hợp các chuy ên đề. Vì là tài liệu tổng hợp lại các bài tập nằm trong các giáo trình, sách tham khảo bài tập hữu cơ, các đề thi học sinh giỏi nên đáp án cho từng bài không thay đổi theo đáp án của từng tài liệu tham khảo. Vì vậy Bài tập Hóa học hữu cơ không phải là một tài liệu do một nhóm tác giả biên soạn mà chỉ là tài liệu tổng hợp có chọn lựa từ các nguồn t ư liệu sẵn có. (Tổng hợp từ nguồn Internet – copyright © [email protected]).

Copyright © 2010 [email protected]

1


Part 1:

AXIT CACBOXYLIC – ESTE O

COOH

O

HOOC

H C

HO

H3C

CH3

C

H

COOH

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bài 1: Đôi khi hoá học lập thể của các hợp chất hữu cơ có thể được xác định bằng cách khảo sát tính chất hóa học đặc trưng của chúng. Cấu tạo của một trong các đồng phân của axit 5 -norbonen-2,3-dicacboxylic, hợp chất X (kí hiệu ~ để chỉ không nêu rõ hóa học lập thể) được hình thành nhờ các thí nghiệm sau:

COOH COOH X Khi đun nóng X nóng chảy và tách nước để tạo ra hợp chất mới Y. Hợp chất Y tan chậm trong lượng dư dung dịch nước của NaOH để tạo X 1, cùng một sản phẩm như X tạo thành trong lượng dư dung dịch nước của NaOH. Dung dịch thu được của X1 trong NaOH được tác dụng với iot, tạo thành các hợp chất có chứa iot. Axit hóa dung dịch tạo một hỗn hợp hai chất đồng phân triệt quang (tiêu triền hay raxemic) A và B theo tỉ lệ 3:1. Chuẩn độ 0,3913g hợp chất A với NaOH 0,1000M có mặt phenolphtalein cần dùng 12,70mL bazơ. Cần cùng một thể tích NaOH 0,1000M NaOH để chuẩn độ 0,3913g hợp chất B. Khi đun nóng, hợp chất A chuyển chậm thành hợp chất mới C không chứa iot và có thể phản ứng với nước. Trong cùng điều kiện, hợp chất B không xảy ra chuyển hóa này nhưng khi đun nóng v ới axit clohydric thì chuyển chậm thành A. Viết và cân bằng mọi phương trình phản ứng. Không cần viết cơ chế phản ứng. 1. Đánh dấu (*) các nguyên tử cacbon phi đối xứng (asym metric) trong axit 5- norbonen-2,3dicacboxylic. 2. Viết công thức hóa học lập thể của từng đồng phân lập thể có thể có của hợp chất X và cấu tạo của sản phẩm tách nước nếu có xảy ra. 3. Viết các phương trình phản ứng của một đồng phân lập thể bất kỳ của X và hợp chất tương ứng Y với lượng dư dung dịch NaOH trong nước. 4. Tính khối lượng mol phân tử của chất A. Viết các phương trình phản ứng từ X1 đến A. 5. Viết phương trình phản ứng tạo thành C từ A và phản ứng của C với nước. 6. Viết công thức hóa học lập thể của hợp chất X thoả mãn tất cả các dữ kiện đã cho. 7. Viết các phương trình phản ứng dẫn từ B đến A. 8. A và B có phải là các đồng phân không đối quang (diastereoisomers)?


2


BÀI GIẢI: 1. Các trung tâm bất đối của X: *

*

COOH

*

COOH * 2. Công thức cấu tạo của các đồng phân lập thể của X được ghi ở bên trái, cột bên phải là cấu tạo của sản phẩm tách nước tương ứng (nếu sản phẩm không tồn tại có dấu gạch ngang).

COOH

OC O

COOH

OC COOH

CO O

COOH

CO

COOH

COOH

COOH COOH

3. Phản ứng của một đồng phân lập thể của X với NaOH: COONa

COOH

+ 2H2O

+ 2NaOH COONa

COOH

Phản ứng của một đồng phân lập thể của Y với NaOH: COONa

OC O

+

NaOH

oc


COONa

+ H 2O

3


4. MA = 0,3913/(12,7.0,100/1000) = 308 (g/ mol-1) Các phản ứng từ X đến A: I

COONa

I

I2 -NaI

COONa

COONa

O

HCl -NaCl

CO

COOH O

CO

5. Chuyển hóa A thành C: I

COOH O

O

CO

O

CO

+ HI

CO

Phản ứng của C với nước

O

CO + 2 H 2O

HO

O CO 6. Cấu tạo của X là:

HO

COOH COOH

COOH COOH 7. Chuyển hóa B thành A

I

I

CO

O

+H O

COOH

2

COOH

I

OH

COOH

HOOC

–H O 2

O

CO

8) Không, A và B không phải là các đồng phân không đối quang.


4


Bài 2: Các nhà hóa học của công ty Merck Frosst Canada ở Montréal đã phát triển một dược phẩm rất có triển vọng và hữu hiệu để trị bệnh suyễn. Cấu tạo của MK-0476 như sau.

COOH CH3 H3 C

OH

S

Cl

N

MK – 7406 Trong quá trình kiểm tra, họ phát minh một qúa trình tổng hợp đơn giản và hiệu quả, mô tả dưới đây cho sự thiol hóa một phần của MK – 0476 bắt đầu từ este dietyl A 1. Hãy cho biết cấu tạo của các sản phẩm trung gian B – F trong qúa trình tổng hợp này. COOC2H5 C6 H 5 COCl 1) CH 3 -SO 2 Cl/(C 2 H 5 )3 N 1.LiAlH 4   B   C(C12H 14O 3 )   D(C12H 13O 2 N) Pyridin 2.NaCN 2.H O  3

COOC2H5

1. KOH(aq) 2. CH 2N2 COOH 1. CH 3 -SO 2Cl/(C 2 H 5 )3 N ( aq )   F(C9 H14O 3S)  E 2.H O  2.CH COS -Cs + 1.NaOH 3

3

SH

Một trong những giai đoạn cuối của qúa tr ình tổng hợp MK – 0476, muối diliti của thiol axit (G) ở trên được ghép với mạch của phân tử n êu dưới đây (sơ đồ dưới) 2. Căn cứ trên hóa học lập thể quan sát được của phản ứng trên, gọi tên cơ chế của qúa trình ghép này? 3. Nếu qúa trình phản ứng xảy ra theo cơ chế được đề nghị như trên thì tốc độ toàn phần (chung) sẽ thay đổi như thế nào nếu nồng độ của cả muối thiolat và chất nền đều cùng lúc tăng gấp ba? 4. Các nghiên cứu mẫu được tiến hành với việc sử dụng brom etan như là một chất nền để tối ưu hóa qúa trình ghép nói trên. V ẽ cấu tạo sản phẩm chính của phản ứng giữa một mol đương lượng brom etan với: a. G thêm hai mol đương lượng bazơ. b. G thêm một mol đương lượng bazơ.


5


5. Qúa trình ghép có thể trở nên phức tạp do sự nhị hợp oxi hóa (dime hóa – oxy hóa của G). Viết công thức cấu tạo Lewis, chỉ rõ tất cả các electron không liên kết của sản phẩm nhị hợp - oxy hóa trên. SƠ ĐỒ GHÉP MẠCH CH3

O

CH3 CH3

S O

O

Cl

OH

N

-

CO2+Li

1. -S+Li 2. H+

COOH CH3 CH3

OH

S

Cl

N

BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo của các chất: O

O CH 2O

CH 2OH

CH2O

H2C

CH2OH

CH 2OH

C

B

CH2OH

C

N

D CH2S

C

CH3

O CH2CO2CH3

CH 2CO2CH3

E


F

6


2. SN2: thế nucleophin lưỡng phân tử. 3. v = k[tác nhân][tác chất nucleophin] Tốc độ chung tùy thuộc vào nồng độ của cả tác nhân lẫn tác chất nucleophin. Như vậy, gấp ba nồng độ của các chất tham gia phản ứng sẽ dẫn đến tốc độ chung của phản ứng tăng gấp 9 lần. 4. Với hai đương lượng bazơ: CH2SCH2CH3

CH 2CO2H

Với một đương lượng bazơ: CH 2SH

CH2CO2CH2CH3

5. Công thức Lewis của sản phẩm dime: CH2S

SCH2

H2 C

CH 2

HO

O

O

OH

Bài 3: Nấm Aspergillus nidulans tạo ra hai lacton (este vòng) thơm A và B (C 10H10O4) mỗi đồng phân tan trong dung dịch NaOH lạnh trong nước nhưng không tan trong dung dịch NaHCO3 trong nước. Cả A và B đều cho màu tím với dung dịch FeCl3 trong nước. Phản ứng của A với CH3I có mặt K2CO3 tạo thành C (C11H12O4) mà phổ 1H NMR của nó thấy có chứa ba nhóm metyl không giống nhau, một nhóm liên kết trực tiếp với vòng thơm. Sự tách loại nhóm metyl có chọn lọc của C với BCl3 rồi xử lý kế tiếp trong nước tạo ra D là một đồng phân mới của A. Phổ 1H NMR của hợp chất D cho thấy rõ sự hiện diện của một nhóm hydroxyl có tạo liên kết hydro nội phân tử tại  = 11,8pm OH H3 C

H 3C

CO2CH3

O HO

E


I

7


Hợp chất D được tổng hợp như sau: Phenol E được metyl hóa (MeI/K2CO3) để tạo F(C9H12O2) sau đó F được khử bằng liti kim loại trong amoniac lỏng và 2 – metylpropan – 2 –ol để cho một dien đối xứng và không liên hợp G. Có thể chuyển dien này thành liên hợp bằng phản ứng với KNH2 trong amoniac lỏng rồi xử lý kế tiếp trong nước, qúa trình này chỉ tạo một sản phẩm H. Sự ozon phân H rồi xử lý không khử lế tiếp tạo ra nhiều sản phẩm, trong đó có xetoeste I. Th ực hiện phản ứng Diels – Alder hợp chất H với dimetyl but – 2 –indioat J tạo thành K (C 15H20O6) mà khi đun nóng sẽ loại eten để tạo ra một este thơm L. Thủy phân L trong môi trường bazơ rồi axit hóa dung dịch tạo thành M(C11H12O6) mà khi đun nóng trong chân không tạo ra N (C11H10O5). Khử N bằng NaBH4 trong dimetylfomamit tạo thành C và một lacton O đồng phân, O cũng có thể thu đ ược nhờ metyl hóa B. 1. Viết công thức cấu trúc của tất cả các hợp chất từ A đến O. 2. Hãy trình bày một cấu trúc khác của B. BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo của các chất: OCH3

OCH3

OCH3

O

H3 C

H3 C

H3 C

HO

A

H3CO

B O

OH

OH

O

O

O HO

O

C OCH3

O

H3 C

H3 C

H3 C

HO

H3 CO

O H3CO

D

F

E

OCH3

OCH3 CO2CH3

CH3

CH3

H3CO

H3CO

H3C

CO2CH3

O CO2CH3

G


H

I

J

8


OCH3

OCH3

H3C

OCH3

H3C

CO2CH3

CO2CH3

CO2CH3 H3CO

H3CO K

H3C

CO2H

CO2CH3 H3CO

CO2H

L OCH3

M OCH3

O

H3C

H3C O

O

H3CO

H3CO O

O

N

O

2. Công thức khác của B: OH H 3C O H 3CO O

Bài 4: (-)-Atractyligenin là một hợp chất hoạt động sinh học được cô lập từ cây gọi là Thistle chết choc. Người Zulu dùng nó để chữa bệnh nhưng thường gây hiểm họa chết người. Để có thể tạo một hợp chất tương đương có độc tính kém hơn, nay đã có nhiều phương pháp tổng hợp hóa học: HO OH COOH

Br

  B(C5H10O)   C(C5H 8O)   D   E  

O

G

  H  I

A


9


Trong sự tổng hợp chất tương đương của (-) – Atractyligenin, hơp chất A đuợc dùng làm nguyên liệu đầu. Trước hết cho chất A tác dụng với dung dịch natri hydroxit trong nước tạo thành B (C5H10O). 1. Hãy viết công thức cấu tạo của hơp chất B 2. Khi cho hợp chất B tác dụng với kali dicromat trong dung dịch nước của axit sunfuric thu được C (C5H8O). Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất C. 3. Hoà tan hợp chất C trong toluene rồi sục khí hydro bromua qua dung dịch cho đến khi toàn bộ C phản ứng hết thu được hợp chất D. Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất D 4. Hợp chất D có đồng phân lập thể không? Nếu có, hãy cho biết có bao nhiêu đồng phân lập thể? 5. Cho hợp chất D tác dụng với dung dịch natri hidroxit trong etanol tạo thành hợp chất E, khi đun nóng sẽ chuyển vị thành chất F Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất E. 6. Hợp chất F có đồng phân lập thể không? Nếu có, hãy cho biết có bao nhiêu đồng phân lập thể? 7. Dung dịch hợp chất F tác dụng với kali pemanganat cho hợp chất G. Cuối cùng G được đun nóng hồi lưu trong etanol có mặt xúc tác axit sunfuric tạo thành hợp chất H.Hãy cho biết tên IUPAC của H Hợp chất H được cho tác dụng với 2 – metylbutylmagie bromua. Sau khi axit hóa, thu được một hỗn hợp các sản phẩm đồng phân I. 8. Hãy viết công thức cấu tạo sản phẩm I (không xét đồng phân) 9. Hãy trả lời các câu hỏi sau a. Số đồng phân lập thể cô lập được của sản phẩm I là 2, 4, 6 hay 8? b. Tất cả các đồng phân lập thể cô lập được của sản phẩm I được tạo thành với số lượng bằng nhau, hay một phần có số lượng khác nhau hay tất cả có số lượng khác nhau? c. Trong các đồng phân lập thể cô lập được của sản phẩm I thì tất cả có cùng điểm nóng chảy hay tất cả có điểm nóng chảy khác nhau hay một số có điểm nóng chảy giống nhau? BÀI GIẢI: Công thức cấu tạo các chất như sau: Br

OH

O

O O Br

C

B

A

D

O

G

E

F * OH

O

OH

O

*

O

*

H

 Chất D có 2 đồng phân đối quang

I

 Chất F có hai đồng phân hình học 

Chất I có 4 đồng phân lập thể riêng biệt



Cặp đồng phân không đối quang có lượng khác nhau. Cặp đối quang có lượng bằng nhau


10




Cặp đồng phân không đối quang có điểm nóng chảy khác nhau. Cặp đồng phân đối quang có điểm nóng chảy bằng nhau

Bài 5: Một thành phần S của dầu hoa hướng dương có cấu tạo sau: cis H2 C

OOC(CH2)7

C H

HC

OOC(CH2)7

C H

C H

(CH2)7CH3

cis

H2 C

cis

H2 C

C H

C H

C H

(CH2)4CH3

OOC(CH2)18CH3

a. Có bao nhiêu đồng phân đối quang của S? Dùng dấu hoa thị (*) để chỉ ra các tâm đối xứng gương của phân tử, nếu có. b. S tác dụng với natri metoxit cho hỗn hợp 3 este metyl. Đề nghị tên của 3 este này. Dùng cách ghi Z, E nếu cần. c. Cho các este metyl chưa no tác dụng với ozon rồi với kẽm để xác định vị trí của các liên kết đôi trong phân tử. Viết công thức cấu tạo của 4 hợp chất có nhóm chức andehit. Viết tên IUPAC của chúng. d. Chỉ số xà phòng hóa của một chất béo được định nghĩa là số miligam kali hydroxit cần để thuỷ phân 1g chất béo. Chỉ số này được dùng để so sánh các khối lượng phân tử tương đối của chất béo. Hãy tính thể tích của kali hydroxit 0,996M cần dùng để xà phòng hóa 10,0g chất béo S e. Chỉ số xà phòng hóa của S là bao nhiêu? f. Chỉ số iot của chất béo được định nghĩa là số gam iot (I2) có thể tham gia phản ứng cộng với 100g chất béo. Hãy tính chỉ số iot của chất S. BÀI GIẢI: a.

Các phân tử của chất thành phần S có hai đồng phân đối quang cis H2 C

C H

OOC(CH2)7

C H

C H

cis

HC* H2 C

b.

OOC(CH2)7

C H

(CH2)7CH3 H2 C

cis C H

C H

(CH2)4CH3

OOC(CH2)18CH3

Các công thức cấu tạo và tên gọi của este metyl là: O (Z) - metyloctadec-9-enoat O O (9Z;12Z) - metyloctadec-9,12-dienoat

O O O


metyl octadecanoat

11


c. Ozon phân S rồi tác dụng với Zn cho các andehit sau: O

O nonal

hexanal

O O metan dicacbadehit

O O metyl nonalat

O

d. Số mol KOH đã dùng nhiêu gấp 3 lần số mol triglixerit S n (S) =

10,0 = 11,29.10 -3 (mol) = 11,29 (mmol) ; VKOH = 3.n/V = 34,0 mL 885.402

e. Chỉ số xà phòng hóa = 3,40(mmol/g).56,11(g/ mol) = 191 f. 112,9mmol S có chứa 3 . 112,9mmol liên kết đôi C = C Vậy m(I2) = 0,3388(mol) . 253,8(g/mol) = 85,98g  Chỉ số iot = 86 Bài 6: Axit xitric (axit-2-hydroxy-1,2,3-propantricacboxylic) là axit sơ cấp của các loại cây thuộc họ cam, chanh và cũng góp phần làm nên vị chua đặc trưng của nó. Cách sản xuất thủ công nhất của nó là lên men mật mía hay tinh bột, họ sử dụng loại nấm Aspergillus niger tại pH = 3,5. Axit xitric được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất nước ngọt và làm thuốc cắn màu trong công nghiệp phẩmnhuộm. Ngoài ra nó cũng là một chất trung gian quan trọng trong c ác qúa trình sinh hóa. a. Chất nào được sinh ra khi ta đun nóng axit xitric với axit sunfuric đặc ở 45 –50oC. Hãy viết công thức cấu tạo và đọc tên của sản phẩm tạo thành theo IUPAC. Loại axit hữu cơ nào tham gia được phản ứng trên? Sau khi đun nóng axit xitr ic với axit sunfuric, người ta thêm vào anisol (metoxybenzen) vào hỗn hợp phản ứng và nhận được chất A(C12H12O5). 

