sáng kiến kinh nghiệm hóa học thpt

1 BÁO CÁO SÁNG KIẾN Xây dựng phương pháp học tập chuyên đề tổng hợp dược phẩm hữu MỤC LỤC MỤC LỤC I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN .2 II MÔ TẢ GIẢI PHÁP III HIỆU QUẢ DO SÁNG KIẾN ĐEM LẠI NỘI DUNG I Tìm hiểu số dược chất chứa vòng pyridin II Các phương pháp tổng hợp vòng piridine III Các phương pháp xây dựng tập chuỗi tổng hợp 16 IV Một số tập tổng hợp dược chất chứa đơn vòng pyridin 22 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN Các dược phẩm (các hợp chất hữu có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc) đối tượng nghiên cứu lâu dài đặc biệt quan trọng hóa học hữu Ngành cơng nghiệp dược phẩm với giá trị kinh tế khổng lồ ngày gia tăng nhu cầu cấp bách chăm sóc sức khỏe người Do đó, tổng hợp dược phẩm luôn quan tâm đầu tư từ quy mô cơng nghiệp đến nghiên cứu phịng thí nghiệm Các đại dịch toàn cầu xảy liên tiếp gần dịch SARS, COVID-19… làm tăng sức ép lên nghiên cứu tổng hợp nên dược chất Khơng có đáng ngạc nhiên nội dung kiến thức tổng hợp dược phẩm hữu luôn xuất tất đề thi học sinh giỏi (HSG) phần hữu quốc gia (đặc biệt Việt Nam), Olympic Hóa học Quốc tế (ICHO) Bất kì Việt Nam quan tâm theo dõi đề thi HSG môn Hóa học phần Hữu năm nhận thấy tần suất ngày dày đặc tập chuỗi tổng hợp dược chất vòng (thi HSG Quốc gia Hóa học) vịng (thi chọn đội tuyển tham gia ICHO) Mặc dù biết rõ đề thi đề cập đến tổng hợp dược chất hữu cơ, việc dạy học phần kiến thức có lẽ chưa dễ dàng với giáo viên học sinh trường THPT chuyên Nguyên nhân khách quan hợp chất dùng làm dược chất nhiều, rộng lớn đa dạng Hệ tất yếu trình tổng hợp phong phú Các tập chuỗi tổng hợp dạng vừa yêu cầu học sinh phải nắm cực vững tất phản ứng theo nhóm chức, vừa vận dụng suy luận logic mức cao Nguyên nhân chủ quan học sinh chưa có đầy đủ kiến thức kĩ tổng hợp hữu Để khắc phục khó khăn học sinh việc tìm hiểu giải nội dung kiến thức tập phần tổng hợp dược chất, yêu cầu cấp bách đặt giáo viên việc trang bị, hệ thống hóa kiến thức, hồn thiện kĩ làm cho học sinh thời gian tương đối hạn hẹp II MÔ TẢ GIẢI PHÁP Mô tả giải pháp trước tạo sáng kiến Trước đây, phần kiến thức tổng hợp dược chất thường dạy rải rác nằm chuyên đề tương ứng nhóm chức hữu Phương pháp có ưu điểm giúp học sinh làm quen với kiến thức Tuy nhiên, nhược điểm lớn phương pháp thiếu tính hệ thống chuyên sâu Học sinh làm quen mà chưa trang bị mãnh mẽ đủ để vượt qua tập yêu cầu vận dụng cao Bên cạnh đó, phương pháp truyền thống nhắm xây dựng tập tổng hợp hữu trước thường dựa vào tập sẵn có sưu tầm sách đề thi cấp qua năm Phương pháp có hạn chế nguồn tài liệu bị giới hạn, hệ số lượng tập ít, không phong phú mức độ độ rộng kiến thức Học sinh gặp dễ bị tâm lý lúng túng xử lý Bên cạch đó, việc sửa chữa tập thành tập dẫn đến rủi ro sai đề khơng lường trước khơng tiên đốn kết thực nghiệm Mô tả giải pháp sau có sáng kiến Qua sáng kiến kinh nghiệm này, tập thể tác giả tổng hợp kinh nghiệm đề xuất phương pháp