Tải bản đầy đủ

Bài tập hữu cơ (part 3)

100
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1998:
Phản ứng chuyển vị kiểu Claisen (Claisen type rearrangement) là một công cụ
thuận lợi cho các nhà hóa học trong tổng hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên với học sinh thì
phản ứng này thường khó nhận biết và đòi hỏi suy nghĩ. Một ví dụ điển hình của phản
ứng được ghi dưới đây:
R

R

Δ
O

O

OMe

OMe

Năm 1977 một sesquiterpen furan (K) được tách từ một loại san hô mềm ở
Australia là Sinularia gonatodes. Hợp chất này có khả năng vô hiệu hóa nọc độc của

ong và sự kiện một chất đơn giản như thế lại phản ứng được như một tác nhân chống
viêm gây chú ý đáng kể đến các nhà hóa tổng hợp. Một qúa trình tổng hợp như thế
được mô tả dưới đây.
Axit (A) được este hóa với 2(-trimetylsilyl)etanol [Me3SiH2CH2OH] và xetoeste sinh ra được khử một cách chọn lọc tại nhóm cacbonyl của xeton với
NaBH4/CeCl3 để tạo một hợp chất B (C14H22O4Si).
HO2C

O
O

A
Xử lý B với 1,1,1 – trimetoxyetan với sự có mặt của một vết (lượng rất nhỏ)
axit khan nước tạo một chất trung gian C có thể chuyển vị kiểu Claisen khi nung nóng
để tạo chất C. Phân tích phổ của C cho thấy sự hiện diện của một nhóm este
trimetylsilyletyl và một nhóm este metyl
a) Suy lụân các cấu tạo của các hợp chất B và C và chất trung gian dẫn đến C.
Khử C với liti bo hydrua tạo thành rượu bậc nhất D(C16H26O4Si) có thể bị oxy
hóa với pyridin clocromat chuyển thành F. Phản ứng của F với tác nhân Wittig G tạo
thành hai đồng phân H và I. Sản phẩm chính H có hóa học lập thể E.

Ph3P

CHO

G
b) Nêu cấu tạo của các hợp chất D – I, cẩn thận để chỉ rõ hóa học lập thể chính
xác của các đồng phân H và I.
Phản ứng Wittig sau cùng với ylid chuyển hóa từ metyl triphenylphotphoni
iodua tạo thành J. Chất này sau khi cắt este trmetylsilyletyl với tetra – n – butyl
amoniflorua tạo hợp chất mong muốn K.
c) Nêu các cấu tạo để hoàn chỉnh sơ đồ của qúa trình tổng hợp.


101

BÀI GIẢI:
Lưu ý:
• Không cần qúa quan tâm đến có chế phản ứng do câu hỏi đã có gợi ý khá
cụ thể.
• Sự oxy hóa với pyridin clocromat đáng chú ý ở chỗ trong điều kiện khan


nước rượu bậc 1 chỉ bị oxy hóa thành andehit chứ không tạo thành axit
cacboxylic.
• Sự chuyển đổi C thành D phải gồm có sự khử este metyl do D vẫn còn
chứa silic. Nếu như este trimetylsililetyl bị khử sẽ không còn silic.
• Cuối cùng, cũng cần lưu ý rằng bài này sử dụng cách kí hiệu cho tác nhân
Wittig, nghĩa là cấu tạo với một liên kết đôi hình thức thay vì cấu tạo
lưỡng cực thường dùng cho ylid. Mặt khác tác nhân G cũng cho phép làm
tăng mạch cacbon của một andehit.
Các phản ứng xảy ra như sau:
M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

O

O

A

O

B

OH

M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

C H 2O H

O

CO2

O

OH

C

D

M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

OH

M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

CHO

O

O

OH

OH

F

H

H O 2C
M e 3 H 2 S iH 2 C C O 2 C

O
O
OH

K

Các sản phẩm và qúa trình trung gian:

