HUYÊN ĐỀCHUYỂN vị TRONG hóa học hữu cơ

HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - - HỘI THẢO KHOA HỌC LẦN THỨ XIV MƠN HĨA HỌC CHUYÊN ĐỀ: CHUYỂN VỊ TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ Mục lục Trang A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài .4 B NỘI DUNG PHẦN I SƠ LƯỢC VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HỮU CƠ Sự phân cắt liên kết ở nguyên tử carbon Cơ chế số phản ứng thường gặp 2.1.Cơ chế phản ứng .6 2.1.1.Cơ chế phản ứng gốc tự ( SR ) 2.1.2 Cơ chế phản ứng thế electronphin ở vòng benzen ( 2.1.3 Cơ chế phản ứng thế nucleophin ( ) ) 2.2.Cơ chế phản ứng cộng 2.2.1 Cơ chế phản ứng cộng electrophin vào anken AE 2.2.2 Cơ chế phản ứng cộng gốc (AR ) 12 2.3 Cơ chế phản ứng tách (E) 13 2.3.1 Phản ứng tách HX: .13 2.3.2.Phản ứng tách nước 14 PHẦN II LÝ THUYẾT VỀ CHUYỂN VỊ TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ .16 Sự chuyển vị 1,2: 17 1.1 Sự chuyển vị 1,2 nucleophin 17 1.1.1 Sự chuyển vị đến nguyên tử cacbon .17 1.1.2 Sự chuyển vị đến nguyên tử oxi 23 1.1.3 Sự chuyển vị đến nguyên tử nitơ 24 1.2 Sự chuyển vị 1,2 electrophin 27 1.3 Sự chuyển vị 1,2 đồng ly 28 1.3.1 Chuyển vị aryl 1,2 28 1.3.2 Chuyển vị halogen 1,2 29 Sự chuyển vị từ nhóm vào vịng thơm .30 2.1 Sự chuyển vị từ nguyên tử oxi vào vòng thơm 30 2.2 Sự chuyển vị nguyên tử nitơ vào vòng thơm .33 2.2.1 Chuyển vị nhóm ankyl 33 2.2.2 Chuyển vị nguyên tử halogen 33 2.2.3 Chuyển vị nhóm aylazo 33 2.2.4 Chuyển vị nhóm nitrozo (chuyển vị Fisher – Hep) 34 2.2.5 Chuyển vị benziđin .34 Chuyển vị 1,3 .35 3.1 Chuyển vị xeto- enol (đồng phân hóa tautome xeto- enol) 35 3.2 Sự chuyển vị alylic: .36 PHẦN III BÀI TẬP XÂY DỰNG KỸ NĂNG 36 Dạng 1: Bài tập phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein 36 Dạng Bài tập chuyển vị pinacol – pincolone 45 Dạng Bài tập chuyển vị 1,2 nucleophin đến nguyên tử nitơ 46 PHẦN IV BÀI TẬP TỔNG HỢP VÀ NÂNG CAO 47 Dạng Bài tập kết hợp chế phản ứng kiến thức chuyển vị 47 Dạng Ứng dụng chuyển vị tổng hợp dược phẩm hữu 98 PHẦN V BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG KIẾN THỨC CHUYỂN VỊ TRONG ĐỀ THI HSGQG CÁC NĂM 106 C KẾT LUẬN Kết thực 141 Đề xuất, kiến nghị 141 Hướng phát triển đề tài 142 Tài liệu tham khảo .144 A MỞ ĐẦU 1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm qua, Đảng Nhà nước ta trọng đến công tác bồi dưỡng phát triển nhân tài Trong đó, việc phát bồi dưỡng học sinh có khiếu môn học bậc phổ thông bước khởi đầu quan trọng để xây dựng nguồn nhân tài tương lai cho đất nước Nhiệm vụ phải thực thường xuyên trình dạy học, bồi dưỡng học sinh giỏi qua kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp Trong trình bồi dưỡng học sinh giỏi, việc xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi quan trọng, trường THPT chuyên Trong năm gần hóa học hữu có bước phát triển vượt bậc nhờ thành tựu áp dụng phương pháp vật lý xác định cấu tạo phân tử, áp dụng học lượng tử vào hóa học thành tựu ngành hóa khác Hóa hữu phát triển hoàn chỉnh quan niệm lý thuyết cấu tạo phân tử chế phản ứng Những quan niệm sở lý thuyết thiếu hóa hữu nói chung chế phản ứng nói riêng Trong q trình nghiên cứu phản ứng hữu cơ, việc nắm vững chế phản ứng, loại chuyển vị hữu để giải thích q trình hình thành sản phẩm, hướng phản ứng yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng để điều khiển phản ứng theo hướng mong muốn vấn đề quan trọng Tuy nhiên, nhiều vấn đề phức tạp chế phản ứng, chuyển vị hữu gây không khó khăn cho việc giảng dạy giáo viên việc học tập học sinh Như vậy, để học tập có hiệu phần chế phản ứng hữu cơ, loại chuyển vị hữu điều cần thiết phải nắm vững phần liên kết hóa học; thấy mối liên quan phản ứng với nhận biết cách tương đối điều kiện xảy phản ứng Học sinh phải hiểu rõ độ bền tiểu phân trung gian để dự đốn sản phẩm phản ứng Đặc điểm phản ứng hợp chất hữu xảy nhiều giai đoạn, theo nhiều hướng, với phản ứng thu nhiều sản phẩm khác Việc nghiên cứu chế phản ứng; loại chuyển vị; xác định điều kiện phản ứng để thu sản phẩm theo nhu cầu vấn đề cần thiết Chúng ta thường khảo sát phản ứng hợp chất hữu sở nguyên tắc biến đổi cực tiểu cấu tạo, nghĩa thừa nhận phản ứng hóa học nhóm chức thay đổi, cịn phần gốc hiđrocacbon bảo tồn Ngun tắc tỏ đắn nhiều trường hợp, bổ ích việc xác định cấu trúc phân tử đường hóa học Tuy vậy, có trường hợp khơng theo nguyên tắc biến đổi cực tiểu cấu tạo Chẳng hạn, có phản ứng thế, nhóm vào phân tử lại khơng vào vị trí nhóm trước mà lại vào vị trí nguyên tử khác thường cạnh Sự chuyển dời nguyên tử hay nhóm nguyên tử từ vị trí sang vị trí khác mạch cacbon để tạo tiểu phân trung gian bền hơn, tượng gọi chuyển vị Phản ứng chuyển vị tượng tương đối phức tạp, hay gặp phản ứng hữu Vì việc tìm hiểu phản ứng chuyển vị vấn đề quan trọng viết chế phản ứng để xác định sản phẩm phản ứng Xuất phát từ thực trạng dạy học trường phổ thông việc bồi dưỡng học sinh giỏi cấp mơn Hóa học, chúng tơi thấy có số khó khăn như: - Trong chương trình học phổ thơng mơn Hóa chủ yếu kiến thức để phù hợp với nhiều đối tượng học sinh, xét tính chuyên sâu chưa đáp ứng Phần lớn học sinh học phần hóa hữu học lịng phản ứng cách máy móc, khơng hiểu rõ chất phản ứng gây khó khăn cho công tác giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học lớp 11,12 Trong q trình học hóa hữu cơ, học sinh phải nắm vững phần chế phản ứng, loại chuyển vị hiểu rõ chất phản ứng hướng tạo thành sản phẩm Nắm vững chế phản ứng, loại chuyển vị phần quan trọng hóa hữu