giảng dạy phù hợp, hiệu thời gian ngắn nhằm giúp học sinh giải dạng tập tổng hợp hóa dược kì thi HSG Quốc gia Quốc tế mơn Hóa học Với mục đích này, sáng kiến trình bày kinh nghiệm xây dựng hệ thống hướng dẫn định hướng để học sinh tự phát huy khả tự học, sáng tạo thân để chủ động nắm bắt kiến thức Đây điểm đột phá so với phương pháp dạy áp dụng trước cho phần kiến thức Cụ thể hệ thống nhiệm vụ đề giai đoạn, giáo viên hướng học sinh vào mục tiêu kiến thức cách chủ động, sáng tạo Bên cạnh đó, thơng qua việc tổng hợp lại kiến thức hướng dẫn học sinh tự học, giáo viên hướng dẫn học sinh giải hệ thống tập xây dựng cách hợp lý với mức độ khác từ nguồn tự liệu dễ kiếm phong phú mạng Cuối cùng, đề tài cung cấp phương pháp hợp lý để học sinh giáo viên trao đổi mở rộng kiến thức chuyên đề tổng hợp hóa dược nói riêng chuyên đề Hóa học nói chung Chun đề trình bày chi tiết phương pháp tiếp cận để giảng dạy phần tổng hợp dược chất Phần 1: Sẽ trình bày hệ thống câu hỏi dẫn dắt để học sinh tìm hiểu kiến thức chuẩn bị cần đạt, cần có để làm tập tổng hợp dược chất Phần 2: Sẽ trình bày phương pháp xây dựng đề tập từ chuỗi tổng hợp dược chất có sẵn báo khoa học Phần 3: Hệ thống hóa phần tập tổng hợp dược chất liên quan Phương pháp trao đổi thầy cô học sinh giúp mở rộng kiến thức Phương pháp học chuyên đề tổng hợp dược phẩm hữu áp dụng trực tiếp ba trường THPT chuyên khác bao gồm: trường THPT chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định, trường THPT chuyên Biên Hòa – Hà Nam trường THPT chuyên Lương Văn Tụy – Ninh Bình Phương pháp bước đầu đem lại kết rõ rệt Học sinh tiếp thu kiến thức khó, vận dụng để giải thành công tập kì thi HSG Quốc gia mơn Hóa học Quan trọng hơn, nắm phương pháp học nên em học sinh trở nên tự tin, chủ động với kiến thức, khơng cịn tâm lý e sợ học vẹt trước III HIỆU QUẢ DO SÁNG KIẾN ĐEM LẠI Hiệu kinh tế Mặc dù hiệu kinh tế trực tiếp sáng kiến khó đánh giá định lượng cụ thể, nhiên số lợi ích kinh tế trực tiếp sau: - Giảm thiểu việc mua phụ thuộc vào nguồn tài liệu tập bên cho giáo viên học sinh Đề tài phương pháp xây dựng tập nhiều cấp độ dựa nguồn tư liệu mở có sẵn mạng internet - Hạn chế bớt việc mời chuyên gia giáo sư để bổ túc phần kiến thức Giảm thiểu thời gian lớp giáo viên học sinh Bên cạnh đó, hiệu gián tiếp lâu dài mặt kinh tế nâng cao hiệu suất cơng việc giáo viên, giúp học sinh có hứng thú với môn học nghiên cứu khoa học… Hiệu mặt xã hội Trực tiếp nâng cao chất lượng bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi mơn Hóa học Quốc gia, khu vực Quốc tế Giúp học sinh tiếp cận kiến thức mẻ, thời sự, có phương pháp học tập đắn Các nghiên cứu khoa học đại đưa vào nhằm đem đến nhìn tổng quan cho học sinh mơn học nói riêng q trình nghiên cứu khoa học nói chung Giúp giáo viên bổ sung nâng cao kiến thức chuyên môn hiệu giảng dạy Khả áp dụng nhân rộng Đối tượng trọng tâm áp dụng sáng kiến kinh nghiệm học sinh giáo viên trường THPT chuyên, bồi dưỡng học sinh giỏi tham