OH

J


102
Me3H2SiH2CCO2C
CHO

I

O

Me3H2SiH2CO2CC

Me3H2SiH2CO2CC

O

CH3

H

H+

O
H

H3CO

OCH3
CH3
OCH3

Me3H2SiH2CO2CC

Me3H2SiH2CO2CC

O

O

OCH3

H3C

O
H

CHẤT TRUNG GIAN CHO PHẢN ỨNG KIỂU CHUYỂN VỊ CLAISEN

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1998:
SỰ KHỬ:


103

(vi)

Li/NH3/t-BuOH

(i)

CO2Me

OCH3
O

(vii)

Na/NH3/EtOH

(ii)

HN NH

Ghi chú: Di-imit: NH=NH đượ
thành do sự oxy hóa hydrazin
LiAlH4/AlCl3

CO2H
O
(viii)

Zn-Hg/H+

(iii)

O
NaBH4

(iv)

CHO

NH2NH2/OH-

(v)

CO2Me

H2/Pd

SƯ OXY HÓA:
(ix)

(xiv)
axit m-clopebenzoic
CH2Cl2

KMnO4/H2O/OHto
(xv)

(i) B2H6
(ii) H2O2/OH-

(x)
H+/Cr2O72-/axeton
(xvi)

OsO4/Me3NO

OH
(xi)

OH

piridin clocromat(PCC)
CH2Cl2

(xii)
(i) O3
(ii) Me2S
(xiii)
(i) O3
(ii) KMnO4

CÁC PHẢN ỨNG KHÁC:


104
(xvii)

O

(xxiii)

CO2H

to
+

O

to

CO2H
O

(xviii)
CO2H
HO2C
(xix)

to

CHO

(xxiv)

Ph3P CH2CH3

OH

CH3C O CCH3/piridin
O
O

(xxv)
OH

(xx)
O

axit axetic/H+

(xxvi)

HPh3P+ C CO2Me

PhS-

O

(xxi)
CHO

OCH3

(EtO)2PCH2CO2Et/NaH

(xxvii)
OCH3O

CO2Me

(xxii)

BBr3/CH2Cl2
to

+
O

CO2Me

OCH3
(xxviii)
CO2H
H3C

anhydrit axetic/to

CO2H

Ghi chú thêm: Trừ trường hợp (xiii), (xvi), còn lại học sinh phải biết được tên của
chất ban đầu theo danh pháp IUPAC. Trừ trường hợp (xiii), (xiv), (xx), (xxii), (xxiii),
(xvii) còn lại thì học sinh phải biết được tên của sản phẩm cũng theo IUPAC.
BÀI GIẢI:
SƯ KHỬ:
(i)

(ii)

CO2H

OCH3
(iii)

(iv)


105
(v)
CO2Me

(vi)
CO2Me

Nhớ: Chất khử XS có thể
khử anken phân cực
OH

(viii)

(vii)

SỰ OXY HÓA:
(ix)

COOH

(x)

CO2H

COOH
(xi)

H

(xii)

O
CHO

+

H
(xiv)

(xiii)
O

O
+ CO2
(xvi)
HO
HO

(xv)

H
H

OH

CÁC PHẢN ỨNG KHÁC:
(xvii)

O
O
O

(xviii): Không phản ứng trừ khi ở nhiệt độ rất cao
CO2Me
(xix)

(xx)

(xxi)

(xxii)
CO2Me

O

O
CO2Me
CO2Me


106
(xxiii)

H

(xxiv)

O
O

H

O
O C CH3

O

(xxv)

(xxvi)
O

CH3
O
OH

(xxvii)

(xxviii)