Tài liệu dành riêng cho học sinh chuyên hóa cịn nhiều sơ sài, phần chuyển vị trình bày phần đọc thêm, khoảng cách xa so với nội dung chương trình thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp khu vực, cấp Quốc gia, đặc biệt Olympic Quốc tế Trong sách giáo khoa phổ thông tài liệu chuyên Hóa học vấn đề “Chuyển vị Hóa học hữu cơ” đề cập đến cách không đầy đủ, không sâu vào chất giáo viên học sinh bị lúng túng giải vấn đề đặt - Các tài liệu tham khảo nhiều song nội dung kiến thức chưa khái quát, nằm rải rác nhiều tài liệu khác nhau, không cho học sinh cách tiếp cận tốt với cách giải vấn đề “Chuyển vị hóa học hữu cơ”, không đáp ứng nội dung kiến thức để giảng dạy cho học sinh lớp chuyên Hóa bồi dưỡng cho học sinh giỏi thi Quốc gia, Quốc tế - Trong đề thi học sinh giỏi cấp năm gần đây, “Chuyển vị hóa học hữu cơ” thường dạng viết chế phản ứng tổng hợp hữu cơ, kết hợp nhiều phản ứng liên quan, nhiều phản ứng mang tính đại học sinh khơng nắm tốt chất phản ứng khơng thể làm Để có kết cao giảng dạy bồi dưỡng học sinh chuyên Hóa tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp, giáo viên tham gia giảng dạy cần không ngừng cập nhật nội dung kiến thức Là giáo viên dạy chuyên Hóa tham gia bồi dưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi, nghiên cứu, lựa chọn hệ thống hóa kiến thức “Chuyển vị hóa học hữu cơ” phù hợp với việc giảng dạy thân đồng nghiệp, đồng thời giúp cho học sinh có tài liệu đầy đủ “Chuyển vị hóa học hữu cơ” đáp ứng cho việc giảng dạy học tập cho đội tuyển học sinh giỏi mơn Hóa học, chúng tơi xin giới thiệu đề tài: “Chuyển vị hóa học hữu ” MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Góp phần nâng cao chất lượng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa Trường THPT chun; - Làm tài liệu tham khảo cho giáo viên tổ Hóa cung cấp thêm cho học sinh kênh thông tin tham khảo để góp phần nâng cao nội dung chế phản ứng, tượng chuyển vị hóa học hữu lớp11 lớp 12; - Giúp cho học sinh có kiến thức vững vàng, có ý thức tự học tìm tịi sáng tạo q trình học tập; - Trang bị hệ thống kiến thức em học sinh đạt kết cao kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp; - Nhằm nâng cao nghiệp vụ chuyên môn rút kinh nghiệm thân trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi; - Nhằm chung cấp cho học sinh giáo viên có hệ thống lí thuyết tập tượng chuyển vị hóa học hữu để phục vụ cho kỳ thi Học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp khu vực, cấp Quốc gia Quốc tế B NỘI DUNG PHẦN I SƠ LƯỢC VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HỮU CƠ Cơ chế phản ứng hóa học là toàn bộ các trạng thái xảy nối tiếp mà các chất phải qua để tạo thành sản phẩm Sự phân cắt liên kết ở nguyên tử carbon: Sự hình thành