A tạo anhydrit khi đun nóng với anhydrit axetic



Để trung hoà 118mg A cần 20mL dung dịch KOH 0,05N



Cùng một lượng chất A như trên có thể phản ứng hết được với 80mg brom để tạo thành sản phẩm cộng

b. Xác định công thức cấu tạo A c.

Xác định các đồng phân có thể có của A sinh ra trong phản ứng trên, hãy xác định cấu dạng và viết tên IUPAC của chúng.

d. Trong phản ứng brom hóa thì có bao nhiêu đồng phân lập thể của A được sinh ra. Hãy vẽ công thức chiếu Fischer của chúng. e.

Xác định cấu hình tuyệt đối của các trung tâm bất đối trong các sản phẩm ở câu d

Nếu trong phản ứng hình thành A ta thay anisol bằng chất khác như phenol hay resoxinol thì tương ứng ta thu được các chất B và C. B không cho phản ứng màu khi tác dụng với FeCl3 nhưng C thì có. Trong cùng điều kiện phản ứng tạo thành 2 chất B, C thì hiệu suất tạo thành C cao hơn.


12


f.

Xác định công thức cấu tạo của B và C

g. Phản ứng tạo thành A và B khác nhau ở điểm cơ bản nào? h. Lý do tại sao hiệu suất tạo thành C cao hơn tạo thành B BÀI GIẢI: a.

Phản ứng

HO

H2C

COOH

C

COOH

H2C

COOH

H2C H 2SO 4  

4

C H2C

COOH O

+

H2 O

+

CO

COOH

axit-1,3-pentadioic

Chỉ có các axit  - hydroxy cacboxylic mới tham gia phản ứng này b. -

Khối lượng phân tử A = 236 20mL KOH 0,05M phản ứng đủ với 118mg A 1000mL KOH 1M phản ứng đủ với 118g A

  -

 A phải là axit 2 chức Khối lượng phân tử A = 236 80mg Br2 phản ứng đủ với 118mg A 160mg Br2 phản ứng đủ với 236mg A  A có chứa một liên kết đôi. Trong phân tử A có chứa vòng anisol Nó lại được hình thành từ axit HOOC– CH2 –CO–CH2 –COOH và có công thức phân tử C12H12O5. Do có sự cản trở không gian của các nguyên tử hydro trong anisol nên nhóm t hế buộc phải nằm ở vị trí para so với nhóm –OCH3. Như vậy công thức cấu tạo của chất A sẽ như sau: COOH H3CO COOH

Vì A tạo được anhydrit nên hai nhóm -COOH buộc phải ở cùng phía so với liên kết đôi. c. Các đồng phân của A OCH3 COOH COOH axit-(E)-3-(2-metoxyphenyl)-2-pentendioic OCH3 COOH COOH axit-(Z)-3-(2-metoxyphenyl)-2-pentendioic


13


HOOC H3CO COOH

axit-(Z)-3-(4-metoxyphenyl)-2-pentendioic d. Hai sản phẩm khi cho A tác dụng với brom COOH

COOH H Br HOOCH2C Br

Br Br

OCH3 1

H CH2COOH

OCH3 2

Hai chất này là enantiome e. Cấu hình tuyệt đối tại các trung tâm lập thể COOH S H Br HOOCH2C Br

Br Br

OCH3 1

COOH R H S CH2COOH

OCH3 2

f. Công thức cấu tạo các chất B và C CH2COOH

O

O

CH2COOH

HO

O

B

O

C

g. Trong sự hình thành chất A từ anisol thì hướng tấn công là vị trí para so với nhóm –OCH3. Tuy nhiên trong phản ứng tạo thành chất B từ phenol thì vị trí tấn công là ortho so với nhóm –OH. Sự khác nhau này là do sự cản trở không gian của các nguyên tử hydro trong nhóm –OCH3. Như vậy sự tấn công có thể xảy ra ở hai vị trí ortho và para nhưng hướng tấn công ortho được ưu tiên hơn do sản phẩm trung gian có thể vòng hóa được để tạo sản phẩm bền B. h. Phenol chỉ có 1 nhóm –OH trong vòng phenyl còn resoxinol thì lại có đến 2 nhóm –OH trong vòng phenyl mà hai nhóm này lại ở vị trí meta. Điều này dẫn đến vị trí 4 trong resoxinol có mật độ electron lớn đối với resoxinol. 5

OH

6

4

1

3

HO

2

OH

Như vậy thì trong cùng điều kiện phản ứng thì lượng sản phẩm C luôn nhiều hơn B Copyright © 2010 [email protected]

14


Bài 7: Sự phát triển của các loại dược phẩm mới phụ thuộc chủ yếu vào tổng hợp hữu cơ. Phương pháp chỉnh lại phân tử (fine-tuning) được sử dụng để có thể nhận được các tính chất như mong muốn. Sau đây là qúa trình tổng hợp thuốc gây mê cục bộ proparacaine (còn được gọi là proxymetacaine), chất này được sử dụng để điều trị các bệnh về mắt. 1. Hoàn thành qúa trình tổng hợp bằng cách viết công thức cấu tạo các chất A, B, C, D và E O OH HNO3

A

n-C 3H 7 Cl

B

baz

HO

SO Cl2

H 2 /Pd(C)

HOCH 2CH2 N(C 2H 5) 2 C

D

E

Tất cả đều là các sản phẩm chính 2. Khi ta nitro hóa axit - m – hydroxybenzoic thì thu được những sản phẩm nào? 3. Khi t – C4H9Cl được sử dụng ở bước 2 thay cho C 3H7Cl thì điều này sẽ dẫn tới: a. Một sản phẩm tương tự B (nếu điều này đúng hãy viết CTCT sản phẩm) b. Không có phản ứng c. Sự phân hủy t –C4H9Cl d. Một phản ứng thể S E Hãy chọn câu trả lời đúng BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo các chất từ A đến E: O

O O 2N

O 2N

O O2 N

OH

OH H3 CH 2 CH 2CO

HO

H 3CH2 CH 2 CO

B

A

C

O O2 N

Cl

O H 2N

OCH2 CH 2N(C 2 H5 )2

H 3 CH 2CH 2CO

OCH 2CH2 N(C2 H 5) 2

H3 CH2 CH 2 CO D

E

2. Công thức cấu tạo các sản phẩm: NO2 O

O OH

OH

+ O2 N

OH

OH

3. c Bài 8: Viết cơ chế của các phản ứng sau đây: Base a. C6 H 5COCl  CH 3CH 2OH   C6 H 5COOCH 2CH 3 acid b. CH 3CONH 2  H 2O  CH 3COOH  NH 4


15


BÀI GIẢI: a. Cơ chế phản ứng: Cl CH3CH2OH+

Cl

C

CH3CH2

+ O

C

H

O

O

Cl CH3CH2

O

C OH

- HCl CH3CH2

O

C O

b. Cơ chế: +

CH3

C

NH2

NH2

+ OH

H

CH3

2

NH2

C

CH3

NH2

+

-H

C

OH

H

NH3+

+

H CH3

O+

C OH

+

OH

O

H

CH3

OH

C

OH

CH3COOH + NH4+

OH

Bài 9: Loại dược phẩm được sử dụng nhiều nhất trong tất cả mọi thời đại là axit axetylsalixilic (ASS), nó được bày bán rộng rãi trên thị trường dưới tên thương mại là aspirin để làm thuốc chống nhức đầu. Cái tên aspirin là do một công ty ở Đức đề xuất năm 1899. ASS có thể được tổng hợp bằng con đường sau đây:

Viết công thức cấu tạo của A, B, C và ASS. BÀI GIẢI Phản ứng đầu tiên là phản ứng Kolbe – Schmidt, tiếp theo là phản ứng proton hóa, sau phản ứng này thì axit salixilic B được hình thành. Phản ứng với anhydrit axetic sẽ dẫn đến việc tạo thành axit axetylsalixilic ASS.


16


Bài 10: Sildenafil (một loại thuốc tăng lực) đ ược tổng hợp theo sơ đồ: O

O OEt

NH 2NH 2

A

1. M e 2SO 4, dd NaOH 2. NaOH, H 2O

O o

SOCl 2, DM F, toluen, 55 C, 6 h

C

B

C

o

50 C, 2 h

H 2 (50 psi), 5% Pd/C

D

o

dd NH 3, 20 C, 2 h

HNO 3, H 2SO 4

E

0

EtOAc, 50 C, 4 h

O

O Et

ClSO 3H, SOCl 2

OH

t o phßng, 18 h

CH 3- N

G

(N

NH , H 2O

H

o

10 C , 2 h

håi l u, 2 h, - N

O Et HN N

NH

E , EtOAc

K

N

L

t o phßng, 70 h

I

NH

CH 3 N N

O

I

N) 2CO

Pr

Sildenafil

O2 S

N

N

CH 3

1. Hãy hoàn chỉnh dãy phản ứng trên, biết rằng: o Quá trình chuyển sang G có tạo thành axit sunfonic trung gian sau đó m ới chuyển thành sunfonyl clorua. ,

o N,N -cacbonylđiimiđazol (CDI) là m ột loại tác nhân dùng để hoạt hoá axit cacboxylic cho phản ứng thế nucleophin của nhóm cacbonyl. 2. Viết cơ chế phản ứng chuyển [I] thành K. BÀI GIẢI O O

O OEt

NH2NH2

O

H N

EtO

1. Me2SO4, dd NaOH

N 2. NaOH, H2O

O

CH3 N HNO3, H2SO4 N 50oC, 2 h

HO

O

CH3 N N

HO O 2N

A

Pr

SOCl2, DMF, toluen, 55 C, 6 h

C

O

CH3 N N

H 2N

o

o

dd NH3, 20 C, 2 h

OEt

O

0

EtOAc, 50 C, 4 h

H 2N Pr

E OEt

10 C, 2 h

H O2 S N

G SO2Cl

H

N)2CO

håi l u, 2 h ,

-N

OH

o

OEt (N

Pr

O

OH CH3-N NH , H2O

to phßng, 18 h

Pr

CH3 N N

H 2N

H2 (50 psi), 5% Pd/C

O

OH ClSO3H, SOCl2

C

O

O 2N D

OEt

Pr

B

O

O O

OEt N

N

N

NH

N CH3 O N

N

NH

Me

O2 S N

N CH3


I

K O2 S N

N CH3

17

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học O H2N

OEt K

O

E, EtOAc to phßng, 70 h

CH3 N N

N H N

L O2 S

Pr

N CH3

2. Cơ chế từ [I] sang K (- )

O

O

OEt

C

O

OEt N

N

O

C

N

O

N

N

O

+

N +H

+ CO2 + HN

O2 S N

N CH3

N

N CH3

N

+

N

-H

O2 S N

OEt

N

HN

O2 S

O

N

N CH3

Bài 11: Viết công thức cấu tạo của sản phẩm cuối (nếu có) từ các phản ứng sau: COOH +

Br

(I2, KI, NaHCO 3)   A

H2N

+

CH

B

COOH

CH3

BÀI GIẢI A là O O I

B không tồn tại vì phản ứng không xảy ra Bài 12: Sản phẩm nào được tạo thành khi cho stiren oxit tương tác v ới dietylmalonat? BÀI GIẢI: CH(COOEt)2

O CH

CH2

COOEt

O O

O

C O

O 1.OH,H 2O   2.H 

EtOOC

COOEt

Ph

O

3.t o

Ph

Bài 13: Viết công thức cấu trúc các dạng enol của dietylmalonat (1), Etylaxetoaxetat (2). Trong các cấu trúc của (2), cho biết dạng nào bền nhất, dạng nào kém bền. Giải thích?


18


BÀI GIẢI: a. Các cấu trúc O EtO

H

H O

O OEt

C H

O

O EtO

OEt

EtO

O OEt

C H

b. Trong đó: -

Dạng A ít bền do nối đôi không li ên hợp

-

Dạng B bền nhưng không có cộng hưởng este

-

Dạng C bền nhất do có nối đôi li ên hợp và cộng hưởng este O

H

H O

O CH3COCH2COOEt

OEt

H2C

H3C

A

O OEt

C H B

H

O H3C

O OEt

C H C

Bài 14: Khi xử lý axit salixylic với dung dịch n ước brom dư thì axit dễ dàng tạo thành tribromphenol. Viết cơ chế. Có thể chờ đợi phản ứng của axit m - và p-hidroxibenzoic không? BÀI GIẢI: O

OH

OH

Br2

C

COOH

COOH

+

Br

O O

O

H

CO2 +

Br

-H

+

-H

OH Br Br 2

Br

Br

+

H

Br

Tạo thành   xetoaxit torng gian, loại hợp chất này dễ bị decacboxyl hóa. Đồng phân meta- khó xảy ra phản ứng vì không tạo thành   xetoaxit Đồng phân para- có thể được vì hợp chất này là   xetoaxit có nối đôi ở ,  O

Br


COOH

19


Part 2:

AMINOAXIT – AMIN – PROTEIN O

O

O N

N

N

N

N

N

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bài 1: Hợp chất hữu cơ A có 74,074% C; 8,642% H; c òn lại là N. Dung dịch A trong nước có nồng độ % khối lượng bằng 3,138%, sôi ở nhiệt độ 10 0,372oC; hằng số nghiệm sôi của nước là 1,86oC. 1. Xác định công thức phân tử của A. 2. Oxi hóa mạnh A thu được hỗn hợp sản phẩm trong đó có E (axit piridin -3-cacboxilic) và F (N-metylprolin). Hãy xác định công thức cấu tạo của A v à cho biết giữa E và F chất nào được sinh ra nhiều hơn, chất nào có tính axit mạnh hơn. 3. A có 1 đồng phân cấu tạo là B; khi oxi hóa mạnh B cũng sinh ra 1 hỗn hợp sản phẩm trong đó có E v à axit piperidin-2-cacboxilic. Xác định công thức cấu tạo của B. 4. Cho A và B tác dụng với HCl theo tỷ lệ mol 1:1, chất n ào phản ứng dễ hơn? Viết công thức cấu tạo của các sản phẩm. BÀI GIẢI: 1. C : H : N  M

74,074 8,642 17,284 : :  5 : 7 : 1  (C5H7N)n 12 1 14

k.m 3,138 1  1,86   100   162g / mol  81n = 162  n = 2; CTPT: C 10H14N2 t 96,862 0,372

2. E

COOH

A

F COOH N CH3

N

N CH3

N

E sinh ra nhiều hơn F 3.

Axit piperidin -2-cacboxilic:

B N H

COOH

N H

N anabazin

4. N N H3C

ClN

H

N Cl


20


Bài 2: Sắp xếp có giải thích sự tăng dần tính axit của: COOH

N

;

COOH

CH2COOH

COOH ;

; N

(A)

(C)

(B)

(D)

BÀI GIẢI:

-I 1

CH2COOH

COOH -I 2

< (D)

C O H O (A)

-C3 N -I 3

<

(C)

COOH -I 4

<

N -C4 (B)

Vì: - I1 < - I2 nên (C) có tính axit lớn hơn (D). (A) và (B) có N nên tính axit l ớn hơn (D) và (C) (A) có liên kết hiđro nội phân tử làm giảm tính axit so với (B). Bài 3: L-Prolin hay axit (S)-piroliđin-2-cacboxylic có pK 1 = 1,99 và pK 2 = 10,60. Piroliđin (C 4H9N) là amin vòng no năm cạnh. 1. Viết công thức Fisơ và công thức phối cảnh của L-prolin. Tính pHI của hợp chất này. 2. Tính gần đúng tỉ lệ dạng proton hóa H 2A+ và dạng trung hoà HA của prolin ở pH = 2,50. 3. Tính gần đúng tỉ lệ dạng đeproton hoá A  và dạng trung hoà HA của prolin ở pH = 9,70. 4. Từ metylamin và các hóa chất cần thiết khác (benzen, etyl acrilat, natri etylat và các ch ất vô cơ), hãy viết sơ đồ điều chế N-metyl-4-phenylpiperiđin.

1.

BÀI GIẢI:

1,99  10, 6 pHI = = 6,3 2

COOH NH H

COOH NH H

COOH H

N

COOH H N H

H 2. Áp dụng phương trình Henderson - Hasselbalch K1   HA + H+ ; H2A+  

lg

K1 

[HA][H + ] [H 2 A + ]

[HA] = pH – pK1 = 2,50 – 1,99 = 0,51 [H 2 A + ]

Suy ra:

[HA] = 3,24 [H 2 A + ]

Vậy ở pH = 2,50 dạng trung ho à chiếm nhiều hơn dạng proton hóa 3,24 lần. Hay tỉ lệ giữa dạng proton hóa và dạng trung hoà là 0,309  3. H2A+ + A 

[A  ] HA

; suy ra lg

[A  ] = pH  pK2 = 9,70  10,60 =  0,90 HA


21


[A  ] 1 = 0,126  HA 8

=>

Vậy ở pH = 9,7 tỉ lệ giữa dạng đeproton h óa và dạng trung hoà là

4. 2 CH2=CH-COOC2H5 CH3NH2 CH 3-N

1 8

.