OH O

O
O

H3C
OH

O

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1999:
a) Xystin (C6H12N2O4S2) là một axit diamino – dicacboxylic, là sản phẩm nhị
hợp của L – xystein. Sản phẩm nhị hợp này có thể được tách đôi khi xử lý với
một thiol như mercaptoetanol (HOCH2CH2SH) để cho L – xystein
(C3H7NO2S).
(i)
Viết công thức cấu tạo của xystin với cấu hình tuyệt đối
(ii)
Vai trò của mercaptoetanol trong phản ứng này là gì?
1 mol xystin có thể được tách đôi nhờ xử lý với axit pefomic HCOO2H tạo
thành 2 mol axit xysteic C3H7NO5S là một axit mạnh.
(iii) Viết cấu tạo của axit xysteic tại điểm đẳng điện
(iii) Khi một peptit gồm 2 mạch A và B liên kết nhờ một liên kết đơn disunfua
giữa hai gốc xystein trong mỗi mạch được xử lý với axit pefomic thu được
hai peptit mới A’ và B’ tại pH 7,0 với điện tích tổng cộng theo thứ tự bằng
+5 và -3. Hãy tính điện tích tổng cộng của peptit ban đầu tại cùng pH.
b) Khi peptit C (M = 465) được thuỷ phân hoàn toàn bằng dung dịch HCl trong
nước thì trong dung dịch sau thủy phân thu được các lượng có số mol bằng
nhau của glyxin (Gly), phenylalanin (Phe); axit aspactic (Asp), axit Glutamic
(Glu) và một đương lượng amoniac (NH3).
Khi xử lý C với enzym cacboxipeptidaza thu được axit glutamic và một
tripeptit. Thuỷ phân một phần tripeptit trong axit cho một hỗn hợp sản phẩm,
trong đó có hai chất được xác định là axit glyxilaspactic (Gly – Asp) và
aspactilphanylalanin (Asp – Phe).
(i)
Từ các thong tin trên hãy suy ra trật tự của toàn bộ peptit C.
(ii)
Điểm đẳng điện gần đúng của peptit C (pH < 7; pH ≈ 7; pH > 7) là
bao nhiêu?
BÀI GIẢI:
a) (i)
NH3+
CO2-

S
-

O2C

S
NH3+

(ii) tác nhân khử


107
(iii)

Công thức cấu tạo
NH3+
SO3-

HO2C

(iv)
+4
b) (i) Gly – Asp – Phe – Glu.
(iii) pH < 7
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1999:
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:
CH2OH
O
HO

H

HO

H

H

OH
CH2OH

(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?
CHO
HO

H

1) NaCN / H+

HO

H

2) H3O+/to

H

?

+

?

OH
CH2OH

(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:


108
a) Các công thức chiếu Harworth có thể có của Tagalozơ:
CH2OH
OH

CH2OH (OH)

O



OH

H
H

H

O

OH (CH2OH)

OH

OH (CH2OH)

OH
CH2OH (OH)

OH

H

H

b) Các phản ứng xảy ra:
CHO
HO
H
1) NaCN/H+
H
OH
H
OH
CH2OH

H
HO
H
H

H
HO
H
H

CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
+
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH

H
HO
H
H

CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH

+

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

H
HO
H
H
H3O+/to

H
HO
H
H

HO
HO
H
H

CHO
H
H
OH
OH
CH2OH

-H2O

H

CH2OH
O
H
H
OH

OH
H

-H2O

H

OH

CH2OH
O
H
OH
OH

OH
H

H

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

OH(CH2OH)

HOH2C

CH2OH(OH)

OH
O

HO
HO

O

O
OH

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1999:
a) Hãy cho biết cách tổng hợp các hợp chất được đánh dấu bằng cách dùng bất kỳ
vật liệu hữu cơ nào nếu ban đầu không đánh dấu. Được phép dùng bất kỳ chất vô
cơ cần thiết nào dù có đánh dấu hay không
(i)
1 – D – etanol
(ii)
(S) – CH3CHDCH2CH3
b) Clobenzen phản ứng với dung dịch NaOH đậm đặc trong nước dưới nhiệt độ và
áp suất cao (350oC, 4500psi), nhưng phản ứng của 4 – nitroclobenzen xảy ra dễ
dàng hơn (NaOH 15%, 160oC). 2,4 – Dinitroclobenzen thuỷ phân trong dung dịch
nước của natri cacbonat tại 130oC và 2,4,6 – trinitroclobenzen thuỷ phân chỉ cần
nước đun nóng. Sản phẩm của tất cả các phản ứng trên là các phenol tương ứng.