gia kì thi khu vực, quốc gia quốc tế mơn Hóa học Ngồi ra, sáng kiến dùng làm tài liệu cho học sinh THPT khối khoa học tự nhiên, sinh viên trường chuyên ngành hóa học u hóa học, có ý định tìm hiểu q trình tổng hợp dược chất Tổng hợp dược chất rộng lớn đa dạng, sáng kiến kinh nghiệm trọng lấy dược chất chứa dị vòng pyridin làm trung tâm để giới thiệu cho học sinh nghiên cứu học tập IV Cam kết không chép vi phạm quyền Tập thể tác giả cam kết: Sáng kiến kinh nghiệm mang tên “Xây dựng phương pháp học chuyên đề tổng hợp dược phẩm hữu cơ” sản phẩm tác giả rút từ kinh nghiệm giảng dạy thực tiễn, tuyệt đối không chép bất hợp pháp nội dung tài liệu công bố TÁC GIẢ SÁNG KIẾN NỘI DUNG I Tìm hiểu số dược chất chứa vịng pyridin Nhiệm vụ Các dược chất đóng vai trò quan trọng đời sống người Dị vòng pyridin, học phần kiến thức trước, thành phần phổ biến dược chất Hãy tìm hiểu liệt kê số dược chất có loại thuốc bán thị trường có chứa vịng piridin Một số loại thuốc phổ biến chứa vòng pyridin như: Pyridoxal phosphate: Thuốc bổ sung Vitamin B6 đóng vai trị coenzyme trình tổng hợp amino axit, nơron thần kinh,… Methyl nicotinate: Methyl nicotinate sử dụng hoạt chất làm chất bôi trơn định điều trị đau khớp Trong thú y, methyl nicotinate sử dụng để điều trị bệnh đường hô hấp, rối loạn mạch máu, viêm khớp dạng thấp đau khớp Phenazopyridine Phenazopyridine, gọi Pyridium, loại thuốc giảm đau đường tiết niệu sử dụng để điều trị ngắn hạn chứng kích ứng đường tiết niệu triệu chứng khó chịu liên quan nóng rát đau tiểu Isoniazid Tác nhân kháng khuẩn sử dụng chủ yếu làm thuốc chữa bệnh lao Betahistine Bệnh Ménière bệnh tiến triển tai trong, đặc trưng chóng mặt, ù tai giảm thính lực Nó có tác động đáng kể đến hoạt động thể chất xã hội cá nhân bị ảnh hưởng Betahistine loại thuốc chống viêm ruột giống histamine sử dụng để điều trị triệu chứng liên quan đến bệnh Ménière Chlorpheniramine Là chất kháng histamine H1 sử dụng phản ứng dị ứng, sốt cỏ khô, viêm mũi, mề đay hen suyễn Nó sử dụng ứng dụng thú y Một loại thuốc kháng histamin cổ điển sử dụng rộng rãi nhất, thường gây buồn ngủ an thần promethazine Ngồi tìm thấy nhiều loại dược chất khác có chứa vịng piridin II Các phương pháp tổng hợp vòng piridine Nhiệm vụ Hãy tìm hiểu phương pháp tổng hợp vịng piridine: chất đầu, chế phản ứng, phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm phương pháp Tổng hợp Chichibabin[1] a Lý thuyết Phương pháp tổng hợp vòng pyridin Chichibabin dựa vào phản ứng ngưng tụ hợp chất cacbonyl với amin Hình Tổng hợp Chichibabin tổng quát Phản ứng gồm bước sau: Hình Các bước tổng hợp Chichibabin b Luyện tập Giáo viên yêu cầu học sinh viết chế chi tiết cho phản ứng Chichibabin tổng quát tập nhắc lại kiến thức phản ứng ngưng tụ hợp chất cacbonyl Gợi ý Bài 14 Tazarotene (tên thương mại Tazorac, Avage, Zorac hay Fabior) tiền dược chất retinoid hệ thứ ba dùng điều trị bệnh vẩy nến, bệnh mụn trứng cá da bị tổn thương nắng Hoàn thành sơ đồ tổng hợp