CH2-CH2-COOC2H5 CH2-CH2-COOC2H5

C2H5ONa

O

COOC2H5

1. OH

O

-

2. H3O+, to

N

N

+Br2/Fe, to

Br

O

N OH C6H5 1. C6H5MgBr

N

CH3

CH3 O

Mg MgBr COOC2H5 ete

CH3

2. H3O+

CH3

C6H5

C6H5 H2, Ni, to

H2SO4, 170oC

N

N

N

CH3

CH3

CH3

Bài 4: Hãy cho biết các sản phẩm của sự thủy phân trong môi trường axit của các chất CH3CONH2 , O

O O

2.

N

CH3

CH3-COOCH3 CH3-CONH2 O

O O

N

H2O +

H , tO H2O +

H , t

O

CH3-COOH CH3-COOH

H2O +

CH3

H , tO

+ CH3OH BÀI GIẢI: +

NH4+

+ CH3-NH2-CH2-COOH

+

HOCH2COOH .

Bài 5: Hợp chất A (C 5H11O2N) là một chất lỏng quang hoạt. Khử A bằng H2 có xúc tác Ni sẽ được B (C5H13N) quang hoạt. Cho B tác dụng với axit HNO 2 thu được hỗn hợp gồm ancol C quang hoạt và ancol tert-amylic (2-metyl-2-butanol). Xác định công thức cấu tạo của A. D ùng công thức cấu tạo, viết phương trình các phản ứng tạo thành B, C và ancol tert-amylic từ A. BÀI GIẢI: Copyright © 2010 [email protected]

22

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học CH3 CH CH2 CH3 CH2NO2

CH3 CH CH2 CH3 CH2NH2

H2/ Ni

(A)

ChuyÓn vÞ

+

+

CH2

HNO2

Chuyển vị

* CH CH CH3 CH 2 3

CH3 CH CH2 CH3

+ C

CH3

CH2

CH2 CH3

CH3 CH CH2 CH3 CH2OH

H2O OH

H2O CH3

CH3

C

CH2 CH3

CH3

Bài 6: Từ benzen hoặc toluen và các chất vô cơ tổng hợp được các dược chất sau: Axit 4-amino-2-hidroxibenzoic; axit 5-amino – 2,4 – dihidroxibenzoic. BÀI GIẢI: NO2

HNO3

NH2

Sn/ HCl

COOH

OH

HNO2

OH

CO2,OHt0,p

H2SO4, t0

NO2

NH2 COOH

NH2

OH

HNO2

HNO3

0

OH

CH3

OH

COOH NO2

COOH NH2

Sn / HCl

NO2

NO2

COOH

OH

H2N

O2N

COOH K 2Cr2O7 H+

OH HNO2

NH2

OH

COOH OH

HNO3

COOH

OH

NO2 H2SO4, t0

0

OH

CH3 HNO3

COOH OH Sn /HCl

H2SO4, t

t,p

hoặc

NH2

OH

CO2,HO

NH2

NH2

OH

Sn / HCl

H2SO4

O2N OH

H2N OH

Bài 7: a. Dùng công thức cấu tạo, hãy hoàn thành sơ đồ tổng hợp sau đây: 6 5 2  C8H8O4NSCl  B  2  COCl2 + CH3OH   C2H3O2Cl 

C H NH

HOSO Cl

NH 3  D



H 3O   C6H8O2N2S.

b. Giải thích hướng của phản ứng tạo thành C8H8O4NSCl và C6H8O2N2S. BÀI GIẢI: a. COCl2 + CH3OH   CH3O-COCl


23

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học NHCOOCH3 C6H5NH2

NHCOOCH3

HOSO2Cl

CH3OCOCl

NHCOOCH3

NH2

H3O+

NH3

d

SO2Cl (C)

(B)

SO2NH2 (E)

SO2NH2 (D)

b. –NHCOOCH3 định hướng o, p; do kích thước lớn, tác nhân lớn nên vào vị trí p. –NHCOOCH 3 este-amit thủy phân thành CO2 , còn – SO2NH2 bền hơn.

Bài 8: TRF là tên viết tắt một homon điều khiển hoạt động của tuyến giáp. Thủy phân ho àn toàn 1 mol TRF thu được 1 mol mỗi chất sau:

N NH3 ; N

COOH

H

CH2-CH-COOH

; HOOC-CH2-CH2-CH-COOH ; NH2 (Glu)

(Pro)

NH2 N H

(His)

Trong hỗn hợp sản phẩm thủy phân không hoàn toàn TRF có dipeptit His -Pro. Phổ khối lượng cho biết phân tử khối của TRF là 362 đvC. Phân tử TRF không chứa vòng lớn hơn 5 cạnh. 1. Hãy xác định công thức cấu tạo và viết công thức Fisơ của TRF. 2. Đối với His người ta cho pKa 1 = 1,8 ; pKa 2 = 6,0 ; pKa 3 = 9,2. Hãy viết các cân bằng điện ly và ghi cho mỗi cân bằng đó một giá trị pKa thích hợp. Cho 3 biểu thức: pHI = (pKa 1+pKa2+pKa3) : 3 ; pH I = (pKa 1+pKa2) : 2 ; pH I = (pKa 2+pKa3) : 2 ; biểu thức nào đúng với His, vì sao? 3. Hãy đề nghị sơ đồ phản ứng với đầy đủ điều kiện để tổng hợp axit (D, L) – glutamic từ hidrocacbon chứa không quá 2 nguyên tử cacbon trong phân tử. BÀI GIẢI: 1. * Từ dữ kiện thủy phân suy ra 2 công thức Glu -His-Pro và His-Pro-Glu (đều có 1 nhóm –CO – NH2) * Từ M = 362 đvC suy ra có tạo ra amid v òng (loại H2O) * Từ dữ kiện vòng  5 cạnh suy ra Glu là aminoaxit đầu N và tạo lactam 5 cạnh, còn Pro là aminoaxit đầu C và tạo nhóm – CO – NH2. Vậy cấu tạo của TRF: HN

CH CO-NH CH CO N

CH CO-NH2

CH2

O N

NH


24


Công thức Fisơ:

NH2

CO NH

CO

H

H

NH

H

N

CO CH2

O

N NH

2. Cân bằng điện ly của His: COOH +

H

H3 N

COO +

+

-H CH2

-H

HN

H

H 2N CH2

(3) N

NH 1,8

+

-H

N

NH (+2)

H CH2

(2)

+

HN

+

H3 N

+

CH2

(1)

+

H

H3 N

COO

COO

NH

NH

(+1)

6,0

(-1)

(0)

(hoặc viết 3 cân bằng riêng rẽ; không cần công thức Fisơ) * pHI = (pKa 2 + pKa3) : 2 là đúng, vì phân tử His trung hòa điện (điện tích = 0) nằm giữa 2 cân bằng (2) v à (3)

3. Tổng hợp axit (D,L)-glutamic HC  CH

HCN  

N

NC – CH = CH2

CO, H 2   xt, t 0

C CH2 CH2 CH C N

3  NC – CH2– CH2– CH=O 

1) H2O, OH

NH2

2) H3O+

HCN, NH

HOOC CH2 CH2 CH COOH NH2

Bài 9: Thủy phân hoàn toàn một hexapeptit M thu được Ala, Arg, Gly, Ile, Phe và Tyr. Các peptit E (chứa Phe, Arg) và G (chứa Arg, Ile, Phe) được tạo thành trong số các sản phẩm thủy phân không ho àn toàn M. Dùng 2,4-dinitroflobenzen xác định được amino axit Ala. Thủy phân M nhờ tripsin thu được tripeptit A (chứa Ala, Arg, Tyr) và một chất B. a.

Xác định thứ tự liên kết của các amino axit trong M.

b. Amino axit nào có pH I lớn nhất và amino axit nào có pH I nhỏ nhất? Biết cấu tạo chung của các amino axit l à H2N-CHR-COOH AA’: Ala

Arg

Gly

Ile

R : CH3

(CH2)3NHC(=NH)NH 2

H

CH(CH3)C2H5 CH2C6H5


Phe

Tyr p-HOC6H4CH2

25


BÀI GIẢI: a. Hexapeptit M có đầu N là Ala. Thuỷ phân M nhờ tripsin xác định được tripeptit là: Ala – Tyr – Arg. Dipeptit E có cấu tạo Arg-Phe. Tripeptit G có cấu tạo: Arg-Phe-Ile. Do vậy amino axit đầu C là: Gly. Ala –Tyr – Arg Arg – Phe Arg – Phe – Ile Gly Vậy cấu tạo của M: Ala – Tyr – Arg – Phe – Ile – Gly. b. pH lớn nhất: Arg, vì có nhóm guanidin (có 3 nguyên t ử N) I

pH nhỏ nhất: Phe, vì có nhóm phenyl. I

Bài 10: Isoleuxin được điều chế theo dãy các phản ứng sau (A, B, C, D là kí hiệu các chất cần tìm): Br2 t 1. KOH (C H 5 OOC) 2 CH 2 3  Isoleuxin   A  B  C  D  CH CH3 2  0

CH3CH2

C2H5ONa

NH

2. HCl

Br

Hãy cho biết công thức cấu tạo của các chất A, B, C, D và Isoleuxin. BÀI GIẢI: (C 2 H 5OOC) 2 CH 2 NH 3 1.KOH t CH 3CH 2CHBrCH 3   A   B   C   D   Isoleux in C2 H 5ONa 2.HCl o

Bài 11: Người ta phân lập được một tetrapeptit (peptit A) từ prothrombin người. Cấu tạo của peptit A được tiến hành xác định như sau: a. Bằng phương pháp Edman thì nhận được trình tự aminoaxit của peptit A là Leu-Glu-Glu-Val. b. Để tiếp tục xác định cấu tạo, ng ười ta tiến hành điện di trên giấy ở pH 6,5 peptit A và một peptit tổng hợp B (cũng có trình tự aminoaxit là Leu-Glu-Glu-Val) thì lại nhận được quãng đường di chuyển không giống nhau, cụ thể như hình dưới đây: 2,5

Peptit A Peptit B

1,7

0


1

2

3

đơn vị độ dài

26


c. Khi thuỷ phân hai peptit A và B bằng HCl 6N ở 110oC, thì cả A và B đều cho Leu(1), Glu(2), Val(1); nhưng khi thuỷ phân bằng kiềm thì peptit B cho Leu(1), Glu(2), Val(1) còn peptit A cho Leu(1), X(2), Val(1). Hãy giải thích các kết quả thực nghiệm để xác định cấu tạo của X và gọi tên X theo danh pháp IUPAC. BÀI GIẢI: Xác định cấu trúc của X - Phương pháp Edman thực hiện ở pH thấp,biết được trình tự là Leu-Glu-Glu-Val. - Điện di ở pH 6,5 cho thấy peptit A dịch chuyển nhanh h ơn về phía cực dương(+), chứng tỏ A có điện tích âm lớn hơn B,tính axit của A lớn hơn B. - Khi thuỷ phân trong môi trường HCl 6N ở 110 oC thì cả A và B đều thu được Leu(1), Glu(2) và Val(1). Kết hợp với phương pháp Edman ở trên cho thấy các quá trình này thực hiện ở môi trường axit mạnh,pH thấp.Ở pH thấp phân tử X bị đecacboxyl hoá,loại CO2 mất đi 1 nhóm –COOH. - Khi thuỷ phân bằng kiềm peptit A tạo ra Leu(1),X(2) v à Val(1),trong môi trường kiềm không có quá trình decacboxyl hoá nên nhận được X(2). - Kêt hợp các kết quả trhí nghiệm cho thấy X có th êm 1 nhóm –COOH so với Glu tức là khi loại 1 nhóm –COO thì X chuyển thành Glu.

X VËy X :

CO2

HOOC CH2 CH2 CH COOH NH2 CH COOH NH2

HOOC CH CH2 COOH Gọi tên:

Axit 3-aminopropan-1,1,3-tricacboxylic

Bài 12: Hợp chất A(C 6H12N2O2) quang hoạt, không tan trong axit lo ãng và bazơ loãng, phản ứng với HNO2 trong nước tạo thành B (C 6H10O4). Khi đun nóng B dễ dàng mất nước chuyển thành C (C6H8O3). Hợp chất A phản ứng với dung dịch brom và natri hydroxit trong nư ớc tạo thành D (C 4H12N2), hợp chất này phản ứng với HNO 2 khi có mặt axit clohydric cho metyletylxeton. 1. Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, C, D v à gọi tên các hợp chất tạo thành. 2. Hợp chất A có thể có cấu trúc như thế nào? Dùng công thức Fisơ để mô tả. BÀI GIẢI: 1. A phải là diamit nên có thể viết như sau: CONH2

C6H12N2O2

C 4 H8 CONH2

Br2; OHH2 O

NH2

C 4H 8 NH2

D D là diamin, deamin hóa khi ph ản ứng với HNO 2 và chuyển vị giống như pinacolin. Như vậy có thể viết như sau:


27

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học H3 C

H C

H C

NH2

NH2

HNO2

CH3

H3C

H C

H C

OH

OH

CH3

H+ -H2O

CH3COCH2CH3

2,3-diaminobutan Như vậy hợp chất A là diamit của axit 2,3-dimetylsucxinic có thể tồn tại ở dạng quang hoạt, phản ứng với axit nitrơ cho ra axit 2,3-dimetylsucxinic. CH3 H

CH3 CONH2

H2NOC

H

HNO2

H

COOH

HOOC

O

CH3

H

t oC -H2O

H3C

C

H3C

C

C O C

CH3

CH3

H O

anhydrit-2,3-dimetyl sucxinic

2. Công thức Fisơ: CH3 H

CH3 CONH2

H2NOC

H2NOC

H

H

H

CH3

CONH2 CH3

Bài 13: Tổng hợp hữu cơ 1. Hãy tổng hợp axit glutamic từ axit -xetoglutaric. 2. Hãy tổng hợp prolin từ axit adipic. BÀI GIẢI: 1. Quá trình tổng hợp như sau: CH2COOH H2 C

H2SO4 HN3

H2 C CH2COOH

H2 C H2 C

COOH C H2

(A) OH-

CH2NH3+

CH2NH2

H+ P, Br2

H2 C H2 C

COOH CH Br

(B) NH

COOH


28

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 1)SOCl2

2) NH3 Br2 / KOH hoặc: HOOC(CH 2 ) 4 COOH  H 2 NCO(CH 2 ) 4 COOH   A rồi tiếp tục như trên

2. Quá trình tổng hợp như sau: COOH CO (CH2)2

HCN NH3

COOH CN C NH2 (CH2)2 COOH

COOH

H3 O+

COOH COOH C -CO2 NH2 to (CH2)2 COOH

COOH CHNH2 CH2 CH2 COOH

Bài 14: Peptit A có khối lượng phân tử 1007. Thuỷ phân hoàn toàn bằng axit cho các aminoaxit sau với số mol bằng nhau: Asp, Cystin, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro v à Tyr. Oxy hóa A với HCO2OH chỉ cho B chứa hai gốc axit cysteic (ký hiệu là Cya), là một dẫn xuất của cystein với nhóm thiol bị oxy hóa thành axit sunfonic. 1. Có bao nhiêu nhóm chứa axit sunfonic được tạo thành từ sự oxy hóa một liên kết disunfua? Thuỷ phân không hoàn toàn B cho một số di và tri-peptit (B1 – B6). Trật tự của mỗi sản phẩm thuỷ phân được xác định trong những cách sau. Aminoaxit có N cuối được xác định bằng cách xử lý peptit với 2,4 – dinitroflobenzen (DNFB) đ ể cho DNP – peptit. Sau khi thuỷ phân hoàn toàn DNP – peptit bằng axit, thu được một DNP – aminoaxit, chất này có thể được xác định dễ dàng bằng cách so sánh với các

D NP

– aminoaxit chuẩn. 2. Khi xử lý B1 với DNFB rồi thuỷ phân kế tiểp bằng axit tạo thành một sản phẩm là DNP – Asp. Điều này cho thấy B1 có axit aspartic tại N cuối. Hãy viết cấu tạo đầy đủ của DNP – Asp tại điểm đẳng điện của nó (không cần hóa học lập thể). o Kế đó, aminoaxit có C cuối được xác định bằng cách đun nóng peptit tại 100 C với hydrazin, chất này bẻ

gãy tất cả các liên kết peptit và chuyển tất cả trừ aminoaxit C cuối thành hydrazit của aminoaxit, còn nhóm cacboxyl ở C cuối còn nguyên vẹn. Theo cách này, các aminoaxit N- và C- cuối được xác định thứ tự toàn bộ của B1 – B6 như sau: B1: Asp – Cya

B4: Ile – Glu

B2: Cya – Tyr

B5: Cya – Pro – Leu

B3: Leu – Gly

B6: Tyr – Ile - Glu.