O


109
Xác định loại phản ứng trên và chỉ rõ cơ chế tổng quát của phản
ứng này.
3 – nitroclobenzen phản ứng với dung dịch hydroxit trong nước
nhanh hơn hay chậm hơn so với 4 – nitroclobenzen?
2,4 – Dinitroclobenzen phản ứng với N – metylanilin cho một amin
bậc ba, hãy viết công thức cấu tạo của amin này.
Nếu 2,4 – dinitroflobenzen phản ứng với các chất có tính
nucleophin nhanh hơn 2,4 – dinitroclobenzen thì có thể thêm chi
tiết gì vào cơ chế phản ứng trên?

(i)
(ii)
(iii)
(iv)
BÀI GIẢI:
a)
(i)

OH

O
C
H3C

H

1) LiAlD4 hay NaBD4
2) H3O+

H3C

D

1 - D - etanol

axetandehit

(ii)

C
H

H

H3C

D

C
CH2CH3

HO

1) C6H5SO2Cl/piridin
2) LiAlD4
3) H3O+

C

H3C

CH2CH3
H

(S) - 2 -deuterobutan

(R) - 2 - butanol

b)
(i) Phản ứng thế nucleophin trên nhân thơm
Cơ chế tổng quát:
X

X
+ Nu-

E

(1)

E

(ii) Chậm hơn
(iii) Công thức cấu tạo:

Nu-

Nu
(2)

+ XE

X = Cl
E = NO2 (1 – 3 nhóm)

NO2 CH3
N
O2N

(iv) Theo cơ chế phản ứng ở câu (i), bước (1) chậm hơn bước (2) nên bước (1) là
bước quyết định tốc độ phản ứng.

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1999:
a) Xét hai phản ứng cộng dươi đây:


110
Z
R

I)

H+

(CH2)n

?

Nu:
Z = O; Nu: = C; N; O; S; n = 2, 3, 4

Z

H+

II) (CH2)n

?

Nu:
Z = N; Nu: = C; N; O; S; n = 2, 3, 4
Từ hai phản ứng có thể thu được các đồng phân lập thể nào của sản phẩm?
Trong phản ứng (I), nếu Z = O và Nu: = NH2 thì cấu tạo của sản phẩm
cuối cùng như thế nào?
b) Dự đoán (một hay nhiều) sản phẩm từ phản ứng:

(i)
(ii)

HO

HCHO
NHCH3

BÀI GIẢI:
a) (i)
Z-

ZH

R

R

(CH2)n
Z
R

I)

+

(CH2)n
Nu:

(CH2)n

Nu

Nu
-

Z

H+

+

(CH2)n
Nu

R

(CH2)n
Nu

Đồng phân đối quang
(ảnh) hay anome

ZH

R


111
H
Z

Z

C

C

(CH2)n

(CH2)n

Nu

Z

+

II) (CH2)n

Nu

+

H

Z-

+

C

Nu:

ZH

C

(CH2)n

(CH2)n

Nu

Nu

Đồng phân không đối
quang (syn & anti)
(ii)
OH
R

(CH2)n
O

NH

R

+

H+

(CH2)n

R

OH

NH2

N

(CH2)n
NH

b)
HCHO HO

HO

+
N

NHCH3

N

CH3

CH3

OH

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 1999:
a) Tính bazơ của một số hợp chất chứa nitơ có cấu tạo tương quan được nêu như sau:
Hợp chất
Cấu tạo
pKa
Hợp chất
Cấu tạo
pKa

