Tải bản đầy đủ

Bài tập hóa hữu cơ (part 4)

123
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2001:
Các xetoeste là những phân tử có hai nhóm chức cực kỳ hoạt động và là những
tác nhân quan trọng trong sự tổng hợp các hợp chất có tính đặc thù lập thể cũng như
các hợp chất dị vòng.
a) Xetoeste có công thức phân tử C5H8O3 có hai đồng phân X và Y. Xác định các
công thức phân tử có thể có của chúng.
Mỗi este này đều đầu tiên cho phản ứng với benzoyl bromua trong sự có mặt
của CH3ONa và sản phẩm thu được được đun nóng với 1 hay 2 đương lượng bazơ
mạnh (ví dụ như liti diisopropylamit LDA) và tiếp theo là một đương lượng CH3I
Sản phẩm của bước thứ hai này đều được thủy phân trong môi trường HCl
b) Viết các phản ứng xảy ra
c) Sản phẩm cuối của xetoeste X là một hợp chất trung tính (có công thức phân
tử C11H14O) còn xetoeste Y cho một xetoaxit (có công thức phân tử
C12H14O3). Hãy giải thích sự khác nhau này.
d) Xetoeste X cho các phản ứng khác nhau tùy thuộc vào lượng LDA sử dụng.
Hãy giải thích kết qủa thu được khi:
(i)
Sử dụng một đuơng lượng LDA
(ii)
Sử dụng hai đương lượng LDA

BÀI GIẢI:
a) Công thức phân tử của các xetoeste là C5H8O3. Vì X và Y là xetoeste nên
chúng buộc phải có nhóm chức xeton (C – CO – ) và nhóm chức este (C –
COO – ). Tổng số nguyên tử của cả hai đơn vị này là C4O3. Như vậy chỉ có thể
có hai nhóm đính với đầu este : metyl hoặc etyl.
Như vậy xetoeste ban đầu có thể có một trong ba công thức cấu tạo sau:

H3 C

H2
C

O

O

C

C

O
O

CH3

H3 C

I

C

O
H2
C

II

H3 C

O



O

C

C

III
b) Phản ứng của các xetoeste tương ứng:

O

H2
C

CH 3

C

O

CH 3


124

H 3C

H2
C

O

O

C

C

O

CH3

I

CH3ONa
PhCH2Br

H
C

H3 C

O

O

C

C

O

CH 3

CH 2Ph

Xetoeste C12H14O3
1 equiv LDA
H3 C
MeI

CH 3

O

O

C

C

C

O

CH 3

CH 3

O

O

C

C

C

H+/H2O/to
H3 C

CH 2Ph

O

H

H2
C

C

CH 2Ph

Xetoaxit C12H14O3

H 3C

O

O

C

C

H2
C

O

CH 3

III

CH3ONa
PhCH2Br

H2 C

O

O

C

C

H2
C

O

CH3

CH2 Ph
CH3

1 equiv LDA
HC
MeI

O
C

CH2 Ph

Đối với chất II:

O
C

CH3
O

H2
C

O

O

C

C

H+/H2O/t o
CH3

HC

O

CH2 Ph

Xetoeste C11H12O3


125
O
H3 C

C

O
H2
C

NaOMe

H3 C

C

O

CH3

O

CH 3

PhCH2Br

O

2 equiv LDA
MeI

C

O
H
C

C

1 equiv LDA
MeI

CH 2Ph

O
H2 C

C

CH 3

O
H
C

C

O

CH 3

H3 C

O

CH 3

O

C

C

C

CH 2Ph

CH 2Ph

H+/H2O/to
O
H2 C

C

CH 3

H+/H2O/to

O
H
C

C

O

H

H 3C

O

CH3

O

C

C

C

β-xetoaxit
- CO2

- CO2

O
C

H2
C

H2
C

Ph

H 3C

CH 3





O

CH2 Ph

CH 2Ph

β-xetoaxit

H2 C

O

O

CH3

C

C
H

(C11H14O)
(C11H14O)
Chất I cho sản phẩm cuối cùng là một xetoaxit có công thức phân tử là
C12H14O3 ứng với công thức của xetoaxit nhận được từ chất Y. Vậy công thức
cấu tạo của chất Y là công thức I.

Chất II cho sản phẩm cuối cùng là một chất có tính chất trung tính với công
thức phân tử là C11H14O ứng với công thức của chất nhận được từ X. Vậy
công thức cấu tạo của chất X là công thức II.