Thuỷ phân B với một enzym từ Bacillus subtilis cho B7 - B9 với thành phần như sau: B7: Gly – NH2 (glyxinnamit)

B8: Cya, Glu, Ile, Tyr

B9: Asp, Cya, Leu, Pro 3. Viết trình tự của B8 nếu thu được DNP – Cya khi xử lý B8 với DNFB rồi thuỷ phân hoàn toàn sau đó bằng axit. 4. Nếu các aminoaxit N- và C- cuối của B9 được xác định theo thứ tự là Asp và Leu, viết trình tự của B9. Copyright © 2010 [email protected]

29


5. Viết cấu tạo đầy đủ của A và chỉ rõ vị trí của liên kết disunfua. Tuy nhiên khối lượng phân tử của A tính được thì lớn hơn gía trị thực nghiệm hai đơn vị. Quan sát kỹ lưỡng hỗn hợp thu được từ sự thủy phân hoàn toàn bằng axit của A ngoài các aminoaxit tìm được lúc đầu còn có 3 đương lượng mol amoniac cũng được tạo thành. 6. Đề nghị cấu tạo điều chỉnh của A và khoanh tròn (một hay nhiều vị trí) trên cấu tạo này để cho thấy tất cả các nguồn tạo amoniac có thể có. BÀI GIẢI: 1. 2 2. Công thức cấu tạo: O O 2N OH OH NH

NO2

O

3. Trình tự của B8 là: Cya – Tyr – Ile – Glu. 4. Trình tự của B9 là: Asp – Cya – Pro – Leu. 5. Cấu tạo đầy đủ của A là: Cys – Tyr – Ile – Glu – Asp – Cys – Pro – Leu – Gly

– NH2

6. Cấu tạo điều chỉnh của A: Cys – Tyr – Ile – Gln– Asn– Cys – Pro – Leu – Gly – NH2

Các vị trí gạch chân là các vị trí tạo amoniac. Bài 15: Phản ứng ngưng tụ giữa axit cacboxylic và amin sinh ra amit. Ví dụ: ngưng tụ axit fomic với dimetylamin sinh ra N,N-dimetylfomamit, nó có các cấu trúc cộng hưởng sau: O H

O N

CH3

CH3

H

+

N

CH3

CH3

1. Xếp các chất N,N-dimetylfomamit (A). N-metylaxetamit (B) và propanamit (C) theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi. 2. Nhóm cacbonyl thường được nhận diện bằng dải hấp thụ mạnh trong phổ hồng ngoại (IR). Vị trí vân hấp thụ phụ thuộc vào độ bền liên kết C = O. Đối với amit thì độ bền của liên kết C = O có thể được xác định dựa vào hình vẽ trên. Ví dụ: nhóm C = O của xiclohexanon cho vân hấp thụ ở 1715cm-1. Để so sánh với xiclohexanon thì các giá trị nào sau đây là phù hợp với nhóm C = O của propanamit? a) 1660cm-1 do độ dài liên kết ngắn của nhóm cacbonyl. Copyright © 2010 [email protected]

30


b) 1660cm-1 do độ dài liên kết dài của nhóm cacbonyl. c) 1740cm-1 do độ dài liên kết ngắn của nhóm cacbonyl. d) 1740cm-1 do độ dài liên kết dài của nhóm cacbonyl. 3. Glyxin (H2N – CH2 – COOH) là  - aminoaxit. Ba phân tử glyxin có thể tạo ra tripeptit Gly–Gly–Gly thông qua phản ứng ngưng tụ tạo thành amit và kèm theo sự tách loại hai phân tử nước. Hãy viết công thức cấu tạo của tripeptit. 4.

Khi  - aminoaxit chứa nhoam thế thìu lúc này sẽ xuất hiện hiện tượng đồng phân quang học. Ví dụ:

L–alanin và D–alanin là hai enantiome. Như vậy đối với 3 peptit glyxin, L –alanin và D–alanin ta có thể thu được bao nhiêu tripeptit? O H2N H

OH

H2N H

H

Glyxin (Gly)

5.

O

O H2N

OH

H3C

CH3

L-Alanin (L-Ala)

OH H

D-Alanin (D-Ala)

Tổng cộng có bao nhiêu đồng phân quang học từ các tripeptit trên?

Hiện nay, “polyacrylamide gel with electrophoresis” (PAGE) được sử dụng rộng rãi trong việc phân tích protein và axit nucleic. Tuy nhiên một trong số những ứng dụng của keo polya mit là phân lập các hợp chất phenol bằng sắc ký bản mỏng. Các phenol có chứa các nhóm thế khác nhau thì có tính axit khác nhau. Tính axit khác nhau thì liên kết với keo PAGE càng mạnh. 6. Sắp xếp các chất sau: phenol (D), 4 – metylphenol (E) và 4–nitrophenol (F) theo thứ tự giảm dần khả năng liên kết với PAGE. Khả năng hấp thụ một chất trong phổ tử ngoại - khả kiến (UV – Vis) phụ thuộc vào số liên kết đôi liên hợp trong phân tử đó. Một hợp chất có từ 5 nối đôi liên hợp trở lên thì có xu hướng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến nên kết qủa là chúng có màu. Ví dụ phenolphtalein là một chất chỉ thị axit – bazơ thông dụng. Trong dung dịch có tính axit và trung t ính nó không có màu còn trong dung dịch bazơ nó có màu đỏ tím (pH: 8,3 – 10,0) OH HO OH-

H2SO4 dac G

+

2

H

180Co C , 5h OH

+

H O O Phenolphtalein

7. Viết công thức cấu tạo của H. 8. Phenolphtalein có thể được điều chế bằng cách cho chất G phản ứng với hai mol phenol. G phải là chất nào trong số các chất dưới đây để phản ứng đạt hiệu suất cao nhất.


31

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học O

O

O

H

H

H

OH

O

O

O O

O c

b

a

d

BÀI GIẢI: 1. Thứ tự sắp xếp các chất theo nhiệt độ sôi: C > B > A. Giải thích: Từ cấu trúc cộng hưởng của amit cho thấy nó có một phần điện tích âm trên nguyên tử oxy và một phần điện tích dương trên nguyên tử nitơ. Amin bậc 1 và bậc 2 có liên kết hydro mạnh hơn amin bậc 3 (Propanamit: 79oC; N- metylaxetamit: 28oC và N,N-dimetylfomamit: -61oC). 2. Câu b 3. Gly-Gly-Gly

H H

N

H

O

N

N H

O OH

H

O

+ H3N

N

N

O

H

O O

O

d ạng lưỡng cực. 4. 27 5. Trong số đó thì 26 tripeptit có đồng phân quang học Aminoaxit không có tính quang ho ạt: H2N – GGG – OH Aminoaxit có tính quang hoạt: H2N–GGLA–OH; H2N–GGDA–OH … 6. Khả năng liên kết với PAGE giảm dần theo thứ tự F > D > E. 7. H là HO

O O

O O

O

OH O

8. Chất d Bài 16: Protein hiện diện trong hầu hết các tế bào sống và đóng một vai trò quan trọng trong hóa học của sự sống. Nó được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc là các axit -  - aminocacboxylic. Peptit là cac protein “thu nhỏ” với một vài aminoaxit. Liên kết peptit là các liên kết amit được hình thành từ sự ngưng tụ của nhóm amin của aminoaxit này với nhóm cacboxyl của aminoaxit kế cận. 1. Peptit nào nhận được từ phenylalanine F và alanin A? Chỉ ra cấu trúc của chúng. Copyright © 2010 [email protected]

32

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học O

O

O

OH

OH

OH

NH2

NH2 A

O OH NH2

NH2

G

L

F

Trong phương pháp phân tích cấu trúc peptit thì việc nhận diện aminoaxit đầu N và đuôi C đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Phương pháp Sanger giúp ta n hận diện được aminoaxit đầu N bằng cách xử lý aminoaxit với 2,4-dinitroflobenzen trong môi trường kiềm yếu, sau đó là thuỷ phân toàn bộ chuỗi peptit với xúc tác axit. Aminoaxit đầu N sẽ tạo ra kết tủa màu vàng và dễ dàng được nhận diện bằng phương pháp sắc ký giấy. Sanger đã được trao giải thưởng Nobel năm 1958 và 1980. 2. Viết phản ứng xảy ra khi ta sử dụng tác nhân Sanger (để cho gọn ta viết aminoaxit đầu N có công thức là H2NR) để nhận diện aminoaxit đầu N.

Với aminoaxit đuôi C, chứa nhóm chức –COOH tự do trong peptit được phân lập bằng cách sử dụng enzym cacboxipeptidaza để thủy phân, enzym này chỉ thủy phân aminoaxit ở cuối mạch. Đối với một tetrapeptit chứa cac aminoaxit F, A, glyxin G và leuxin L thì phương pháp thủy phân bằng enzym cacboxipeptidaza thì aminoaxit đuôi C được nhận diện là F. phương pháp Sanger cho biết aminoaxit đầu N được nhận diện là G. 3. Đề nghị công thức cấu tạo của peptit. Hãy viết các công thức cấu tạo của chúng. BÀI GIẢI: 1. Công thức của các peptit nhận được: H N

H2N

Ph

O

H N

H2N

OH

O

O

AA

FF

Ph

O OH

H N

H2N

O OH H2N O

O

Ph

H N

FA

O OH Ph

AF

2. Phản ứng xảy ra: NO2 O2 N

F

NO2

+

2 H2NR

O2 N

NHR

+

RNH3F

3. Không thể biết được thứ tự hai aminoaxit giữa là AL hay LA nên peptit ban đ ầu có có thể có cấu tạo như sau: GALF hoặc GLAF.

Bài 17: Coniin là hợp chất rất độc được tìm thấy trong cây độc sâm (conium maculatum). Triết gia cổ đại người Hy Lạp Socrates đã bị giết bởi chất này. Coniin là một hợp chất chứa nitơ và là một ancaloit. Xác định hóa tính và hóa lập thể của coniin bằng cách hoàn thành các chuỗi phản ứng sau. Vẽ CTCT A, B, C. Copyright © 2010 [email protected]

33


Trong đó: Hofmann exhaustive methylation: sư metyl hóa triệt để theo Hofmann Optically active: hoạt động quang học BÀI GIẢI:

Bước oxy hóa bằng KMnO 4 tham khảo trong tài liệu: A. M. Castano, J.M. Cuerva, A. M. Echavarren, Tetrahedron Letters, 35, 7435-7438 (1994) Copyright © 2010 [email protected]

34


Bài 18: Peptit là các polyamit mạch thẳng sinh ra bằng các li ên kết “đuôi nối với đuôi” của các aminoaxit có cấu hình L (tức S). 1. Các dipeptit nào có thể được tạo thành bằng cách ngưng tụ L–alanin và L–phenylalanin? Sử dụng các công thức lập thể trong câu trả lời. 2. Sự kéo dài từng phần mạch peptit hầu hết luôn bắt đầu từ nguyên tử C của các aminoaxit bậc ba (sử dụng ở dạng este) liên kết với mỗi đơn vị aminoaxit kế tiếp (sử dụng ở dạng dẫn xuất thế ở Ni tơ) dẫn đến sự thay thế nguyên tử N - thế trước khi đơn vị kế tiếp được gắn vào. Dẫn xuất thế thường được sử dụng là các nhóm ankoxy cacbonyl ROCO – và dẫn xuất cacbamat của nó. Hãy giải thích lý do tại sao sự hiện diện của nhóm thế (nhóm bảo vệ) của nguyên tử nitơ amin làm trở ngại việc tạo liên kết amit với nhóm cacboxyl. a. Vì nitơ bây giờ chỉ còn có 1H ; b. Vì nhóm bảo vệ có mật độ electron ít hơn nguyên tử nitơ. ; c. Vì nhóm bảo vệ chắn sự tấn công của nhóm cacbonyl ; d. Vì sự kháng tĩnh điện ; e. Vì nó vốn đã là một amit. 3. Vẽ các công thức cộng hưởng của một nửa nhóm amit. Sử dụng các ký hiệu lập thể và các mũi tên để chỉ rõ sự chuyển dịch electron. 4. Tác nhân nào dưới đây sẽ được sử dụng để gắn nhóm benzylcacbamat vào một amin (nhóm Bergmann – Zervas). Viết phản ứng. a. C6H5CH2OCONH 2,

b. C6H5CH2OCO2CH3, c. C6H5CH2OCO2C(CH3)3,

d. C6H5CH2OCOCl, e. C6H5OCOCl 5. Việc loại nhóm bảo vệ ankoxycacbonyl thường kèm theo phản ứng cắt mạch dưới tác dụng của các axit theo sơ đồ:

Xếp khả năng tăng dần tính h oạt động của các cacbamat sau đây dưới tác dụng của axit:

BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo các peptit có thể có:


35


Các dipeptit vòng (dixeto piperazin) cũng được chấp nhận:

2. Câu trả lời tốt nhất là b và e 3.

4. Tác nhân e (benzylclofomiat) sẽ phản ứng với amin theo sơ đồ sau: 5. Nếu chúng ta giả thiết trạng thái chuyển tiếp có tạo thành ion cacboni thì chất nào tạo thành ion cacboni dễ dàng nhất thì tính bền cũng tỉ lệ thuận với khả năng đó. Trong chất D thì có sự giải toả electron mạnh nhất:

và khó nhất ở A:

Giải thích tương tự ta thấy cation tạo thành từ B bền hơn C. Như vậy thứ tự sẽ là: D > B > C > A


36


Bài 19: Công thức cấu tạo của các chất A và B trong sơ đồ điều chế nhựa melamin sau: NH 3 CH 2 O Xianogen clorua   A   Xianuramit (melamin)  B

NH2 N H2N

N N

NH2

BÀI GIẢI:

Cl

C

N

N Cl

NH3

N N

NHCH2

NH2

Cl N H2N

Cl

HCHO

N N

N CH2HN

NH2

N N

NHCH2

n

Bài 20: Cho sơ đồ sau: 

1.H3O HCl OH  NaSH (-)-Serin   A   B(C 4 H 9Cl 2 NO 2 )   C(C 4 H 8Cl 2 NO 2 )   D(C 4 H 9 NO 2S)  E CH3OH 2.OH 

Viết công thức Fisơ của E và cho biết cấu hình tuyệt đối (R/S) của nó. BÀI GIẢI: Sơ đồ phản ứng HO

CH2

CH

COOH

PCl5 HO

CH2

CH

NH2

Cl

CH2

COOCH3

Cl

CH2

NH3Cl

CH

COOCH3

HS

CH2

NH2

CH

COOCH3

NH3Cl

CH

COOCH3

HS

CH2

CH

COOH

NH2

NH2

Công thức chiếu Fischer của E (cystein) E có cấu hình R vì độ hơn cấp của -CH2SH > -COOH COOH R H

H2N

CH2SH

Bài 21: Sau khi xử lí hỗn hợp lõi ngô hoặc vỏ trấu có chứa pentozan (C 5H8O4)n với dung dịch axit clohiđric 12% rồi tiến hành chưng cất, nhận được chất lỏng A (C5H4O2) màu vàng có mùi thơm. Cho A phản ứng với KOH rồi axit hóa thì nhận được B (C5H4O3) và C (C5H6O2). Copyright © 2010 [email protected]

37


a. Viết phương trình phản ứng thuỷ phân pentozan tạo thành A và công thức của A, B, C. b. Viết phương trình phản ứng của B tác dụng với C khi có xúc tác axit. c. Hãy trình bày điều kiện nitro hoá A để nhận được D (C5H3NO4). d. Viết phương trình phản ứng của D tác dụng với: (I) ; (II). O

H 2N -N

O

NH

NH S S (II)

(I) O

BÀI GIẢI: 1. Trong lõi ngô và vỏ trấu có chứa pentozan, khi đun nóng với dung dịch HCl 12% chuyển thành pentozơ rồi tách nước cho fufurol CHO (C5H8O4)n HCl 12%

(CHOH)3

- 3H2O

O

CH2OH 2 O A

O

CHO

KOH

O C COOK

H3O+

CH2OH

b. O

A(C5H4O2) COOK

O

COOH B

O

COOH +

CHO

CH2OH

O

H+

O

COOCH2 O

c. Để nitro hoá A cần phải bảo vệ nhóm anđehit bằng (CH 3CO)2O

(CH3CO)2O

O

CHO

O

CH(OCOCH3)2

Thực hiện phản ứng nitro hoá, sau đó thuỷ phân để phục hồi nhóm -CHO

O

CH(OCOCH3)2

HNO3

O 2N

O

CH(OCOCH3)2

H3O+

O 2N

CHO

O D

d. Phản ứng của D với I và II


38


O 2N

O

CHO

I O O

O 2N

NH

D

O 2N

O

H 2N N

O

NH

O O NH

CHO II S

O 2N

S

O

O

N N

CH

O NH

CH

S

S

Bài 22: Geniposit (hình dưới) là một hợp chất được tách ra từ quả dành dành. Thuỷ phân geniposit sinh ra hai sản phẩm là genipin và D-glucozơ. Genipin tham gia phản ứng tạo màu với gelatin (đây là cơ sở để phát hiện dấu vân tay trong kỹ thuật hình sự). Hãy viết sơ đồ phản ứng tạo genipin v à phản ứng của genipin với một aminoaxit để giải thích hiện tượng trên COOCH3 O

HOH2C

O

HO HO

O OH

CH2OH

BÀI GIẢI: Phản ứng thuỷ phân geniposit thu được genipin và D-glucozơ COOCH3 COOCH3

OH

O +

HOH2C

O

O HO

HOH2C

O

O

HO

OH

HO OH

OH

CH2OH

HO OH

Gelatin (có trong da) cấu tạo từ các polipeptit, lấy đại diện là một aminoaxit như glyxin, ta có phương trình: COOCH3

O HOH2C

+

COOCH3 H2N-CH2-COOH

OH

N-CH2-COOH HOH2C

OH

sản phẩm có màu để phát hiện dấu vân tay trong kỹ thuật h ình sự.