Piridin

+ H2 O

(CH2)n

R

5,17

Anilin

NH2

4,58

N

Pirol

H
N

0,40

Xiclohexylamin

NH2

10,64

Pirolidin

H
N

11,20

p-Aminopiridin

NH2

9,11

N


112
Morpholin

O

NH

8,33

m-Aminopiridin

NH2

6,03

N

Piperidin

NH

11,11

So sánh và giải thích sự khác biệt trong tính bazơ của mỗi cặp sau:
(i)
Piperiđin / piriin
(ii)
Piridin / pirol
(iii) Anilin / xiclohexylamin
(iv)
p – aminopiridin / piridin
(v)
morpholin / piperidin
b) Sự khác biệt trong tính chất vật lý của hỗn hợp triệt quang (raxemic) axit cis – 2 –
aminoxiclohexan – 1 – cacboxylic và axit 2 – aminobenzoic được nêu trong bảng
Axit cis-2-aminoxiclohexanAxit – 2 - aminobenzoic
1-cacboxylic
Điểm nóng chảy (oC)

240

146 – 147

Tính tan trong: nước
(pH = 7)

tan

Không tan

rất dễ tan

Không tan

HCl 0,1M

rất dễ tan

Không tan

Không tan

rất dễ tan

Dải hấp thụ IR (thể rắn,
cm-1)

1610 - 1550

1690

pKa1

3,56

2,41

pKa2

10,21

4,85

NaOH
0,1M
Et2O

Đề nghị các cấu tạo hợp lý của axit cis – 2 – aminoxiclohexan -1 –
cacboxylic và axit 2 - aminobenzoictại các pH axit, trung tính và bazơ.
(ii)
Nếu điểm đẳng điện được định nghĩa là pH mà tại đó phân tử có điện tích
tổng cộng bằng 0 thì hãy tính điểm đẳng điện gần đúng của axit – 2 –
aminoxiclohexan – 1 – cacboxylic.
BÀI GIẢI:
a)
(i) Piridin có tính bazơ yếu hơn piperidin vì đôi electron gây tính bazơ của piridin
thuộc obitan sp2; nó bị giữ chặt và không sẵn sang để cho cặp electron như trường
hợp piperidin với obitan sp3.
(ii) Piridin có đôi electron (thuộc 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.
(iii) 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 xiclohexylamin có tính bazơ mạnh hơn anilin:
(i)


113

NH2

NH2

(iv)

NH2

Có thể xảy ra sự phân tán các electron không liên 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

NH2

N

N

(v)

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.

b)
(i)
CO2H
NH3+

CO2-

CO2NH3+

Tính axit

NH2

trung tính

tính bazơ

(ii)
CO2H
NH3+

CO2-

CO2NH3+

NH2

Tính axit
trung tính tính bazơ
(iii) Điểm đẳng điện = (pKa1 + pKa2)/2 = 6,88
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2000:
(-)-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
(-)-Atractyligenin
Br

A

B
C5H10O

C
C5H8O

D

E

O

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).
a) Hãy viết công thức cấu tạo của hơp chất B
Khi cho hợp chất B tác dụng với kali dicromat trong dung dịch nước của axit
sunfuric thu được C (C5H8O).

G

C


114
b) Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất C
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.
c) Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất D
d) Hợp chất D có đồng phân lập thể không? Nếu có, hãy cho biết có bao nhiêu
đồng phân lập thể?
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
e) Hãy viết công thức cấu tạo của hợp chất E.
f) Hợp chất F có đồng phân lập thể không? Nếu có, hãy cho biết có bao nhiêu
đồng phân lập thể?
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.
g) 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.
h) Hãy viết công thức cấu tạo sản phẩm I (không xét đồng phân)
i) Hãy trả lời các câu hỏi sau
(i)
Số đồng phân lập thể cô lập được của sản phẩm I là 2, 4, 6 hay 8?
(ii)
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?
(iii) 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