H2
C

Ph


126


Chất III cho sản phẩm cuối cùng là một xetoaxit có công thức C11H12O3 không
hề ứng với một trong các công thức nào ở trên.
c) Chất β - xetoeste nhận được dễ bị thủy phân trong môi trường axit ra β xetoaxit, chất này dễ tham gia phản ứng decacboxyl hóa qua trạng thái chuyển
tiếp vòng 6 trung tâm cho ra sản phẩm trung tính.
H

H2 C

O

O

C

C

H3 C

H2
C

O

H

C

C

CH2 Ph

+ CO2

O

CH
CH3

H
CH2 Ph

O
H 3C

H2
C

C

H2
C

CH 2Ph

d) i) Khi sử dụng một đương lượng LDA thì hợp chất X sẽ tạo ra monoanion như
hình vẽ:
O
H3 C

O
H2
C

C

C

O
O

CH3

1 equiv LDA

H3 C

C

O
H
C

C

O

CH 3

O

CH 3

ii) Khi sử dụng hai đương lượng LDA thì sẽ tạo ra dianion như hình vẽ:
O
H3 C

O
H2
C

C

C

O
O

CH 3

2 equiv LDA

H 2C

C

O
H
C

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2002:
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.
CH 2OH
O
OH
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

C


127
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
thành lactolozơ, đây là một loại dược phẩm dùng để chữa các bệnh về ruột. Sự hydro
hóa lactozơ 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 lactolozơ (lưu ý rằng phần glucozơ trong lactozơ đã
bị đồng phân hóa thành fructozơ).
a) Vẽ công thức chiếu Haworth của lactitol.
BÀI GIẢI:
1) Công thức cấu tạo của D – galactozơ và D – glucozơ là:
CHO

CHO
H
HO
H
H

OH
H
OH
OH
CH 2OH

D – glucozơ

H
HO
HO
H

OH
H
H
OH
CH 2OH

D – galactozơ

2)
a
CH 2OH
O
OH

c
OH

O

OH

OH

3)

OH

b

OH
O

OH
CH 2OH

CH 2OH
H
HO
H
H

OH
H
OH
OH
CH 2OH

H
HO
HO
H

OH
H
H
OH
CH 2OH

Sorbitol (hoạt động quang học) Galactitol (không hoạt
động quang học)

4)


128
CH 2OH
O
OH

OH
O

OH

OH

CH 2 OH
O
OH
CH 2OH

O

OH

OH

OH

OH
OH

OH

OH

Lactitol
CH 2OH
O
OH

O

OH
OH

OH

O

CH 2OH

CH 2 OH

Lactolose (f uranose)
OH
CH2OH
O

OH
Lactolose (pyranose)

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2002:
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 hựop bằng cách viết công thức cấu tạo các chất A, B,
C, D và E
O
OH HNO3

A

HO

n-C 3H 7 Cl
baz

B

SOCl2

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

H 2 /Pd(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 C3H7Cl 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 SE
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

OH

OH
H3 CH 2 CH 2CO

HO

B

A

O
O2 N
H 3CH2 CH 2 CO
C

O
O2 N

O
OCH2 CH 2N(C 2H5 )2

H 3 CH 2CH 2CO

H 2N

OCH 2CH2 N(C2 H 5) 2

H3CH2 CH 2 CO
D

Cl

E


129
2) Công thức cấu tạo các sản phẩm:
NO2 O

O
OH

OH

+
O2 N

OH

OH

3) c
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2002:
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 - α 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.
Ph
H2 N

CH3
H 2N

COOH
F

COOH
A

H 2N

COOH
G

H 2N

COOH
L

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 nhận 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:
Ph
H
N

H2 N

O
OH

H
N

H 2N
O
AF

O
FA

Ph

O
OH

H
N

H 2N
O
FF

Ph

O
OH

H 2N

Ph

2. Phản ứng xảy ra:
NO 2

NO 2
O 2N

F

+

2H 2NR

O 2N

NHR +

RNH 3+F-

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

H
N
O
AA

O
OH


130

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2003:
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.