39

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học

Part 3:

CACBOHIDRAT - POLYME O

O

O

OCH2 O

O

CH2

H 2C

CH2O

n -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------O

CACBOHIDRAT Bài 1: Viết sơ đồ phản ứng oxi hóa D-glucozơ tạo thành axit anđonic và axit anđaric, công th ức Haworth các mono và đi γ-lacton của chúng và gọi tên các lacton ấy. BÀI GIẢI: O COOH

CHO

OH

OH HO OH OH CH2OH HNO3

COOH OH HO

Br2

COOH

H2O

OH

HO O OH

O

OH OH

CH2OH

CH2OH axit gluconic

D- -gluconolacton OH COOH O

COOH OH O

CH2OH OH O

OH

HO

O

OH

OH OH

C

OH HO

OH O

O O

O O

OH 1,4-lacton cña axit glucaric 1,4:3,6-dilactoncña axit glucaric 3,6-dilacton của axit glucaric 1,4-lacton của axit glucaric 3,6-lacton cña axit glucaric OH

3,6-lacton của axit glucaric

Bài 2: Hợp chất X là một đường ba (tri – saccarit) có chủ yếu trong các thức ăn làm từ hạt bông. Hợp chất X không phản ứng với dung dịch Benedict cũng như không đối quang. Sự thuỷ phân xúc tác axit tạo ra ba đường D – hexozơ khác nhau A, B và C. Tất cả các hợp chất A và B cũng như hợp chất I (xem dưới đây) đều cho cùng một osazon khi phản ứng với lượng dư phenylhydrazin trong môi trường axit. Hợp chất C phản ứng với axit nitric tạo th ành một hợp chất D không có tính quang ho ạt (không triệt quang). Để thiết lập quan hệ giữa cấu hình giữa D – glyxerandehit và C, chất đường andehit 4 cacbon (andotetro zơ) trung gian khi bị oxy hóa bởi axit nitric không tạo th ành được một hợp chất meso. Khi A được xử lý bởi axit nitric tạo thành axit aldaric có tính quang hoạt. Cả A và B đều phản ứng với 5 mol HIO4; A tạo thành 5 mol axit metanoic (axit fomic) và 1 mol metanal (fomandehit), trong khi đó B tạo thành 4 mol axit metanoic, 1 mol metanal và 1 mol CO2. Cả A và B có liên quan với 1 andotetrozơ, andotetrozơ này là một đồng phân không đối quang (diastereoiso mer) của chất mà C có tương quan. Sự metyl hóa của X rồi thủy Copyright © 2010 [email protected]

40


phân kế tiếp tạo thành 2,3,4-tri-O-metyl-D-hexozơ (E) (chuyển hóa từ A); 1,3,4,6-tetra-O-metyl-Dhexozơ (F) (chuyển hóa từ B) và 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-hexozơ (G) (chuyển hóa từ C). 1. Xác định công thức chiếu Fischer của A, B, C và D. 2. Vẽ đầy đủ công thức chiếu Haworth tương ứng để chỉ rõ kích thước vòng và hóa học lập thể tuyệt đối của E, F và G. 3. Viết công thức chiếu Haworth của X. BÀI GIẢI: -

Hợp chất X là một tri-saccarit, không phản ứng với dung dịch thuốc thử Benedict, không quang hoạt.

Điều này cho thấy X là một đường không khử và vì vậy chỉ có các liên kết axetal và xetal tồn tại ở tất cả các cacbon anome. -

Trong ba monosaccarit thì A và B cho cùng một osazon như vậy có hóa học lập thể như nhau tại C-3;

C-4 và C-5 (và C-6). -

A và B cũng khác với hợp chất I (là D-mannozơ) tuy cho cùng một osazon và như vậy một trong số đó

phải là C-2 epime của D-mannozơ (là D-glucozơ) và chất kia phải là đường xeton tương ứng ở C-2 (như Dfructozơ) (Suy luận này được kiểm nhận sau này bằng các phản ứng cắt mạch oxy hóa). -

Hợp chất C, sau phản ứng với axit nitric tạo một axit dicacboxylic không quang h oạt là axit andaric D.

Axit andaric như vậy có thể có hai dạng: là AA1 (D) và AA2 -

Andotetrozơ tạo thành trước C (cũng như trước D) không cho một hợp chất meso sau phản ứng với axit

nitric và như vậy buộc phải là D-threozơ: CHO H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

CHO H

COOH

CH2OH

COOH

CHO

COOH

Meso

OH CH2OH HO H

H OH CH2OH

HO H

H

doi xung

OH COOH

Như vậy axit andaric D tạo thành từ C nêu trên là AA1 và như vậy C phải là D-galactozơ. Hợp chất A phản ứng với 5 mol axit HIO4 để tạo ra 5 mol axit metanoic (axit fomic) và một mol metanal (fomandehit) cho phép đề nghị A là một andohexozơ trong khi đó B phản ứng với 5 mol HIO4 tạo được 3 mol axit metanoic, 1 mol metanal và 1 mol CO2 giúp dự đoán nó là một xetohexozơ. Copyright © 2010 [email protected]

41


Các hợp chất A và B có liên hệ với một tetrozơ khônggiống như C (liên quan với D –erithreozơ). Tetrozơ liên quan đến A và B vì thế phải có cấu tạo sau đây và A là D – glucozơ còn B là D – fructozơ.

H

CHO

OH H

HO

O

H

H

HO

H H

H

OH

HO

H

OH

H

OH

H

OH

HO

CH2OH

H

OH

H

OH

H

CH2OH D-Glucose

-

CHO

CH2OH

CHO

OH

OH CH2OH

CH2OH D-Fructose

D-Galactose

Metyl hóa X rồi thuỷ phân kế tiếp tạo thành E, F và G dưới đây:

E chuyển hóa từ A CHO CH2OH H

OCH3

H3CO

H

H

OCH3

H

OH

OH

O

H H CH 3O

H

H

OCH3 H

OCH3

CH2OH

F chuyển hóa từ B

CH2OCH3 O H

OCH3 CH3O

O

H H

H

CH 3O

OCH3 CH2OCH3

H H

OCH3

OCH 3

H

CH2OCH3


42


G chuyển hóa từ C CHO CH2OCH3 H

OCH3

H3CO

H

H3CO

H

H

O

OCH3

H

OCH3 H

OH

OH

H H

CH 2OCH3

OCH3

Trong sự metyl hóa, chỉ các nhóm hydroxyl không tham gia vào sự hình thành axetal/xetal (hoặc nội phân tử hoặc liên phân tử) mới bị ete hóa. Từ dữ kiện metyl hóa, chỉ E có hai nhóm hydroxyli tự do có thể liên kết với các cacbohydrat khác. Như vậy A phải là cacbohydrat trung tâm. Các kết qủa này chỉ ra rằng trật tự của các monosaccarit trong X là C-A-B (hay B-A-C). Nếu: A5 biểu thị dạng furanozơ (vòng 5 cạnh) của cacohydrat A. A6 biểu thị dạng pyranozơ (vòng 6 cạnh) của cacbohydrat A. B5 biểu thị dạng furanozơ (vòng 5 cạnh) của cacbohydrat B.v.v… B

thì saccarit X có thể được biểu thị là C6 – A6 – B5 Một trong 4 cấu tạo khác nhau có thể có của X:

CH2OH O OH H H OH H H

OH

H O H OH

CH2 O H OH H

H

H O

OH

CH2OH

O OH

H H

HOH2C

H

OH

Tri-saccarit X

Ghi chú: Bản chất của các liên kết anome là không thiết yếu trong đề bài. Sự sắp xếp các liên kết của A với B và C cũng có thể được đảo lại (liên kết 1,1’ giữa C và A và liên kết 1,6 giữa A và B.


43


Bài 3: Các cacbohydrat thiên nhiên đ ều được tạo thành từ phản ứng quang hợp trong thực vật. Tuy nhi ên một số cacbohydrat không gặp trong thiên nhiên có thể được tổng hợp nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Sau đây sẽ trình bày sơ đồ điều chế L – ribozơ (hợp chất I): B MeOOC

O HO

O

100oC ong han kin

+

A

CO 2Me

HO

OsO4

CO 2Me

MeOOC Me2C(OMe)2 H+, CH3COCH3

O

O

O

O

CO 2Me

CO 2Me

enzym pig liver

O

O CO 2Me

D (spc) F +

O

O3; MeOH

O

CO2Me

O O

MeO 2C

CO2 H

O

O

O E (spp)

CO 2Me

MCPBA

CO 2M e O O

HO

+

CO 2Me

O

CH2OH H O 3 H

1) MeOH/H+

O

2) LiAlH4 sau do H2O OH OH

O

O

I G Copyright © 2010 [email protected]

44


1.

Hợp chất A có công thức phân tử C10H10O5. Viết công thức cấu tạo A.

2.

D nào đúng, mệnh Trong các mệnh đề liên quan đến việc chuyển hoá từ A thành C sau đây thì mệnh đề

đề nào sai? a) OsO4 là tác nhân oxy hóa trong ph ản ứng chuyển A thành B. b) MeOH là sản phẩm phụ trong phản ứng chuyển hóa B thành C. c) Proton đóng vai trò xúc tác trong phản ứng chuyển hóa B thành C. d) C có thể được tạo thành với hiệu suất thấp khi không có Me2C(OMe)2

Enzym pig liver esteraza có th ể thủy phân este thành axit cacboxylic. Thuỷ phân C bằng enzym pig liver D o esteraza sinh ra hỗn hợp D và E trong đó E là sản phẩmchính. Góc quay cực của hỗn hợp là: []20 D = -37,1 o còn của E tinh khiết là []20 D = 49 .

3. Tính tỉ lệ D/E (theo số mol) trong hỗn hợp phản ứng. 4. Phản ứng của F với axit m – clopebenzoic (MCPBA) sinh ra t ừ sản phẩm G. Chỉ ra rằng các mệnh đề sau đây là đúng hay sai: a) Bản chất của phản ứng là sự oxy hóa F. b) Nguyên tử oxy thêm vào có nguồn gốc từ MCPBA. c) Tỉ lệ của hai hợp chất C1 – (R) và C1 – (S) trước và sau phản ứng không thay đổi. Công thức phân tử của H là C 9H16O5. Các gía trị phổ NMR của H cho dưới đây: 1HNMR (CDCl 3)  1,24 (s, 3H); 3,24 (m, 1H); 3,35 (s, 3H); 3,58 (m, 2H); 4,33 (m, 1H); 4,50 (d, J = 6Hz, 1H); 4,89 (s, 1H). 5. Viết công thức cấu tạo của H. 6. Xác định cấu hình tuyệt đối của C 1; C2; C3: C4 của hợp chất I. 7. Trong công thức chiếu Fischer của I (L – ribozơ) thì các chữ cái P, Q, R, S, T và U đại diện cho những nhóm chức nào?

CHO P

Q

R

S

T

U CH2OH

Disaccarit là hợp chất được tạo thành từ hai đơn vị monosaccarit bởi liên kết glycozit. Polisaccarit c hứa từ 10 đến vài ngàn đơn vị monosaccarit.


45


Ví dụ về disaccarit cho dưới đây: H

OH H

O

HO H

H H

OH

OH

H OH O H

liên kết glycozit

O OH

H H

OH

OH

H

8. Có bao nhiêu đồng phân dia tạo thành từ pentasaccarit J nếu nó được tạo thành từ 5 đơn vị D glucozơ:

H OH H H

O

O O

H H OH

H

OH H

5

BÀI GIẢI:

1. O CO2Me

CO2Me

2. Tất cả đều đúng 3. 12,1 : 87,9 hay 12,2 : 87,8 4. a, b đúng; câu c sai Copyright © 2010 [email protected]

46


5. MeO

CH2OH

O

6.

O

C1, 2, 4: S C3: R CHO

7. HO

H

HO

H

HO

H CH 2OH

8. 25

Bài 4: a) Đề nghị một hay nhiều cấu tạo vòng với hóa lập thể có thể có của (D) – Tagalozơ trong dung dịch bằng công thức chiếu Harworth: CH 2OH O HO

H

HO

H

H

OH CH 2OH

(D) – Tagalozơ b) Hai sản phẩm với cùng công thức phân tử C6H10O6 thu được khi D – arabinozơ được cho tác dụng với natri xianua trong môi trường axit rồi thủy phân kế tiếp cũng trong môi trường axit. Viết cấu tạo kèm hóa học lập thể có thể có của hai hợp chất và chúng được tạo thành như thế nào? Copyright © 2010 [email protected]

47

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học CHO HO

H

1) NaCN / H+

HO

H

2) H3O+/to

H

OH CH 2OH

(D) – arabinozơ c) Khi một disaccarit (có tính khử) là turanozơ được đem thủy phân, thu được D–glucozơ và D–fructozơ với số mol bằng nhau và bằng số mol saccarit đã dùng. Metyl hóa turanozơ với metyl iodua có mặt bạc oxit rồi thuỷ phân kế tiếp tạo thành 2,3,4,6–tetra–O–metyl–D–fructozơ. Hãy đề xuất cấu tạo có thể có của turanozơ mà không cần xác định hóa học lập thể tại các vị trí anome. BÀI GIẢI: a) Các công thức chiếu Harworth có thể có của Tagalozơ: CH2OH

CH2OH (OH)

O

OH

O

OH

H H

H

OH (CH2OH)

OH

OH

H

H

OH (CH2OH)

CH 2OH (OH)

OH

b) Các phản ứng xảy ra: CHO HO H HO

H

H

OH CH2OH

+

1) NaCN/H

H HO H H

CHO OH H OH OH CH2OH

CHO H HO H H

H HO H H

OH H OH OH CH2OH + CHO OH H OH OH

H HO H H H3O+/to

CH2OH

H HO H H

+

COOH OH H OH OH CH2OH + COOH OH H OH OH

HO HO H H

CHO H H OH OH CH2OH

H

-H2O

CH2OH O H

OH H

H

-H2O

CH2OH O OH

CH2OH

OH

OH H

OH

O

H

OH

c) Công thức cấu tạo có thể có của turanozơ (không chú ý đến mặt lập thể tại các vị trí anome):


48


O HO

OH(CH2OH)

HOH2C

CH2OH(OH)

OH O

HO HO

O OH

Bài 5: Lactozơ (đường sữa) được sản xuất ở hầu hết các trang trại trên khắp đất nước Hà Lan, nó được sản xuất từ váng sữa (sản phẩm phụ trong qúa trình sản xuất phomát). Lactozơ có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thức ăn cho trẻ em và trong các loại dược phẩm. Nó là một disaccarit được hình thành từ một đơn vị D – galactozơ và D – glucozơ. Công thức chiếu Haworth của nó được chỉ ra dưới đây. Phía bên trái của công thức là đơn vị D – galactozơ. OH

CH 2O H O OH

OH O

OH

OH O

OH

OH

1. Hãy vẽ công thức chiếu Fischer cho D – galactozơ và D – glucozơ. Sự thủy phân lactozơ trong môi trường axit dẫn đến sự tạo thành D –galactozơ và D – glucozơ. 2. Dựa vào công thức của lactozơ hãy chỉ ra: a) Nguyên tử oxy mà ở đó sẽ có thêm proton sau khi lactozơ bị thuỷ phân b) Liên kết C- O nào bị phá vỡ trong phản ứng thuỷ phân c) Nguyên tử cacbon nào sẽ bị khử khi phản ứng với thuốc thử Fehling Sự thủy phân lactozơ có thể kết hợp được với phản ứng hydro hóa khi ta sử dụng xúc tác kim loại, điều này dẫn đến sự tạo thành ancol đa chức là sorbitol và galactitol, chúng cũng đã được biết dưới hai cái tên tương ứng là gluxitol và dulcitol. 3. Hãy vẽ công thức chiếu Fischer của hai ancol đa chức này và cho biết chúng có hoạt động quang học hay không? Trong công nghiệp, qúa trình sản xuất lactozơ chịu phản ứng đồng phân hóa th ành lactolozơ, đây là một loại dược phẩm dùng để chữa các bệnh về ruột. Sự hydro hóa lactoz ơ dẫn đến lactitol, một poliol – C12 với ít calori và có độ ngọt cao. Cả hai qúa trình này đều được thực hiện ở Hà Lan. 4. a) Vẽ công thức Haworth của lactol ozơ (lưu ý rằng phần glucozơ trong lactozơ đã bị đồng phân hóa thành fructozơ). b) Vẽ công thức chiếu Haworth của lactitol. Copyright © 2010 [email protected]

49


BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo của D – galactozơ và D – glucozơ là: CHO

CHO H HO H H

OH H OH

H HO

OH

H

HO

H OH CH 2O H

CH 2O H

D – glucozơ

OH H

D – galactozơ

2. a CH 2O H O OH

c OH

O

OH

OH

OH b

OH

O OH

3. CH 2O H

CH 2OH H

H

OH

HO H H

OH

H

HO

H

OH

HO H

H OH

OH

CH 2O H

CH 2OH

Sorbitol (h oạt động quang học)

Galactitol (không hoạt động quang học)

4.

OH

CH 2OH O

OH O

OH

OH

OH

CH 2OH

CH 2 OH O

O

OH

OH OH O

OH OH

OH

OH

Lactitol CH 2OH O OH

O

OH

OH OH

CH 2O H

CH 2 OH

Lactolose (f uranose) OH CH2 OH O

OH Lactolose (pyranose)

Bài 6: Một monosaccarit A có khối lượng phân tử là 150Da. Khi xử lý A với NaBH4 thì sinh ra hai đồng phân lập thể B và C không có tính quang h oạt. 1. Vẽ công thức cấu tạo của A, B và C bằng cách sử dụng công thức chiếu Fischer. 2. Xác định cấu hình cấu hình tuyệt đối của các chất từ A đến C bằng cách sử dụng hệ danh pháp CIP (Cahn – Ingold – Prelog). 3. Hãy xác lập mối quan hệ về mặt lập thể giữa các đồng phân quang học của B. Copyright © 2010 [email protected]

50


BÀI GIẢI: 1 – 2.