tác nhân phản ứng 1.1 Sự phân cắt liên kết C –X phân tử chất hữu có thể xảy theo kiểu khác nhau, tùy theo điều kiện phản ứng, đặc điểm của liên kết C – X: (1) (2) (3) - Kiểu (1) là dạng phân cắt đồng li, tạo gốc cabo tự Kiểu (2), (3) là dạng phân cắt dị li tạo cacbocation hoặc cacbanion - Các ion và gốc tự ở ngoài sự tạo thành sự phân cắt liên kết từ phân tử hữu chúng còn có thể tạo thành bằng cách cộng hợp ion hay gốc tự vào nới đơi 2.2 Dựa vào tính chất tác nhân phản ứng, người ta chia tác nhân phản ứng hữu thành loại: - Tác nhân electrophin: gồm cation, acid Lewis, nguyên tử (nhóm nguyên tử) có thiếu hụt electron - Tác nhân nucleophin: gồm anion, base Lewis, nguyên tử (nhóm nguyên tử) có cặp electron tự chưa tham gia liên kết Cơ chế số phản ứng thường gặp 2.1.Cơ chế phản ứng 2.1.1.Cơ chế phản ứng gốc tự ( SR ): Phản ứng halogen hóa ankan Ví dụ: Xét phản ứng clo hóa metan: Phản ứng xảy theo chế thế gốc tự (SR) Giai đoạn 1: Khơi mào phản ứng: Cl – Cl Cl + Cl Giai đoạn 2: Phát triển phản ứng: CH4 + Cl CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl Giai đoạn 3: Kết thúc phản ứng: Cl + Cl CH3 + CH3 Cl2 CH3 – CH3 CH3 + Cl CH3Cl Đối với các chất đồng đẳng (từ propan), halogen hóa (tỉ lệ 1:1) tạo những sản phẩm đồng phân của về vị trí của nguyên tử halogen với tỉ lệ khác là nhứng nguyên tử H ở những C có bậc khác có khả phản ứng khác và người ta rút được kết luận: nguyên tử H ở cacbon bậc càng cao thì khả thế càng lớn Tính chọn lọc tăng dần từ F đến Br, có nghĩa là mức độ chênh lệch về khả phản ứng phản ứng brom hóa rõ rệt clo hóa, và ít chênh lệch flo hóa 2.1.2 Cơ chế phản ứng thế electronphin ở vòng benzen ( ) -Khi xảy phản ứng, trước hết các phân tử A – X phân li thành tác nhân electronphin X+ - Tác nhân electronphin tấn công vào hệ electron của vòng benzen, phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn tạo nên những sản phẩm trung gian là phức và phức Trong phức , X+ liên kết vòng benzen bằng sự chuyển dịch phần mật độ electron của vòng benzen sang tác nhân X+, liên kết này rất yếu Trong phức liên kết giữa vòng benzen với X là liên kết cộng hóa trị, điện tích dương được phân bố bố ở nguyên tử C của vòng 2.1.3 Cơ chế phản ứng thế nucleophin ( ) Trong phân tử dẫn xuất halogen, ancol liên kết C –X bị phân cực về phía X đó liên kết C – X dễ bị phân cắt theo kiểu dị li Vì vậy phản ứng đặc trưng của liên kết C – X là dễ tham gia phản ứng với các tác nhân nucleophin là các ion hoặc các phân tử còn cặp electron Vd: C2H5 – Br + C2H5 – OH + (CH3)3C – Br + (CH3)3C – OH + Phản ứng thế nucleophin xảy theo kiểu sau: *Cơ chế phản ứng thế : phản ứng xảy qua giai đoạn, đó có sự tham gia đồng thời của tiểu phân là RX và tác nhân nucleophin, nhóm X và tác