Tazarotene đây: Gợi ý Bài 15 Amlexanox (tên thương mại Aphthasol) chất điều hòa miễn dịch chống viêm sử dụng để điều trị loét miệng tái phát Viết chế cho phản ứng điều chế Amlexnox Gợi ý Bài 16 Hoàn thành sơ đồ điều chế Nevirapine (thuốc điều trị HIV) đây: Gợi ý Bài 17 Rosiglitazone (tên thương mại Avandia) thuốc trị đái tháo đường tổng hợp theo cách khác sau: Xác định cấu tạo chất chưa rõ sơ đồ Gợi ý: Bài 18 Hoàn thành sơ đồ tổng hợp Pioglitazone - thuốc chữa bệnh đái tháo đường – Gợi ý Bài 19 Clevidipine C21H23Cl2NO6 (tên thương mại Cleviprex) thuốc giảm huyết áp điều chế phương pháp Xác định cấu tạo chất chưa rõ sơ đồ Gợi ý Bài 20 Hoàn thành sơ đồ tổng hợp Dithiopyr - thuốc ngăn chặn cỏ dại: Gợi ý: Bài 21 Hoàn thành sơ đồ tổng hợp Flupyrsulfuron (F) – thuốc ngăn cỏ dại: Gợi ý: Bài 22 Fluridone thuốc ngăn chặn thực vật xâm lấn tổng hợp theo phương pháp sau: Xác định cấu tạo chất chưa rõ sơ đồ Gợi ý Bài 23 Hoàn thành sơ đồ tổng hợp Picolinafen - thuốc diệt cỏ: Gợi ý Bài 24 Từ 2-clo-5-metylpyridin; hydroquinon hợp chất mạch hở chứa không nguyên tử C, viết sơ đồ điều chế thuốc diệt cỏ fiuazifop-Pbutyl Gợi ý Bài 25 Enoxacin (E: C15H17FN4O3) chất chống vi khuẩn phổ rộng tổng hợp theo sơ đồ sau: Gợi ý Bài 26 Hoàn thành sơ đồ tổng hợp axit Oxolinic (O: C13H11NO5) (thuốc chống vi khuẩn Gram âm) đây: Gợi ý Bài 27 Cyclothiazomycin (C) peptit tự nhiên mang tính kháng khuẩn có cấu tạo sau: Thủy phân C dung dịch HCl 6M 110oC thu hợp chất phi amino axit axit saramycetic (S) axit X Biết X tổng hợp qua chuỗi phản ứng sau: Xác định cấu tạo A, B, C, X S Gợi ý KẾT LUẬN Sáng kiến trình bày phương pháp học chuyên đề khó dạy phần Hữu với học sinh chun Hóa trường THPT chun Thơng qua xây dựng tập tổng hợp hữu với mức độ khó khác cụ thể với đối tượng dược chất có chứa đơn vịng pyridin để minh họa cho phương pháp Do khả có hạn tác giả, sáng kiến khơng tránh khỏi khiếm khuyết định Ví dụ việc tham khảo nhiều nguồn tài liệu thời gian ngắn, tác giả không kịp chuyển dạng (format) công thức cấu tạo Tuy nhiên, sáng kiến thực tài liệu giảng dạy bồi dưỡng HSG trực tiếp tác giả Trong sáng kiến, tác giả cố gắng đưa dược chất mới, chưa sử dụng đề thi thức nhằm đóng góp vào phong phú nguồn tài liệu chung Việc sưu tập hệ thống hóa tập xuất nên không đưa lại đề thi HSG Quốc gia đề thi ICHO ý Chun đề có mục đích cao nhằm hướng dẫn học sinh tự xây dựng phương pháp giải tập tổng hợp hữu Phần xây dựng phần lớn dạng nhằm thiết thực phục vụ cho kì thi HSG Quốc gia Tuy vậy, tác giả mong q thầy sử dụng phương pháp phần để chuyển thành tập thích hợp cho đối tượng học sinh giai đoạn bồi dưỡng học sinh khác Về hướng pháp triển chuyên đề, quý thầy phân chia dược chất hữu làm phần sau: Tương tự chuyên đề trình bày với đơn vịng pyridin, xây dựng chuyên đề tương tự để hướng dẫn học sinh Cũng giống việc chia hợp chất hữu theo loại nhóm chức để dạy chuyên đề như: ankan, anken, ancol … việc chia dược chất làm nhiều nhóm giúp học sinh dễ dàng nắm