H

H

OH O

H

OH

H

S

H

OH

S

HO

OH

H OH

CH2OH

B

A

OH

R

H

OH CH2OH

CH2OH

S

R

R

R

H

CH2OH

CH2OH

CH2OH

S

C

Một monosaccarit có công t hức chung là Cn(H2O)n. Tất nhiên, với khối lượng phân tử là 150Da thì công thức chỉ có thể là C5(H2O)5. Sau phản ứng khử thì B và C là hai đồng phân duy nhất không hoạt động quang học. Hai sản phẩm này có thể được coi là tiền chất của A. Nếu hai nhóm chỉ khác nhau ở khả năng quang học thì đồng phân R sẽ có khả năng hình thành cao hơn đồng phân S 3. CHO

CHO H

H

OH

H

OH

HO

H

OH

H

diastereomers

OH H OH CH2OH

CH2OH diastereomers diastereomers

diastereomers

diastereomers CHO

CHO HO

H

H

OH

H

OH

enantiomers

H

OH

H

OH

HO

H CH2OH

CH2OH

Bài 7: Từ một monosaccarit, hãy viết các phương trình phản ứng điều chế chất A và B:

O

O

H

CHO A


OCOCH3

O

H 5C 6

O

O CH3COO

OCH3

B

51


BÀI GIẢI:

Điều chế A

Bài 8: Viết công thức Fisơ của các chất C và D trong dãy chuyển hóa sau:

BÀI GIẢI:


52


Bài 9: 1. Viết các phương trình phản ứng thuỷ phân metyl-α-D-galactofuranozit (A) và metyl-α-D-sobofuranozit (B) trong môi trường axit. (sobozơ: 2-xetohexozơ; cấu hình C3 của nó và của galactozơ khác nhau). 2. Arabinopyranozơ (D-anđopentozơ có cấu hình 2S, 3R, 4R) được chuyển hóa như sau:

Ara (C5H10O5)

CH3OH/H

+

1. LiAlH4 2. H2O

HIO4

B

D

H2O/H

+

H2O/H

+

C Br2/H2O

E

HOCH2-CHO + HOCH2-CH2OH CHO-COOH + HOCH2-COOH

Vẽ cấu trúc của B, C, D và E. BÀI GIẢI: 1. O OH OH

O OH

OCH3 OH

H2O

-H

OH

+

CH2OH

OH OH

CH2OH

HOCH2 O OH

CH2OH

HOCH2 O OH

H2O

- H+

OCH3 OH

OH CH2OH

OH

2. CHO O

CH3OH/H+

OMe

O

HIO4

OMe

CHO CHO

CH2OH Ara 1. LiAlH4 2. H2O

B O HOH2C

D Br2/H2O

C OMe

HOH2C

H3O+

CH2OH-CH2OH + CH2OH-CHO

O HOOC

E

OMe HOOC

H3O+

CH2OH-COOH + CHO-COOH

Bài 10: Hợp chất A (C4H6O3) quang hoạt, không tham gia phản ứng tráng bạc, tác dụng với anhiđrit axetic tạo ra dẫn xuất monoaxetat. Khi đun nóng với metanol, A chuyển thành chất B (C5H10O4). Dưới tác dụng của axit vô cơ loãng, B cho metanol và C (C4H8O4). C tác dụng với anhiđrit axetic tạo ra dẫn xuất triaxetat, tác dụng với NaBH 4 tạo ra D (C4H10O4) không quang hoạt. C tham gia phản ứng tráng bạc tạo Copyright © 2010 [email protected]

53


thành axit cacboxylic E (C4H8O5). Xử lí amit của E bằng dung dịch loãng natri hipoclorit tạo ra D-(+)-glyxeranđehit (C3H6O3) và amoniac. Vẽ cấu trúc của A, B, C, D và E. BÀI GIẢI: COOH

CHO H

CHO

OH CH2OH

CH2OH D-Glyxeraldehit

CH2OH

H eO M

E

C

MeO O

CH2OH O

MeOH

O

CH2

CH2 A

CH2OH

B

D

Bài 11: Từ pentozơ, hãy viết sơ đồ chuyển hóa thành axit ađipic qua giai đoạn tạo thành fufuran BÀI GIẢI: HO

OH -2 OH2

o

CO2

CHO

O

O

Hidro

KMnO4

O

OH HO

OH HO

t

OH2

CHO

CHO

HCl

COOH O

Cl Cl

1. KCN 2. H3O+

xt

COOH COOH

Bài 12: Gentibiozơ là đường khử và có khả năng tạo ozazon, chịu đổi quay v à bị thủy phân bằng dung dịch nước axit hoặc bằng elmusin để cho D -glucozơ. Metyl hóa rồi thủy phân sẽ cho 2,3,4,6-tetra-O-metylD-glucozơ. Viết CTCT và gọi tên Gentibiozơ C12H22O11 BAI GIẢI: HOH2C HO HO

O O C H2 OH HO HO

O OH

OH

6  o  (  glucopiranozyl)  D  glucopiranozo (A)


54


OH

OMe

HO HO

OH

MeO MeO

O

OMe

OH

A OH

O HO HO

MeO MeO

OH

OH

OMe

OH

Bài 13: Salixin C13H18O7 bị thủy phân bởi elmusin cho D -glucozơ và Saligenin C7H8O2. Salixin không khử thuốc thử Tolen. Oxi hóa Salixin bằng HNO 3 thu được một hợp chất hữu cơ X mà khi thủy phân thì cho D-Glucozơ và anđehit Salixylic. Metyl hóa Salixin thu được pentametylsalixin, thủy phân hợp chất này cho ta 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-Glucozơ. Xác định CTCT của Salixin BÀI GIẢI: Salixin là đường không khử và là   glucozit do bị thủy phân bởi elmuxin

RO

H OH

O

HO

H 2O D-Glucose + ROH (Saligenin)

enzim

OH

C 7H 8O 2

CH2OH Salixin Trong công thức C7H8O2, ROH xuất hiện nhân thơm. Tách được andehit salixylic, điều đó chứng tỏ quá trình oxi hóa nhóm –CH2OH thành nhóm –CHO

CHO HO

H2O, H+

D-Glucose +

HOH2C HO HO

O OH

CHO O

Saligenin là o-(hidroximetyl)phenol. Công th ức cấu trúc của salixin là HOH2C HO HO


O OH

CH2OH O

55


Bài 14: Hợp chất thiên nhiên Y (C7H14O6) không có tính khử và không đổi tính quang hoạt. Y bị thủy phân bởi dung dịch HCl/H 2O thành K là một đường khử. Khi bị oxi hóa bởi axit nitric lo ãng, K chuyển thành axit không quang hoạt L (C6H10O8). Sự thoái phân Ruff dẫn tới một đ ường khữ M ; chất này bị oxi hóa bởi axit nitric loãng thành axit quang ho ạt N (C5H8O7) a. Xác định cấu trúc của Y, K, L, M, N b. Có tồn tại sự không khẳng định n ào về mặt cấu trúc không BÀI GIẢI: a. Y là metylglicozit, lập luận tìm ra K, L, M, N. Y tồn tại dạng vòng 5 cạnh

OCH3 CH H

OH

HO

H

H

OH

O

H CH2OH

L có thể là 1 trong chất sau COOH

COOH

OH

OH

OH

HO

OH

HO

OH

OH

COOH

COOH

M là:

CHO HO HO OH CH2OH N có thể là 1 trong chất sau

COOH

COOH

HO

OH

HO

OH OH COOH


HO COOH

56


K là một trong 2 chất sau: CH2OH

O OH

OH

OH O

OH

HO

OH

HO

OCH3

OH CH2OH

OH

Y có thể là một trong 2 chất O OCH3

OH

CH2OH OH O

OH OH CH2OH OH

b. Không khẳng định về mặt câu trúc: -

Cấu hình ở C anome

-

Các yêu cầu đều thỏa mãn cả cấu hình D và L

 ************************************************

POLYMER – OLIGOMER Bài 1: Các polyme hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đối với cuộc sống h àng ngày của chúng ta. Hàng nghìn tấn các loại cao phân tử khác nhau đ ược sản xuất mỗi năm. Tổng hợp các polime hữu c ơ được sử dụng trên nhiều lĩnh vực, từ nguyên liệu dệt cho đến các con c hip máy tính, và đến cả van tim nhân tạo. Chúng đ ược sử dụng rộng rãi như chất dẻo, keo dán, vật liệu xây dựng, chất dẻo có khả năng phân hủy v à sơn. Poly (vinyl ancol) (PVA) là một ví dụ quan trọng của một polyme có khả năng h òa tan trong nước. Giản đồ 1 dưới đây tóm tắt một phương pháp tổng hợp PVA. Giai đoạn 1: polyme hóa Monome A   polyme B   poly(vinylancol) PVA

Polyme B trên cũng là thành phần chính trong kẹo cao su. Phân tích nguy ên tố chất A cho tỉ lệ C:H:O = 56:7:37. Thêm vào đó, phân tích nguyên t ố chất B cho ra thành phần C, H và O gần giống như vậy. Dưới đây là phổ IR và 1H NMR của monome A.


57


Transmittance (%T)

Phổ 1H NMR của Monome A

4000

3500

3000

2500

2000

Phổ IR của Monome A Copyright © 2010 [email protected]

1500

1000 -1

wave number (cm ) 58


1.

Cho biết công thức phân tử của A?

2.

Nhóm chức nào cho dải hấp thụ IR ở 1761 cm -1?

3.

Cho biết cấu tạo của A

4.

Vẽ một phần polyme B. Biểu diễn ít nhất ba mắt xích.

5.

Đề nghị một phương pháp chuyển hóa B thành PVA.

6.

Có bao nhiêu cặp đồng phân đối quang sẽ thu được từ polyme B có khối lượng phân tử 8600, giả sử rằng polyme đó được tắt mạch bởi sự hấp thụ hidro và bỏ qua khối lượng các nhóm cuối mạch.

7.

Hợp chất C, một đồng phân của A, cũng là một monome quan trọng trong việc tổng hợp các polime.

8.

Dựa vào phổ 1H NMR và phổ IR được cung cấp dưới đây, lập luận xác định cấu tạo C.

Phổ 1H NMR của Monome C


59


Transmittance (%T)

100

80

60

40

20

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

Phổ IR của Monome C Polyme D là một phân tử lớn nhạy axit. Khi xử lý D với một axit thì giải phóng khí E, F và hình thành một polyme mới G. Khí E làm đục dung dịch Ca(OH)2, còn khí F tác dụng với brom tạo ra một dung dịch không màu H.

n H+ E O

O

+

F

dd Ca(OH)2

O

+

G

Br2 H

D

Không màu BÀI GIẢI:

1. C4H6O2 2. Nhóm C=O 3. Công thức cấu tạo A:

4. Công thức cấu tạo B:

In: chất khơi mào:


60


5. Các phản ứng hữu cơ có thể chuyển nhóm axetat thành ancol như là phản ứng thủy phân bằng axit hay bazơ, phản ứng ancol phân hay khử bằng LiAlH4. 6. Có 100 đơn vị/ phân tử tuy nhiên đơn vị cuối cùng lại không mang trung tâm bất đối nên chỉ có 99 trung tâm bất đối và mỗi một trong số chúng lại có cấu hình là R hay S. Tổng cộng lại ta có 299 đồng phân quang học bao gồm cả đồng phân lập thể đối quang lẫn không đối quang. Như vậy số các cặp đồng phân lập thể đối quang (enantiomer) sẽ là 299/2 = 298 7. Công thức cấu tạo C:

8. Công thức cấu tạo của các chất E, F, G, H:

Bài 2: Viết phương trình hóa học minh họa phản ứng polime hóa caprolactam trong môi tr ường kiềm điều chế tơ nilon-6,6. Trình bày cơ chế phản ứng này. BÀI GIẢI: n

C N

O NH[CH2]5CO H

n

Phản ứng thế dây chuyền nucleop hin: Bazo-CO[CH2]5NH-

Bazo C NH O

Bazo-CO[CH2]5NH-

Bazo-CO[CH2]5NHCO[CH2]5NH-

C NH O \ Bài 3: Dưới tác dụng của ánh sáng hai phân tử butađien -1,3 sẽ phản ứng với nhau cho các sản phẩm đime

hoá có tính chất vật lí khác nhau. Hãy viết công thức cấu trúc các hợp chất đó . Copyright © 2010 [email protected]

61


BÀI GIẢI: 1. +

,

,

,

,

Bài 4: Khi trùng hợp Buta–1,3–dien để tạo cao su Buna thường tạo ra sản phẩm phụ là vòng 6 cạnh chưa no (phản ứng Diels–Alder), khi phản ứng với H 2 dư xúc tác Ni thì tạo ra etylcyclohexan. Viết các ph ương trình phản ứng và cho biết điều kiện để phản ứng đóng v òng Diels–Alder xảy ra dễ dàng. BÀI GIẢI: a. Phương trình phản ứng:

to, xt +

;

+ 2H2

to, xt

b. Điều kiện: Hợp chất dien (A) phải có cấu h ình s-cis. Phản ứng này trở nên dễ dàng hơn nếu thay H trong dienophile bằng nhóm hút electron nh ư –COOH, –COOR, –CHO, …và thay H trong dien bằng nhóm đẩy electron nh ư: –CH3, –C2H5,… Bài 5: Khi cyclotrimer hóa buta –1,3–diene với sự có mặt của chất xúc tác c ơ kim, người ta điều chế được (Z, E, E)–cyclodeca–1,5,9–triene. Đây là một phương pháp đơn giản để điều chế hydrocarbon v òng lớn. Khi dùng các chất xúc tác thích hợp là các phức  –allyn của kim loại chuyển tiếp, ng ười ta điều chế được (E, E, E)–cyclodeca–1,5,9–triene và (Z, Z, E)–cyclodeca–1,5,9–triene. Viết công thức cấu tạo của các hợp chất trên. BÀI GIẢI:

Z, E, E

E, E, E

Z, Z, E

Bài 6: Khi cho amoniac phản ứng cộng với axetanđehit thu đ ược sản phẩm không bền A, sản phẩm này dễ bị tách nước thành B. B dễ dàng trime hóa cho sản phẩm C là triazin. Mặt khác nếu cho amoniac ngưng tụ với fomanđehit sẽ thu đ ược sản phẩm D (urotropin) có CTPT là C 6H12N4. Chất D có khả năng Copyright © 2010 [email protected]

62


tác dụng với axit nitric trong anhiđrit axetic tạo ra E (hexogen hay xiclonit) là ch ất nổ mạnh được dùng trong đại chiến thế giới thứ II theo sơ đồ: C6H12N4 + 3HNO 3  E + 3HCHO + NH 3. Xác định A, B, C, D, E và viết các phương trình phản ứng xảy ra. BÀI GIẢI: Andehit béo có thể tham gia phản ứng cộng với amoniac tạo th ành sản phẩm ít bền là Andehit-amoniac CH3CHO + NH 3   Axetandehit-amoniac (tnc = 97oC) A

OH CH3

CH NH2

Axetandehit-amoniac dễ bị tách nước thành B là CH3–CH=NH và B dễ trime hóa thành hợp chất dị vòng C loại triazin

H 3C

OH CH3

-H2O

CH

CH3CH=NH

NH2

trime hóa

NH NH

CH3 NH

CH3

B

C

Mặt khác nếu cho amoniac ng ưng tụ với fomanđehit sẽ thu đ ược sản phẩm D (urotropin) có CTPT là C6H12N4 6HCHO + 4NH 3   C6H12N4 + 6H2O

N N

N N

Urotropin Urotropin có khả năng tác dụng với axit nitric trong anhiđrit axetic tạo ra E (hexogen hay xiclonit) là ch ất nổ mạnh được dùng trong đại chiến thế giới thứ II theo phản ứng: NO2 N C6H12N4 + 3HNO3 O 2N

N

N

+ 3HCHO + NH3 NO2

E

Bài 7: Trong phản ứng duy trì mạch cacbon với polime có mắt xích c ơ sở có chứa nhóm cacbonyl, ng ười ta thường chú ý đến 2 polime ti êu biểu là poliacrolein A và poli(  metacrolein) B


63


-

A tham gia tất cả các phản ứng đặc trưng của andehit nhưng không đạt được mức độ chuyển hóa ca o. Dưới tác dụng của ancol, khoảng 30 -35% nhóm andehit của A tạo thành axetal C

-

Khi A chịu tác dụng của hidroxiamin hoặc phenylhidrazin th ì khoảng 75% nhóm andehit tham gia phản ứng và tạo thành mắt xích oxim D hoặc phenylhidrazon t ương ứng E

-

Khác với A, B tác dụng với hidroxiamin sẽ chuy ên hóa hầu như hoàn toan thành oxim polime F

-

Khi dehidrat hoa F có thể thu được polime G

Cho biết cấu tạo của A, B, C, D, E, F, G BÀI GIẢI: ...

CH2

...

CH CH2 CH CH2 CH CH CH2 CH CH(OR)2 CHO

CHO

CH2

CH

CH2(OR)2

CHO A

C

CH3

CH3 ...

...

CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH

CHO

NOH

CH2

CHO

CHO

NNHC6H5

n

n B

G

CH2 CH CH2 CH CH2 CH

C

CN

NOH

CH

CH2

C

CH

D ...

n

...

CH

CH3 CH2

C

NNHC6H5

CH NOH n

E

F

Bài 8: Trong khu công nghiệp lọc hóa dầu tương lai, dự kiến có cả nhà máy sản xuất Poli(vinyl clorua) PVC. a. Hãy đề nghị hai sơ đồ phản ứng làm cơ sở cho việc sản xuất vinyl clorua từ sản phẩm cracking dầu mỏ và NaCl b. Hãy phân tích các ưu nhược điểm của mỗi sơ đồ. Nêu cách khắc phục và lựa chọn sơ đồ có lợi hơn c. Trùng hợp vinyl clorua nhờ xúc tác TiCl 4 – Al(C2H5)3 sẽ thu được PVC điều hòa lập thể có độ bền cơ nhiệt cao. Hãy cho biết trong mạch polime ấy có trung tâm bất đối không? Viết CT lập thể 1 đoạn mạch polime ấy

BÀI GIẢI: a.