nhân Nu gắn vào diễn đồng thời qua trạng thái chuyển tiếp Có thể biểu diễn tổng quát Chất ban đầu trạng thái chuyển tiếp * Xét phản ứng: C2H5 – Br + sản phẩm C2H5 – OH + Chất ban đầu trạng thái chuyển tiếp Có thể mô tả dưới dạng lập thể sau: sản phẩm Chất ban đầu trạng thái chuyển tiếp sản phẩm Ở trạng thái chuyển tiếp, liên kết C – Br dần đứt đồng thời liên kết O – C cũng được hình thành cùng lúc đó Ta thấy chế xảy tạo sản phẩm quay cấu hình so với chất ban đầu * Cơ chế phản ứng : phản ứng xảy qua giai đoạn Giai đoạn 1: xảy chậm, RX phân li thành cacbocation và anion Giai đoạn 2: xảy nhanh, cacbocation kết hợp nhanh với tác nhân nucleophin tạo sản phẩm *Xét phản ứng:(CH3)3C – Br + (CH3)3C – OH + Giai đoạn 1: Giai đoạn 2: (tấn công cùng phía) Sản phẩm - Khả phản ứng : + HI > HBr > HCl + Ancol bậc > bậc > bậc1 Chú ý: Phản ứng thế nucleophin của RX có thể xảy theo SN1 hoặc SN2 thùy thuộc vào cấu trúc của gốc hiđrocacbon, nồng độ của tác nhân nucleophin - Gốc R: bậc của dẫn xuất halogen cao thì ưu tiên theo chế SN1 và ngược lại; - Tác nhận Nu: nồng độ Nu- càng lớn sẽ ưu tiên theo chế SN2 và ngược lại; - Cơ chế: SN2 ưu tiên với ancol bậc 1, thế SN1 ưu tiên với ancol bậc 3, bậc Trong các phản ứng đó ancol đóng vai trò base 2.2.Cơ chế phản ứng cộng : 2.2.1 Cơ chế phản ứng cộng electrophin vào anken AE: * Cơ chế chung: Phản ứng xảy qua giai đoạn - Giai đoạn 1: xảy chậm tạo cacbocation (giai đoạn định tốc độ phản ứng) - Giai đoạn 2: xảy nhanh: phần mang điện tích âm (của tác nhân hoặc của dung môi) sẽ tấn công vào cabocation vừa sinh để tạo thành sản phẩm - A, B có thể giống (Cl-Cl; Br-Br….) hoặc có thể khác ( H-Br; H-OH; HOSO3H…….) - Trong chế A, B không tác dụng đồng thời mà qua nhiều giai đoạn và giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng * Phản ứng cộng halogen Với Br2: Khi đến gần electron của nối đôi, phân tử Brom bị phân cực và tương tác với electron này tạo thành phức ( là phức với liên kết rất yếu sinh sự dịch chuyển một phân mật độ electron từ nối đôi sang Br mang điện tích dương) Phức này không bền sẽ chuyển thành cacbocation ankenbromoni (dạng vòng) O HO O O HIO4 AgNO3/NH3 O HOOC Ag2CO3 Br2, to HOOC HO O O Br Br LiAlH4 H3O+ CHO (E)-2-methylbut-2-enal Bài 24 (Đề thi HSG Quốc gia 2020) Cho chất sau: F Ph Ph N N COOEt O HN N O MeO P1 P2 Cl N N Gefinitib a Từ acetone, butandial, methylamine, EtOH EtONa, đề xuất sơ đồ tổng hợp hợp chất P1 b Từ naphtalene dẫn xuất khác benzene, đề xuất sơ đồ tổng hợp hợp chất P2 c Gefinitib sử dụng để bào chế thuốc trị ung thử phổi ung thư vú thơng qua tín hiệu thụ thể tăng trưởng biểu bì tế bào đích Từ 3-hydroxy-4methoxybenzaldehyde, benzene, morpholine hợp chất chứa không nguyên tử carbon, đề xuất sơ đồ tổng hợp