Bài tập hóa hữu cơ tập 2

[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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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)? Copyright © 2010 [email protected] 2 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] COONa + H 2O 3 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 4 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 5 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] F 6 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] I 7 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] H I J 8 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 9 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 10 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học  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 Copyright © 2010 [email protected] metyl octadecanoat 11 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 12 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 13 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 15 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 16 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 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? Copyright © 2010 [email protected] 18 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] COOH 19 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 20 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 21 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học [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 Copyright © 2010 [email protected] 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 Copyright © 2010 [email protected] 24 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] Phe Tyr p-HOC6H4CH2 25 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 1 2 3 đơn vị độ dài 26 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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: Copyright © 2010 [email protected] 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 Copyright © 2010 [email protected] 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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: Copyright © 2010 [email protected] 35 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 36 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 38 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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 Copyright © 2010 [email protected] 42 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 43 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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. Copyright © 2010 [email protected] 45 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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 Bài tập Hóa Học Hữu Cơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trường Đại học 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