Sơ đồ tổng hợp:


64


A:

1500 C HCl 2CH 4   C2 H 2  3H 2  CH 2  CH  Cl o

dpmn NaCl + H2O   Cl 2  H 2  2HCl

B: b.

o

Cl2 ;500 C 500 C CH 2  CH 2   ClCH 2CH 2Cl   CH 2  CH  Cl o

Phương pháp B cần phải xử lý HCl để thu Cl 2 và tránh ô nhiễm. 1 t o ;xt 2HCl  O 2   Cl 2  H 2O 2

Chọn phương pháp B vì phản ứng (1) của phản ứng A hiệu suất thấp, ti êu tốn nhiều năng lượng và gía thành sản phẩm sẽ cao hơn. c.

Có nguyên tử C bất đối: H

Cl

Cl H

Cl H

C C H2

CH2

CH2

Cl

CH2

CH2

Bài 9: Trong công nghiệp, người ta thường sử dụng keo epoxi để dán các vật dụng bằng kim loại, thủy tinh, gỗ, chất dẻo…Quá trình tổng hợp một loại keo epoxit thông dụng A xuất phát từ hai monome ban đầu là epiclohidrin và bis-phenol (2-bis(4-hidroxiphenylpropan). Trong giai đo ạn đầu tiên của phản ứng, oligome epoxit được tạo thành nhờ phản ứng đồng trùng ngưng hai monome trên. Sau đó, trong môi trường kiềm, phản ứng biến đỗi tiếp tục xảy ra đến khi tạo th ành oligome epoxi A với hệ số n  50  60 . Xác định cơ chế của quá trình tổng hợp trên biết công thức của epiclohirin l à:

Cl O

Epiclohirin BÀI GIẢI:

Giai đoạn 1:

CH3

Cl +

O

HO

Cl

C

OH

+ O

CH3 CH3 Cl

CH2 CH CH2 O OH

C CH3

O CH2 CH CH2 Cl OH

Giai đoạn 2: Trong môi trường kiềm nhóm epi lại được tạo thành


65


CH3 Cl

CH2 CH CH2 O

C

OH

O

O CH2 CH CH2 Cl

CH3

OH

CH3 CH2

O

+ 2 NaOH

C

O CH2

O +

2NaCl

+

2H2O

CH3 Diepoxit trên lại tiêp tục phản ứng với bisphenol rồi epiclohirin… phản ứng lặp lại nhiều lần đến khi tạo thành oligome epoxi A O

CH3 CH2

O

C

CH3 O CH2 CH CH2

CH3

O

OH

C

O CH2

CH3 n

với hệ số n  50  60 . ************************************************


66

O


Part 4:

CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG N

O

Pyridine

Dioxan

S N

O

N Indole

Thiophene

Quinoline

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bài 1: Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần tính axit của các chất trong d ãy sau: COOH

N

;

COOH

CH2COOH

COOH ;

; N

(A)

(D)

(C)

(B)

BÀI GIẢI: -I 1

CH2COOH

COOH -I 2

< (D)

C O H O (A)

-C3 N -I 3

<

(C)

<

COOH -I 4 N -C4 (B)

Vì: - I1 < - I2 nên (C) có tính axit lớn hơn (D). (A) và (B) có N nên tính axit l ớn hơn (D) và (C) (A) có liên kết hiđro nội phân tử làm giảm tính axit so với (B). Bài 2: Sắp xếp và giải thích theo chiều tăng dần nhiệt độ nóng chảy của cá c chất: COOH

;

S

COOH

COOH

; N

(A)

(B)

(C)

BÀI GIẢI: Chiều tăng dần nhiệt độ nóng chảy

COOH

COOH <

(C)

S (A)

<

COOH N (B)

Vì  MC < MA.  (B) có thêm liên kết hiđro liên phân tử với N của phân tử khác. Copyright © 2010 [email protected]

67


Bài 3: Hợp chất hữu cơ A có 74,074% C; 8,642% H; c òn lại là N. Dung dịch A trong nước có nồng độ % khối lượng bằng 3,138%, sôi ở nhiệt độ 100,372 oC; hằng số nghiệm sôi của nước là 1,86oC. 5. Xác định công thức phân tử của A. 6. Oxi hóa mạnh A thu được hỗn hợp sản phẩm trong đó có E (axit piridin -3-cacboxilic) và F (Nmetylprolin). Hãy xác định công thức cấu tạo của A v à cho biết giữa E và F chất nào được sinh ra nhiều hơn, chất nào có tính axit mạnh hơn. 7. A có 1 đồng phân cấu tạo là B; khi oxi hóa mạnh B cũng sinh ra 1 hỗn hợp sản phẩm trong đó có E và axit piperidin-2-cacboxilic. Xác định công thức cấu tạo của B. 8. Cho A và B tác dụng với HCl theo tỷ lệ mol 1:1, chất n ào phản ứng dễ hơn? Viết công thức cấu tạo của các sản phẩm. BÀI GIẢI: 1. C : H : N  M

74,074 8,642 17,284 : :  5 : 7 : 1  (C5H7N)n 12 1 14

k.m 3,138 1  1,86   100   162g / mol  81n = 162  n = 2; CTPT: C 10H14N2 t 96,862 0,372

2. E sinh ra nhiều hơn F E

COOH

A

F COOH N CH3

N

N CH3

N

3.

Axit piperidin -2-cacboxilic:

N H

B N H

COOH

N anabazin

4.

N

Cl-

N H3C

H

N

N Cl

Bài 4: Từ etylen và các chất vô cơ tổng hợp các hợp chất sau và sắp xếp chúng theo thứ tự tăng dầ n nhiệt độ sôi: 1. C2H5OCH2CH2OCH2CH2OH (Etylcacbitol) 2. dioxan O

3. mophlin O


O

NH

68


BÀI GIẢI: 2  C2H5OH CH2=CH2  t 0 ,p

H O, H + ,

CH2

2

CH2

O2/Ag t0

CH2CH2OH

H3O+

O

C2H5O

H3O+

CH2

CH2

CH2 C2H5OH

CH2

CH2 CH2 O H3O+

t

2

NH3

CH2

H2O

O

0

1) H2SO4

HOCH2CH2NH-CH2CH2OH

(A)

C2H5O

H2SO4

HOCH2CH2OCH2CH2OH

O

CH2

CH2CH2OCH2CH2OH

2) Na2CO3

O

(B)

O

NH ( C)

O

Nhiệt độ sôi: A > C > B. Bài 5: Cho các chất sau:

HOCH2

OH

CH2OH

OH

O

OH OH

H2C

O

OH HO OH

OH

(B)

(A)

O HO

H3C OH

OH

OH

O

OH

CH2OH

OH HO OH

(C)

(D)

1. Viết công thức chiếu Fisơ của dạng mạch hở các chất tr ên. 2. Trong các chất (A), (B), (C), (D) trên, chất nào: a) thuộc dãy L?

d) thuộc loại xetozơ?

b) là đường đeoxi?

e) có dạng furanozơ?

c) là đường có mạch nhánh?

f) có cấu hình  ở nhóm anomeric? BÀI GIẢI:

1. Công thức chiếu Fisơ của (A), (B), (C), (D):

CHO HO HO HO

CH2OH CHO OH OH OH

OH CH2OH (A)

CH2OH (B)


CHO H3C HO

OH OH CH2OH (C)

C=O OH OH OH OH CH2OH (D)

69


2. Trong các chất (A), (B), (C), (D) trên: a) (A), (C) là đường thuộc dãy L

d) (D) thuộc loại xetozơ.

b) (B) là đường đeoxi.

e) (B) có dạng furanozơ.

c) (C) là đường có mạch nhánh.

f) (D) có cấu hình  ở nhóm anomeric.

Bài 6: Tính bazơ của một số hợp chất chứa nit ơ có cấu tạo tương quan được nêu như sau: Hợp chất

Cấu tạo

pKa

Hợp chất

Cấu tạo

pKa

NH2

N

Piridin

5,17

Anilin

4,58 NH2

N

Pirol

0,40

Xiclohexylamin

10,64 NH2

N

Pirolidin

11,20

p-Aminopiridin

9,11

N

NH2

Morpholin

O

NH

8,33

m-Aminopiridin

6,03 N

N

Piperidin

11,11

So sánh và giải thích sự khác biệt trong tính bazơ của mỗi cặp sau: a.

Piperiđin / piriin

b.

Piridin / pirol

c.

Anilin / xiclohexylamin

d.

p – aminopiridin / piridin

e.

morpholin / piperidin

a.

BÀI GIẢI: Piridin có tính bazơ yếu hơn piperidin vì đôi electron gây tính ba zơ của piridin thuộc obitan s p2; nó bị giữ chặt và không sẵn sang để cho cặp electron như trường hợp piperidin với obitan sp3.

b.

Piridin có đôi electron (th uộc obitan sp2) sẵn sang để dùng chung với axit; trong khi pirol chỉ có thể kết hợp với proton khi đánh đổi tính thơm của vòng.

c.

Có hai lý do. Thứ nhất, nguyên tử nitơ trong anilin liên kết với nguyên tử cacbon ở trạng thái lai sp2 của vòng thơm, nguyên tử cacbon này có độ âm điện mạnh hơn nguyên tử cacbon ở trạng thái lai sp3 của xiclohexylamin. Thứ hai, các electron không liên kết có thể được phân tán trên vòng thơm. Các công thức cộng hưởng chỉ ra rằng có sự giảm mật độ electron tại nitơ. Vì vậy


70


xiclohexylamin có tính bazơ mạnh hơn anilin: NH2

NH2

d.

NH2

NH2

Có thể xảy ra sự phân tán các electron không li ên kết của nhóm –NH2 vào nhân. Hệ qủa là có sự tăng mật độ electron trên nguyên tử nitơ của dị vòng, do đó có sự tăng tính bazơ ở vị trí này. NH2

NH2 N

N

e.

NH2

NH2

N

N

Piperidin có tính bazơ mạnh hơn morpholin. Nguyên tử oxy trong morpholin có độ âm điện lớn hơn nhóm metylen (ở cùng vị trí) của piperidin, vì thế mật độ electron trên nguyên tử nitơ của morpholin sẽ nhỏ hơn so với piperidin.

Bài 7: Oxi hoá hiđrocacbon thơm A (C8H10) bằng oxi có xúc tác coban axetat cho sản phẩm B. Chất B có thể tham gia phản ứng: với dung dịch NaHCO 3 giải phóng khí CO 2; với etanol (dư) tạo thành D; đun nóng B với dung dịch NH 3 tạo thành E. Thuỷ phân E tạo thành G, đun nóng G ở nhiệt độ khoảng 160 0C tạo thành F. Mặt khác, khi cho B phản ứng với khí NH 3 (dư) cũng tạo thành F. Hãy viết các công thức cấu tạo c ủa A, B, D, G, E và F. BÀI GIẢI:

O

CH3

C C

CH3

O

B

A

O

O

O

C C

O +

C OC2H5 C OC2H5

C2H5OH

O

O

D

O

O C C

O

C C

+ NH3 (khí)

O

O O C NH2 C OH G

O


N H ftalimit F

O O

C C

160 C

F

N H

O

71


Bài 8: LSD là chất gây ảo giác mạnh, có công thức: Me

N NH

Et N C Et

O

a.

Viết CTCT của Novocain biết Novocain là 2-(N,N-đietylamino)etyl-4-aminobenzoat

b.

Viết CTCT sản phẩm sinh ra khi cho mỗi chất tr ên tác dụng với dung dịch HCl theo tỷ lệ mol 1:1

c.

Viết CTCT từng sản phẩm sinh ra khi đun nóng các chất tr ên với dung dịch HCl và với dung dịch NaOH BÀI GIẢI:

a.

Novocain (C 2H5)2N–CH2–CH2–OCO–C6H5–NH2–(p)

b.

Sản phẩm tạo thanh khi tác dụng với HCl theo tỷ lệ 1 : 1

Me HCl N NH

Et

Et

N C Et

N CH2 CH2 Et HCl

O

O C

NH2

O

c. Thủy phân bằng HCl Me HCl N NH-HCl +

-

Et2NH2 Cl

HO

C O

Et2NHCH2CH2OH

NH3+Cl-

HOOC

Thủy phân bằng NaOH

Me N NH Et2NH

NaO

C O

Et2NHCH2CH2OH

NaOOC


NH2 72


Bài 9: Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong d ãy các chất sau: (1)

(2)

(3)

(4)

N

N

H

H

256oC

187oC

N

N

N N 115oC

S 117oC

BÀI GIẢI: -

Ta có nhiệt độ sôi của (1) < (2) là do hai chất này không tạo được liên kết hydro nên nhiệt độ sôi phụ thuộc vào khối lượng phân tử.

-

Lại có, nhiêt độ sôi của (4) < (3) là do mặc dù cả hai chất đều có liên kết hydro liên phân tử nhưng liên kết hydro của (3) dạng polyme còn của (4) dạng dime

Bài 10: Hãy điều chế valin (Val) Me 2CHCHNH 3+COO– bằng: a. Phản ứng Hell – Volhard – Zelinski b. Amin hóa khử c. Tổng hợp Gabriel


73


BÀI GIẢI: NH 3 Br2 / P a. Me 2 CHCH 2 COOH   Me 2CHCHBrCOOH   Me 2CHCH(NH 2 )COOH dư

NH3 b. Me 2 CHCOCOOH   Me 2CHCH(NH 2 )COOH H 2 / Pt

c. Sơ đồ: O

O -KBr

NK + Br

N

CH CHMe2

CH CHMe2

H 3O +

COOH Val +

COOEt

COOEt O

COOH

O

Bài 11: Hãy tổng hợp: a. Pirolidin từ propan-1,3-diol b. PhN(C4H9)2 từ anilin và butan-1-ol c. Morpholin từ etilen oxit và NH3 BÀI GIẢI: a. Điều chế pirolidin 1 mol SOCl 2 SOCl 2 KCN,1:1 HOCH 2CH 2CH 2OH   HOCH 2CH 2CH 2Cl  HOCH 2CH 2CH 2CN   H 2 / Ni NaOH ClCH 2CH 2CH 2CN   ClCH 2CH 2CH 2CH 2 NH 2   pirolidin  HCl

b. Điều chế PhN(C 4H9)2 từ anilin và butan-1- ol C4 H 9 Cl* PhNH 2 NaBH 4 PCC C3H 7 CH 2OH   C3H 7 CHO   C3H 7 CH  NPh   C 4 H 9 NHPh  

PhN(C 4H 9 ) 2 c. Điều chế Morpholin từ etilen oxit và NH3 2

O

+

NH3

HOCH2CH2NHCH2CH2OH

P 2O 5

O

NH

Bài 12: Viết sơ đồ điều chế izatin (indolin -2,3-dion) từ 2-nitrobenzoyl clorua BÀI GIẢI:


74


O

O

C

C

Cl

O

-HCl

NO2

COOH

6H

-NH3

NO2

-H2O

NO2

O C

C

H 3O +

CN

KCN

O COOH

o

t

O

-H2O

NH2

NH

Bài 13: Cho biết công thức mạch hở của các chất sau: a.

b.

c.

HO

d.

O

O

CH3

O

O O

C 2H 5

OH HOCH2

O CH3CH2

OH

Brevicomin

Talaromicin A

BÀI GIẢI: a. CH2OH–CH2CH2CH2=CHO

5-hidroxipentanal

b. CHOCH2CH2CHOHCH=CH–CH=CH2

4-hidroxiocta-5,7-dienal

c. CH3CH2CHOHCHOH(CH 2)3COCH3

6,7-dihidroxinonan-2-on

d. (HOCH2)2CH–CHOHCH 2CO(CH2)2CH(C2H5)CH2OH

2,8-di(hidroxometyl)-1,3-dihidroxidacan-5-on

Bài 14: Hãy chuyển thiolacton thành lactam:

HS

NH2CH2CH2

S

O

NH

O

BÀI GIẢI: ..

OH S NH2CH2CH2

S

O

..