O

OH

D

O

E

O
F

* OH

O

OH
G

O

*

Br

C

B

A

O

O

*

H
I

Chất D có 2 đồng phân đối quang
Chất F có hai đồng phân hình học
(i)
Chất I có 4 đồng phân lập thể riêng biệt
(ii)
Cặp đồng phân không đối quang có lượng khác nhau. Cặp đối quang
có lượng bằng nhau
(iii) Cặp đồng phân không đối quang có điểm nóng chảy khác nhau. Cặp
đồng phân đối quang có điểm nóng chảy bằng nhau.
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2000:
Trong sự điều chế một dược chất, có ba chất trung gian được điều chế trong
các phản ứng riêng biệt mô tả dưới đây:


115
a) Hãy viết công thức và tên IUPAC của sản phẩm thu được trong phản ứng sau:
NH2

1) HNO2 + H2SO4
2) CuCN + KCN

NO2

b) Hãy viết công thức theo cách không thể nhầm lẫn về mặt hóa lập thể và tên
IUPAC đầy đủ của sản phẩm thu được khi (2S) – 2 – clorobutan phản ứng với
natri metoxit trong một phản ứng kiểu SN2.
c) Hãy viết các công thức của các sản phẩm thu được trong ba giai đoạn phản
ứng sau đây và cho biết số đồng phân lập thể thu được ở giai đoạn cuối:
O

1) H+ + HOCH2CH2OH

O
O

2) Dư CH3MgI trong ete, rồi thêm nước
3) H3O+

BÀI GIẢI:
a)
NH2

N2+

HNO2 + H2SO4

NO2

CN

CuCN + KCN

NO2

NO2

b)
CH3
Cl
CH2CH3
H

Na+OCH3-

CH3
H3CH2C
OCH3
H
(2R) - 2 - Metoxibutan

c)
O

O

H++ HOCH2CH2OH

O

O

O

CH3MgI (du)

O

OMgI H O
2

ete

O

O

O

H3O+
O

OH

Chỉ một cấu tạo lập thể duy nhất
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2000:
Một thành phần S của dầu hoa hướng dương có cấu tạo sau:
cis
H2C

OOC(CH2)7

C
H

HC

OOC(CH2)7

C
H

H2C

cis

C
H
C
H

(CH2)7CH3
H2
C

cis
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.

O

O

OH


116
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.
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.
d) 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?
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.
f) 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
H2C
HC*
H2C

OOC(CH2)7

C
H

OOC(CH2)7

C
H

cis

C
H
C
H

(CH2)7CH3

cis

H2
C

C
H

C
H

(CH2)4CH3

OOC(CH2)18CH3

b) 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

metyl octadecanoat

O

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

O
nonal

hexanal

O
O
metan dicacbadehit

O
O

O metyl nonalat

d) Số mol KOH đã dùng nhiêu gấp 3 lần số mol triglixerit S
n(S) = 10,0/885.402 = 11,29 (mmol)
V(KOH) = 3 . n/V = 34,0mL
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
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2001:
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 phẩm


117
nhuộm. Ngoài ra nó cũng là một chất trung gian quan trọng trong các 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 xitric 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.
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

H2SO4

C
H2C

COOH
O
COOH

+

H2 O

+

CO

axit-1,3-pentadioic
Chỉ có các axit α - 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
thế buộc phải nằm ở vị trí para so với nhóm –OCH3. Như vậy công thức cấu tạo của
chất A sẽ như sau:


118
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
HOOC
H3CO
COOH
axit-(Z)-3-(4-metoxyphenyl)-2-pentendioic