bắt motif thơng dụng để tổng hợp nhóm Điều quan trọng để tránh việc xa đà vào tập riêng rẽ bị rơi vào ma trận mn vàn dược chất khơng thể nhìn thấy đường Trân trọng cảm ơn quý thầy cô quan tâm đọc chuyên đề! TÀI LIỆU THAM KHẢO Daniel Lednicer (2008), The Organic Chemistry Of Drug Synthesis, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey Malcolm Sainsbury (2001), Heterocyclic Chemisry, Royal Society of Chemistry Zerong Wang (2010), Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey Mark Bagley, Christian Glover, Eleanor Merritt (2007) The Bohlmann-Rahtz Pyridine Synthesis: From Discovery to Applications Synlett, 16, 2459-2482 Ha LD, Nguyen LTD, Le TM (2017) Synthesis and establishment of Amlodipine impurity G reference standard J App Pharm Sci, (10), 105-110 Jie Jack Li (2015), Top Drugs Their History, Pharmacology, and Syntheses, Oxford University Press, New York Böger Peter, Wakabayashi Ko, Hirai Kenji (2002), Herbicide Classes in Development Mode, Springer-Verlag Berlin Heidelberg Yet Larry (2018), Privileged structures in drug discovery medicinal chemistry and synthesis, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey Jie Jack Li (2010), Modern Drug Synthesis, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey 10 Douglas S Johnson, Jie Jack Li (2006), The Art of Drug Synthesis, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey 11 Daniel Lednicer (2008), Strategies for organic drug synthesis and design, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey 12 Ruben Vardanyan, Victor Hruby (2006), Synthesis of Essential Drugs, Elsevier Science, Amsterdam CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Sáng kiến kinh nghiệm “Xây dựng phương pháp học chuyên đề tổng hợp dược phẩm hữu cơ” trình bày quy cách Sáng kiến có tính mới, lần áp dụng đơn vị trường THPT chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định Sáng kiến bước đầu áp dụng trường THPT chuyên Biên Hòa – Hà Nam trường THPT chuyên Lương Văn Tụy – Ninh Bình Sáng kiến phù hợp áp dụng cho đối tượng giáo viên học sinh THPT chuyên lớp chuyên giảng dạy học tập mơn Hóa Sáng kiến có hiệu rõ rệt việc nâng cao chất lượng giảng dạy học tập: giúp giáo viên truyền tải kiến thức hiệu hơn, khơi gợi đam mê tìm hiểu học tập học sinh; giúp học sinh dễ dàng nắm bắt kiến thức cách chủ động hệ thống ... dụng sáng kiến kinh nghiệm học sinh giáo viên trường THPT chuyên, bồi dưỡng học sinh giỏi tham gia kì thi khu vực, quốc gia quốc tế mơn Hóa học Ngồi ra, sáng kiến dùng làm tài liệu cho học sinh THPT. .. Quốc tế mơn Hóa học Với mục đích này, sáng kiến trình bày kinh nghiệm xây dựng hệ thống hướng dẫn định hướng để học sinh tự phát huy khả tự học, sáng tạo thân để chủ động nắm bắt kiến thức Đây... ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Sáng kiến kinh nghiệm “Xây dựng phương pháp học chuyên đề tổng hợp dược phẩm hữu cơ” trình bày quy cách Sáng kiến có tính mới, lần áp dụng đơn vị trường THPT chuyên Lê