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


131

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)
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2003:
Hợp chất Cistus L có mùi thơm, có trong các nhánh cây bụi và là thành phần
chính của hoa Hy Lạp. Nó hay được tìm thấy ở đồi và các sườn dốc đá, ngoài ra nó
còn được tìm thấy ở các rừng thông. Trong y học dân gian, nhánh hoa của Citrus
monospeliensis được dùng để trị bệnh suyễn còn lá được dùng thay thế trà. Flavonoid
được phân lập rất rộng rãi từ thực vật dưới dạng glycozit hay dạng tự do aglycon (hợp
chất sinh ra khi thuỷ phân glycozit). Chúng có một ứng dụng rộng rãi trong các tính
chất dược lý bao gồm: kháng vi sinh vật, kháng u, kháng độc, ức chế enzym và tăng
cường các hoạt động mạch máu.
Apigenin là một loại flavonoid hay gặp và có công thức cấu tạo như sau:


132

1) Viết công thức cấu tạo của các sản phẩm B và C

excess: lượng dư
2) Apigenin có tạo thành một liên kết hydro giữa nhóm hydroxyl phenolic của C5 và
nhóm cacbonyl của C4. Phổ 1H – NMR của proton phenolic ở C5 sẽ bị dịch chuyển
do liên kết hydro về phía:
a) trường yếu
b) trường mạnh
c) không bị dịch chuyển
3) Khi đun nóng với dung dịch NaOH 2M, apigenin sinh ra hai sản phẩm D và E.
Hợp chất D (C6H6O3) cho phản ứng dương tính với FeCl3 và phổ 1H – NMR chỉ gồm
một pic duy nhất của hệ thơm (phổ I). Hợp chất E (C9H12O2) cũng cho phản ứng
dương tính với FeCl3. Trong phổ 1H – NMR thì phần không thơm cho hai vân ba và
một pic nhiều vân trong khi đó phần không thơm chỉ gồm một vân đôi (phổ II). Viết
công thức cấu tạo của D và E
4) Sử dụng mũi tên hãy chỉ ra ba nguyên tử cacbon ở công thức C sẽ cho ra ba pic
đặc trưng trong phổ 13C – NMR khác với phổ 13C – NMR của B.


133

BÀI GIẢI:
1)


134

2) Trường yếu, bởi vì phổ 1H – NMR của proton phenolic luôn dịch chuyển về phía
trường yếu khi proton này chịu ảnh hưởng của liên kết hydro.
3) Công thức cấu tạo của các chất như sau:

4) Các nguyên tử cacbon thoả mãn yêu cầu đề bài là:

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2003:
Peptit là các polyamit mạch thẳng sinh ra bằng các liên 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.


135
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 Nitơ) 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. C6H5CH2OCONH2, 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 hoạt động của các cacbamat sau đây dưới tác dụng
của axit:

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


136

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

2. Câu trả lời tốt nhất là 5 và 2
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
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2003:
Oleuropein (A) có công thức cấu tạo như sau với R là nhóm
ankylpolyphenolic:


137

1) Sự thuỷ phân có xúc tác axit của oleuropin cho ra glucozơ và hai hợp chất khác
gồm: polyphenolic (A1) và một monoterpenoid (A2). Hãy sử dụng mũi tên để chỉ
vào công thức của oleuropin.
a) Nguyên tử oxy sẽ bị proton hóa trong phản ứng thuỷ phân xúc tác axit để tạo
ra polyphenolic A1.
b) Liên kết C – O bị phân cắt để tạo ra glucozơ.
2) Ở phổ khối của A1, pic tương ứng với ion phân tử có m/z = 154. Phổ 1H – NMR
của (A1) cho dưới đây. Nhóm proton hydroxyl đã tham gia phản ứng trao đổi nên
không có mặt trong các pic trên.

Với những thông tin trên hãy chỉ ra A1 là chất nào trong ba chất sau?

3) Từ công thức cấu tạo của A1 hãy chỉ ra proton nào của A1 phù hợp với các tín hiệu
trên phổ 1H – NMR.
BÀI GIẢI:


138

Công thức cấu tạo đúng là C
OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ 2003:
Người ta cho biết rằng sự cộng hợp brom vào nối đôi xảy ra theo hướng lập
thể anti
Viết sản phẩm phản ứng khi ta tiến hành phản ứng cộng brom vào các anken
sau. Hãy sử dụng công thức chiếu Fischer để viết cấu tạo sản phẩm. Đánh dấu * vào
các nguyên tử cacbon bất đối:

BÀI GIẢI:


139

Yes: có tính quang hoạt
No: không có tính quang hoạt



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×