NH2


O

S

NH

.. 1. OH 2. H+

HS -

NH

75

O


Bài 15: Pirol đuợc khử bằng Zn và CH3COOH thành pirolin C 4H7N a. Viết 2 công thức có thể có của pirolin b. Chọn đồng phân thỏa điều ki ên sau: Khi ozon phân được C4H7NO4, chất này được tổng hợp từ 2 mol axit mono cloaxetic và amoniac BÀI GIẢI: a. Con số trong tên gọi chỉ vị trí H cộng hợp. Hai chất có thể l à: N H

N H

2,5-dihidropirol (A)

2,3-dihidropirol (B)

b. Đồng phân A cho HOOCCH 2NHCH2COOH (C) và đồng phân B cho HOOCCH 2CH2NHCOOH (D). Theo đề bài thì ta chọn A. Vậy pirolin là đồng phân A Bài 16: Vitamin C (axit L-ascobic) là endiol và có c ấu trúc như sau:

a. Hãy giải thích tính axit của axit L -ascobic (pK a = 4,21) và cho biết nguyên tử H nào có tính axit b. Điều chế L-ascobic từ D-glucozơ BÀI GIẢI: a. Anion được hình thành bởi sự tách H enolic là bền vì điện tích được giải tỏa đến O của C=O qua liên kết đôi C=C

O HO

C

HO

C

C

O HO

- H+

-

C

C

O HO

O C

C

C

O C

b. Sơ đồ điều chế D-Glucose

NaBH4

1. KMnO4/OH2. dd H+

[O] D-Socbitol (A)

(D)

H+ o

enzym

L-Socbose (B)

endiol B'

2CH3COCH3

Diaxetonua (C)

axit L-ascobic

t


76


Trong đó:

HO

H

HO

H

H

C O

HO

C

H

HO

C

HO H

OH

HO

CH2OH

CH2OH

CH2OH

HO

H

H

OH

OH

HO

H

H

CH2OH

CH2OH

CH2OH

A

B

B'

COOH

CH2OH CH3 C

CH3

O C

C CH3

O C H O CH3 HO H C CH3 CH2 O

CH3

O C

O C H O CH3 HO H C CH3 CH2 O D

C

Bài 17: Cho biết sản phẩm tạo thành từ các phản ứng sau và gọi tên sản phẩm đó: 0 C a. Furan + (CH 3CO)2O + (C2H5)2O: BF3  A o

B b. Thiophen + C 6H5COCl + SnCl 4 

c. Pyrol + C6H5N2+Cl–   C d. Pyrol + CHCl 3 + KOH   D BÀI GIẢI:

A

COCH3 O

2-acetylfuran

B

COC6H5

C

S 2-benzoylthiophen

N=NC6H5

D

N H 2-(phenylazo)pyrol

CHO N H

2-pyrolcacboxandehit

Bài 18: Trình bày cơ chế phản ứng tổng hợp quinolin bằng ph ương pháp Skaraup. Điều chế quinolin từ anilin, glyxeryl, nitrobenzen trong môi trư ờng axit sunfuric đậm đặc xúc tác sắt (II) sunfat BÀI GIẢI: Cơ chế phản ứng qua 4 giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Dehydrat hóa glyceryl bằng H2SO4 đun nóng được aldehyd acrolein


77

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học H 2SO4  CH2=CH–CHO + 2H2O Glyceryl  to

Acrolein Giai đoạn 2: Phản ứng cộng ái nhân của anilin với acrolein thu đ ược:   (phenyla min o)propionaldehyd

NH2 +

H

O

O

C

H C CH CH2

N

CH2 CH2

H Giai đoạn 3: Tác nhân ái điện tử tác dụng vào vòng thơm bởi nhóm carbonyl của aldehyd đ ược proton hóa (đây là giai đoạn đóng vòng) O H C N

OH H C

CH2

+

CH2

H

+

N

H

OH

H - H+

CH2

-H2O

CH2

N

N H

H

H 1,2-dihydroquinolin

Giai đoạn 4: Oxy hóa bởi nitrobenzen thu được vòng thơm

NO2 +

3

NH2

H+

3

+

N

+ 2 H 2O

N

H 1,2-dihydroquinolin

quinolin

Săt (II) sunfat có tác dụng làm cho phản ứng xảy ra từ từ theo chiêu thuận Bài 19: Trong y học, người ta thường dùng dung dịch polividon 3,5% để thay thế cho huyết tương trong các trường hợp mất máu, bỏng nặng, sốc…bằng cách ti êm tĩnh mạch . Quá trình tổng hợp loại hóa chất này thương đi từ butan-1,4-diol theo sơ đồ chuyển hóa: NH 3 H 2 O 2 NH 3 Cu,Cr HC CH HOCH 2CH 2CH 2CH 2OH   A   B  C   polividon 240o C t o ,Polyme hóa

Hoàn thành sơ đồ trên biết công thức của polividon là:

CH CH2 O

N n BÀI GIẢI:


78


O

O

O

O

N H

N CH CH2

A

B

C

Bài 20: Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

O C O

ete, 30oC

N H

+

A

C Br

O

F

CH3

o

N COOC

CH3

+

+

Mg

THF, t sôi

CH3

B + MgBrF

BÀI GIẢI:

N COOC(CH3)3 O O C O

C

NH

A

B

************************************************


79


ALKALOID

Part 5:

OHC

N

O O CH2

CH3

N

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bài 1: Dùng dấu * đánh dấu nguyên tử carbon bất đối của các alkaloid sau:

a.

c. CH3CH2

b.

CH3

CH2 N

N N

CH3

N

CH2CH2CH3

N

H Coniin

Nicotin

Pilocacpin

BÀI GIẢI:

a.

c. CH3CH2

b. * N

CH3

CH2 N

* N

CH3

N

* *

CH2CH2CH3

N

H Coniin

Nicotin

Pilocacpin

Bài 2: Papaverin là alkaloid được tách từ nhựa vỏ quả cây papaver sonniferum (cây thuốc phiện). Đó là chất rắn nóng chảy ở 147 oC, có tác dụng dãn vành nên được dùng dể chữa bệnh co thắt đại tr àng, mạch máu. Quá trình tổng hợp papaverin C 20H21O4N (G) trong công nghiệp được cho bởi sơ đồ sau. 

H 3O PCl5 P2 O5 H 2 / Ni KCN B Pd 3, 4  (CH 3O) 2 C 6H 3CH 2Cl   A   B   C   D   E   F  G to to

a. Đề nghị công thức cấu trúc của các chất từ A   G b. Trong papaverin có dị vòng nào. BÀI GIẢI: CH2CN

CH2CH2NH2

CH2COOH

OCH3

OCH3

CH2COCl

OCH3

OCH3

OCH3

OCH3

OCH3

OCH3

A

B

C

D


80


OCH3 CH3O

O C OCH3

NH

N

CH3O

CH2

OCH3

OCH3 CH2

E

OCH3 OCH3

F

Papaverin G là:

N

CH3O

OCH3 CH2

OCH3 OCH3

Trong G có chứa dị vòng isoquinolin Bài 3: Coniin là hợp chất rất độc được tìm thấy trong cây độc sâm (conium maculatum). Triết gia cổ đại người Hy Lạp Socrates đã bị giết bởi chất này. Coniin là một hợp chất chứa nitơ và là một alkaloid. Xác định hóa tính và hóa lập thể của coniin bằng cách hoàn thành các chuỗi phản ứng sau. Vẽ CTCT A, B, C.

Trong đó: Hofmann exhaustive methylation: sư metyl hóa triệt để theo Hofmann Optically active: hoạt động quang học BÀI GIẢI: Bước oxy hóa bằng KMnO4 tham khảo trong tài liệu: A. M. Castano, J.M. Cuerva, A. M. Echavarren, Tetrahedron Letters, 35, 7435-7438 (1994)


81


Bài 4: Nicotin là alkaloid chính c ủa thuốc lá, có thể coi là alkaloid loại pyridin hay loại pyrolidin. Nicotin là chất lỏng không màu, trong khí quyển chuyển nhanh sang m àu nâu. Với một lượng nhỏ, nicotin kích thích thần kinh và làm tăng huyết áp. Tuy nhiên với liều lượng cao, nicotin phá hủy ni êm mạc của hệ hô hấp và có thể dẫn tới tử vong. Quá trình tổng hợp nicotin K C10H14N2 theo sơ đồ sau:

CH3

CHO

N O NaBH4

EtO -EtOH

A

HI to

I

H

N

B

EtOH

C

KMnO4

HCl dac D

E

- CO2

OH -

F

G

K

Xác định các chất từ A   I trong sơ đồ trên. BÀI GIẢI: Công thức của các chất từ A đến I torng s ơ đồ:

A

B

O

C

CH3 N

CH3 N

O

N CH3

-

D

O

CH3 N

O

N


HO

O

N

O

N

82


O

E

O

C

HC

H 2C

N HCl

H

NH2Cl

OH

CH2

O

G

C

C

-

O

F

C

CH3

NH2Cl-

N

N

CH3

HCl-

HCl-

I

OH

NHCH3

K

I CH

CH

N N

CH3

N

NH

CH3

CH3

N

NH

Bài 5: Higrin X C8H15ON là một ankaloid được tìm thấy trong cây coca. Xác định CTCT của X biết rằng: X không tác dụng với benzensunfoclorua, không tan trong kiềm nh ưng tan trong dung dịch HCl. X tác dụng với phenylhiđrazin và cho phản ứng iodofom. Nếu oxi hóa X bằng dung dịch CrO 3 sẽ tạo thành axit higrinic C6H11O2N. Có thể tổng hợp axit higrinic C6H11O2N bằng chuỗi các phản ứng sau: 

CH 3 NH 2 [CH(COOEt) 2 ] Na Br2 Ba (OH) 2 dd ddHCl BrCH 2CH 2CH 2Br   A   B    C(C11H19O 4 )   D  E to +

t E   axit higrinic  CO 2 +H 2O o

BÀI GIẢI: Từ các dữ kiện đã cho chứng tỏ higrin có nhóm amin bậ c ba và có nhóm acetyl CH 3CO– (CH 3 ) 2 Br2   BrCH 2 CH 2 CH 2 CH(COOEt) 2   BrCH 2CH 2CH 2CBr(COOEt )2 COOEt N

COOEt

CH3 C

COO

COOH

Ba

N

N

COO

CH3 D

COOH N

COOH

CH3 E

CH3 E

Vậy Higrin là: CH3 PhNHNH2

N

CH2C=NNHPh

CH3

N CH3

CH2COCH3

NaOI

N

CH2COOH

+

CHI3

CH3 CrO3

COOH N CH3


83


Bài 6: Từ hạt tiêu người ta tách được alkaloid piperin A (C17H19NO3) là chất trung tính. Ozon phân A thu được các hợp chất: etadial, B, D. Thuỷ phân B thu được OHC-COOH và hợp chất dị vòng 6 cạnh piperiđin (C5H11N). Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu được 3,4-dihydroxibenzandehit. Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, D. Có bao nhiêu đồng phân lập thể của A? BÀI GIẢI: -

Ozon phân A thu dược etadial chứng tỏ trong A có nhóm =CH –CH=

-

Thuỷ phân B thu dược OHC–COOH vâ piperidin, suy ra B có liên k ết O=C–N– Vậy N nằm trong vòng 6 cạnh.

-

D phản ứng với HI thu dược 3,4-dihidroxibenzandehit. Vậy có các công thức cấu tạo: OHC C N

O

O

CHO O

(B)

(D)

O

CH CH CH CH C N O

O (E)

-

Trong A có 2 liên kết đôi, số đồng phân hình học là 4: ZZ , EE , ZE , EZ

Bài 7: Salixin C13H18O7 là một alkaloid được tìm thấy trong cây liễu. Đem thủy phân Salixin bằng ezym elmusin cho D-glucozơ và Saligenin C7H8O2. Salixin không khử thuốc thử Tolen. Oxi hóa Salixin bằng HNO3 thu được một hợp chất hữu cơ X mà khi thủy phân thì cho D-Glucozơ và anđehit Salixylic. Metyl hóa Salixin thu được pentametylsalixin, thủy phân hợp chất n ày cho ta 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-Glucozơ. Xác định CTCT của Salixin BÀI GIẢI: Salixin là đường không khử và là   glucozit do bị thủy phân bởi elmuxin

RO

H OH

O

HO OH

H 2O enzim

D-Glucose + ROH (Saligenin) C 7H 8O 2

CH2OH Salixin


84


Trong công thức C7H8O2, ROH xuất hiện nhân thơm. Tách được andehit salixylic, điều đó chứng tỏ quá trình oxi hóa nhóm –CH2OH thành nhóm –CHO

CHO HO

H2O, H+

D-Glucose +

HOH2C HO HO

O OH

CHO O

Saligenin là o-(hidroximetyl)phenol. Công th ức cấu trúc của salixin là

HOH2C

O

HO HO

OH

CH2OH O

Bài 8: Hạt của cây độc sâm (conium malculatum) thời trung cổ được dùng làm thuốc độc để thực hiện các bản án tử hình. Độc tố chủ yếu của hạt độc sâm l à một alkaloid có tên là coniin. Coniin có kh ối lượng mol phân tử là 127 g.mol -1, chứa 75,60% C và 13,38% H về khối lượng. Coniin làm xanh quỳ tím, không làm mất màu dung dịch Br2 trong dung môi CCl 4 và cũng không (amin có nguồn gốc thực vật) l àm mất màu dung dịch KMnO 4. Khi dehydro hóa coniin thu đư ợc hợp chất A (C 8H11N). Oxi hóa chất A thì thu được chất B có cấu tạo:

N

COOH

Biết trong cả 2 phản ứng trên đều không có sự đóng hay mở vòng và phân tử coniin không có C bậc ba a. Xác định CTPT của coniin và giải thích tại sao nó không l àm mất màu Br2/CCl4 b. Xác định CTCT của coniin và cho biết bậc amin của nó, của A v à B. Vì sao khối lượng phân tử của coniin, A, B đều là số lẻ. c. Để tách coniin từ hạt độc sâm với hiệu suât v à độ tinh khiết cao nên dùng chiết với dung môi nào trong các dung môi sau: -

Nước

-

Rượu etylic

-

Dung dịch NaOH

-

Dung dịch HCl


85


BÀI GIẢI: a. CTPT của coniin C 8H17N Độ bât bão hòa  

2  8  3  1  17 1 2

Vì coniin không làm mất màu Br2/CCl4 nen coniin không chứa nối đôi mà chứa vòng no. b. Sơ đồ phản ứng:

N H

CH2CH2CH3

-3 H2 xt, t

o

coniin amin (II)

N

CH2CH2CH3

[O]

H A amin (III)

N

COOH

H B amin (III)

Hợp chất có chứa số lẻ nguyên tử N => có khối lượng phân tử lẻ c. Dùng dung dịch HCl vì tạo muối coniin clohidrat tan tốt trong nước. Sau đó có thể dùng kiềm để thu lại coniin. Bài 9: Từ cây Atropabenladona (một loại cà độc dược) thuộc họ cà, người ta tách được một loại alkaloid là atropin. Trong công nghi ệp, người ta thường dùng atropin để điều chế axit tropoic (A) C 9H10O3. (A) bị oxy hóa bởi dung dịch KMnO 4 nóng thành axit benzoic (B) và b ị oxy hóa bởi oxy không khí khi có mặt Cu nung nóng tạo thành chất (C) C9H8O3 có chức andehit. Axit tropoic có thể chuyển hóa thành axit atropoic C 9H8O2 (D) nhờ H2SO4 đặc ở 170 oC. Hidro hóa (D) bằng H2/Ni thu được axit hidratropoic (E) C9H10O2. Hãy xác định công thức cấu tạo của A, C, D, E v à cho biết D có đồng phân cis/trans hay không? BÀI GIẢI: CTPT của (A) C9H10O3 có độ bất bão hòa:   -

2  9  2  10 5 2

A bị oxy hóa bởi KMnO 4 tạo axit benzoic nên A có chứa vòng benzen và nhóm chức COOH ở mạch nhánh (không gắn trực tiếp v ào vòng benzen)

-

A bị oxy hóa bởi oxy không khí khi có mặt Cu nung nóng tạo th ành chất (C) C 9H8O3 có chức andehit => Mạch nhánh chứa nhóm chức r ượu bậc I là –CH2OH

-

Từ dữ kiện bài ra ta có CTCT của A, B, C, D, E như sau trong đó D không có đ ồng phân hình học


86

Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học COOH KMnO4 to B HOOC

COOH

CH CH2OH

CH O2

CHO

Cu, t o C

A

COOH C H2SO4 d o 170 C

COOH

CH2

C

H2 Ni, t

D

H

o

CH3

E

Bài 10: Từ hạt tiêu đen, người ta phân lập được một loại alkaloid là piperin. Xác định công thức cấu tạo của piperin dựa vào sơ đồ sau:  B (C8H6O3) A + CH2I2 + NaOH 

B + CH3CHO + NaOH   C (C10H8O3) C + anhidrit axetic + natri axetat   axit piperic (C 12H10O4) axit piperic + PCl 3   D (C12H9O3Cl) D + piperidin   piperin (C 17H19O3N) BÀI GIẢI: Piperin là:

O

CH CH CH CH C N O

O

************************************************


87


TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Bài tập Lí thuyết và Thực nghiệm, tập 2: Hóa Học Hữu Cơ – Cao Cự Giác – NXB Giáo Dục 2006. 2. Bài tập Hóa Hữu Cơ – Trần Thị Việt Hoa, Trần Văn Thạnh – NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 2003. 3. Bộ đề thi HSG Quốc gia lớp 12 THPT. 4. Bộ đề thi Olympic 30/4 các tỉnh phía nam. 5. Bộ đề thi Olympic hóa học Việt Nam và Quốc tế 6. Bài tập Hóa Hữu Cơ, tập 1 – Ngô Thị Thuận – NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội 1999. 7. Bài tập Hóa Hữu Cơ, tập 2 – Ngô Thị Thuận – NXB Khoa học và Kĩ thuật 2008. 8. Bài tập Hóa Hữu Cơ – Đại Học Y Dược TP Hồ Chí Minh 2001. 9. Tổng hợp Hữu Cơ – Nguyễn Minh Thảo. NXB Đại học Quốc Gia H à Nội 2001. 10. Một số câu hỏi và bài tập Hoá hữu cơ – Đào Văn Ích, Triệu Quý Hùng – NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội. 11. Chuyên đề một số hợp chất thiên nhiên – Lê Văn Đăng – NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 2005. 12. Hóa Học Hữu Cơ tập 2, 3 – PGS.TS. Đỗ Đình Rãng (CB) – NXB Giáo Dục 2006. 13. Hóa hữu cơ Dược – Bộ môn Hóa Hữu Cơ ĐH Dược Hà Nội 1999. 14. Hóa Hữu Cơ - Hợp chất đơn chức và đa chức – PGS. TS. Trương Thế Kỷ – NXB Y Học Hà Nội 2006. 15. Organic chemistry – Clayden, Greeves, Warren, Wothers – Oxford, 2001.


88


************************************************ LỜI MỞ ĐẦU Part 1: AXIT CACBOXYLIC – ESTE ......................................................................Trang 2 Part 2: AMINOAXIT – AMIN – PROTEIN ...........................................................Trang 20 Part 3: CACBOHIDRAT – POLYME .........................................................................Trang 40 Part 4: CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG ...........................................................................Trang 67 Part 5: ALKALOID .........................................................................................................Trang 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................Trang 88 MỤC LỤC..............................................................................................................................Trang 89

- - - - - - - - - - Hết tập 2 - - - - - - - - - -


89

bài tập hóa hữu cơ tập 2 pdf

Recommend Documents