d) Hai sản phẩm khi cho A tác dụng với brom
H
HOOCH2C

COOH
Br
Br

Br
Br

OCH3

COOH
H
CH2COOH

OCH3
2

1

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

Br
Br

OCH3

COOH
R
H
S
CH2COOH

OCH3
2

1

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

O
B

O

CH2COOH

O

HO

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


119
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

HO

6

4

1

3
2

OH

Như vậy thì trong cùng điều kiện phản ứng thì lượng sản phẩm C luôn nhiều
hơn B
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2001:
Etylen có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong việc sản xuất polyme và các
monome quan trọng khác. Nó được sản xuất một lượng lớn bằng phương pháp
crackinh nhiệt và crackinh xúc tác các ankan nhận được từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.
Trong sự có mặt của xúc tác bạc, etylen phản ứng với oxy để tạo thành chất P.
Chất P khi đun nóng với H3O+ sẽ chuyển thành chất Q. Phổ cộng hưởng từ proton của
P chỉ có duy nhất một tín hiệu còn Q thì lại cho 2 tín hiệu
a) Xác định và hãy vẽ công thức cấu tạo hai chất P và Q
Chất R nhận được khi P và Q phản ứng với nhau. R phản ứng được với SOCl2
để thu được chất S. Khi đun nóng với KOH trong ancol thì S tạo thành T.
b) Xác định công thức cấu tạo của ba chất R, S và T
Một hợp chất khác là benzen-1,4-bis(axetat) có thể được tổng hợp từ p –
xylem. Qúa trình tổng hợp benzen-1,4-bis(axetat) đi qua nhiều hợp chất trung gian
khác nhau và sử dụng nhiều tác nhân khác nhau và được cụ thể ở sơ đồ dưới đây:
CH 3

CH 3
p - xilen

CH 2CN

CH 2Br

COOCH3

COOH
CH 2

CH 2

?

?

?

?

?

?

?

?

CH 2Br

CH 2CN

CH 2
COOH

c) Xác định các tác nhân sử dụng trong qúa trình tổng hợp trên
d) Có bao nhiêu pic mà ta có thể nhận ra được trong phổ 1H – NMR của
dimetylbenzen – 1,4 – bisaxetat.
Khi dỉetylbanzen – 1,4 – bisaxetat (được tổng hợp từ p – xylen) và hợp chất R
(nhận được từ etylen) được đun nóng cùng nhau thì một polyme mới được hình thành.
e) Vẽ công thức của polyme mới này
f) Khi xử lý polyme này với các chất: i) KOH(aq); to, sau đó H+/H2O; ii)
LiAlH4 thì chuyện gì sẽ xảy ra?
g) Khi vô tình đun nóng lượng dư dimetylbenzen – 1,4 – bis(axetat) với glyxerol
thì ta thu được một polyme khác. Xác định công thức cấu tạo của polyme này
và cho biết nó có thể dùng để kéo sợi được không?

BÀI GIẢI:

CH 2
COOCH3
Dimetybenzen-1,4
bisaxetat


120
a)
H 2 C CH 2

+ 1/2O2

H 2C CH 2
O

+ H2 O

xt Ag
250 oC
H+

H 2C CH 2
O
P
OH

HO
Q

b)
H 2C CH 2
+
O
P

OH

HO

SOCl2

OH

O

Cl

S

R
KOH/ancol

O

Cl

CH3

T

CH2 Br

CH3

EtOH/H 2O
CH2 Br

COOCH 3
CH2

H +/H 2O, to

CH3 OH, to

hay: i) NaOH/H2 O
ii) H+ / H 2O
CH2 CN
CH2

H+

KCN

peroxit
CCl4

COOH
CH2

CH2 CN

NBS

Cl

O

Cl

S

c)

OH

R

Q
O

HO

O

HO

COOH

p - xilen

CH2
COOCH 3
Dimetybenzen-1,4-bisaxeta

b) Ba tín hiệu: của nhóm –CH3; -CH2 và proton của vòng thơm
c) Cấu trúc của polyme:
H3C

C

O
H2
H2 H2
C C O C C O

H2
C

H2 H2
C C O H

O

n

d) Các phản ứng:
Polyme

i) KOH/H 2O/to
+

ii) H / H 2O

HOOCH 2C

CH2 COOH + HO

HOH2 CH 2 C

CH 2CH2 OH + HO

LiAlH4
Polyme

e) Nếu ta sử dụng glyxerol (một triol) sốthì liên kết giữa các mạch tăng
lên. Nhóm hydroxyl bậc hai sẽ tạo nên một hệ mạng không gian ba
chiều với cấu trúc có thể như sau:

O

O

OH

OH


121
H2 C

OH

HC

OH

H2 C

OH

Glyxerol
O
H2
C C

C
H2

H
H2
O C C

H2
C O

O
C

O
C

C
H2

O

CH2

CH2
C

O

O

Polyme này không thể sử dụng để kéo sợi được do cấu trúc của nó có qúa
nhiều liên kết giữa các đoạn mạch. Tính chất đặc trưng của nó là tính chất kháng.
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2001:
Một trong số những vấn đề nan giải của hóa hữu cơ là sự tổng hợp các dẫn
xuất benzen hai lần thế thông qua phản ứng thế electrophin vào dẫn xuất benzen một
lần thế. Bài này sẽ đề cập đến sự tổng hợp Tramadol, một loại dược phẩm dùng để
giảm đau được mô tả dưới đây. Bước đầu tiên của qúa trình này là:
HSbF6
Phenol

A

halogen

A cho hai pic có cường độ như nhau ở điểm có khối lượng phân tử tương ứng
là 172 và 174 trong phổ khối lượng. Nó tạo ra một hỗn hợp ba dẫn xuất mononitro
đồng phân khi ta nitrat hóa trong những điều kiện êm dịu.
a) Viết công thức cấu tạo A. Đâu là sự chọn lọc hướng phản ứng trong phản ứng
chuyển từ phenol thành A? Đâu là điểm mấu chốt của phản ứng?
CH 3 ) 2 so4 / NaOH
THF / toluen
Xét chuỗi phản ứng sau: A ⎯(⎯
⎯ ⎯ ⎯⎯→ B ⎯Mg
⎯/⎯
⎯⎯
⎯→ C
Phổ khối lượng của B chỉ ra hai pic có cường độ như nhau ở điểm có khối
lượng phân tử tương ứng là 186 và 188.
b) Xác định công thức cấu tạo của B và C. Khả năng phản ứng của chất B thay
đổi như thế nào khi nó chuyển thành chất C?
Một chất trung gian D cần thiết trong qúa trình tổng hợp Tramadol đã nhận
được qua sơ đồ sau:
parafomandehit
Xiclohexanon

C

+

D

dimetylamin

[E]

thủy phân

D (C 9H 17 NO)
(tan trong HCl)

Tramadol

c) Cho biết công thức của chất D và sản phẩm Tramadol
d) Cho biết cấu hình ở các trung tâm lập thể có thể có của Tramadol
BÀI GIẢI:


122
a) Từ các thông tin về phổ khối lượng mà đề bài đã cho thì sản phẩm nhận được
khi halogen hóa phenol với xúc tác HSbF6 là m – bromphenol. Sự brom hóa
trực tiếp vào phenol sẽ cho các dẫn xuất ở vị trí ortho và para vì nhóm –OH là
nhóm thế loại I
b)
Các phản ứng xảy ra:
OCH 3

OH

OH

(CH 3 )2 SO 4

xt HSbF6
Br 2

Br

OCH3
Mg/THF/toluen

NaOH

Br

MgBr

Hợp chất B có thể tham gia được phản ứng thế nucleophin ở cacbon mang nguyên
tử brom. Còn hợp chất C thì lại có sự tồn tại của cacbanion nên sẽ tham gia phản
ứng thế electrophin. Như vậy sự chuyển hợp chất B sang hợp chất C sẽ dẫn đến sự
nghịch đảo lại khả năng phản ứng.
c)
O

O
CH 2O

N

CH3
CH3

(CH 3 )2 NH
D

OH

O

OH

N

+
MgBr
C

CH 3
OH

CH 3

N

D

CH3
CH3

Tramadol

d)
HO

PhOCH3
N(CH3 )2
H

HO

PhOCH3
H
N(CH3 )2

HO

PhOCH3
H
N(CH3 )2

HO

PhOCH3
N(CH3 )2
H

Tramadol có hai nguyên tử cacbon bất đối nên có hai cặp đồng phân lập thể



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×