gefinitib Hướng dẫn giải a Tổng hợp P1  Các tác nhân acetone, butandial, methylamine tác nhân vô đặc trưng cho phản ứng tổng hợp Tropinone qua Micheal – Mannich (Có đề cập chế B001 sách Cơ chế Nhật bản) 134 - Tropinone hợp chất vòng ketone cạnh, P1 dẫn xuất acid vòng cạnh Để thu hẹp vịng tạo thành acid nghĩ tới Chuyển vị Favorsky: - Sơ đồ tổng hợp đề xuất MeNH2 N N CHO O CHO Br Br2/AcOH HCl Br O O N EtONa/EtOH Favorsky COOEt b Tổng hợp P2 - Sơ đồ phân tích Tổng hợp ngược: Ph Ph N Ph Ph Ph FGI NH N NH2 135 - Sơ đồ tổng hợp đề xuất Ph HNO3/H2SO4 Sn/HCl NH2 Ph PhCOCH3, EtONa H2SO4 PhCHO Ph Ph NH N Ph Pd/C N c Tổng hợp gefinitib: - Gefinitib chia thành hợp phần nhỏ gồm: nhánh amine thơm, dị vòng, nhánh gắn với phenol F O HN N O Cl N MeO N Gefinitib - Công việc điều chế xếp hợp phần cho hợp lí + Nhánh amine: HNO3/H2SO4 Cl2/Fe Fe/HCl NH2 Ac2O HNO3/H2SO4 Fe/HCl NHAc H2N Cl Cl NHAc NaNO2/HCl Bu4NF NH2 H3O + F F Cl Cl + Phần dị vòng: HO MeO O Cl HNO3 Cl Cl O MeO CrO3/ H2SO4 Sn/HCl O NO2 136 SOCl2 NH3 HCOOH Cl O COOH MeO Cl O O NH2 NH MeO N + Hoàn thành: Cl O O NH MeO SOCl2 Morpholine O Cl N O N MeO N NH2 N F F O Cl HN N O MeO Cl N N Bài 25 (Đề thi HSG Quốc gia 2020) Vật liệu bán dẫn hữu tạo đột phá công nghệ chế bào linh kiện điện tử thiết bị đo xác Đề xuất sơ đồ tổng hợp chất bán dẫn hữu Y5 từ chất cho đây: C4H9 S O CHO C4H9 O CHO Cấu tạo Y5: C4H9 C4H9 S S C4H9 C4H9 Y5 Hướng dẫn giải 137 C4H9 C4H9 S C4H9 O + S O O KOH/EtOH CHO O C4H9 CHO S C4H9 C4H9 C4H9 C4H9 C4H9 C4H9 S S OH SnCl2/HCl HO NaNH2 S S C4H9 C4H9 C4H9 C4H9 Bài 26 (Đề thi HSG Quốc gia 2021) Cho cấu tạo hợp chất E Tryptamine: NH2 O N N N H O tryptamine E Hãy viết sơ đồ phản ứng tổng hợp Tryptamine hợp chất E từ hợp chất cho đây: MeI Me2NH HCHO EtOOC COOEt NH2 NO2 Hướng dẫn giải Tổng hợp Tryptamine: -Tryptamine dẫn xuất indole, ta cần phải chọn phương pháp tổng hợp Indole phù hợp trường hợp Từ 1-methyl-2-nitrobenzene diethyl oxalate, suy phương pháp tổng hợp theo phản ứng Reissert: 138 Reissert Indole Synthesis - Đề cung cấp cho Me2NH HCHO, cân nhắc sử dụng phản ứng Mannich + Sơ đồ phân tích tổng hợp ngược: NH2 Me2N CN FGI FGI N H N H N H retro Mannich N H retro Reissert Indole Synthesis N H NO2 + Sơ đồ tổng hợp đề xuất O (COOEt)2 EtONa/EtOH Zn/AcOH COOEt COOH N H NO2 NO2 Quinoline, to N H NMe2 N H + Me2NH + MeI HCHO to N H NH2 CN KCN N H LAH N H N H Tổng hợp E E hợp chất đối xứng, nên ta tổng hợp từ sang hai bên với phản ứng giống hệt - Sơ đồ phân tích Tổng hợp ngược: 139 MeI O O N Cl N Cl NHAc Cl AcHN Cl O O MeI O FGI Cl Cl Cl NHAc NHAc NH2 FGI AcHN - Sơ đồ tổng hợp đề xuất NH2 NHAc Ac2O AcONa NHAc NHAc HNO3/H2SO4 Sn/HCl Ac2O AcONa NH2 Cl2/FeCl3 KMnO4 COOH COCl SOCl2 Ac H3O+ Na2CO3, to HN Ac AlCl3 O N H NH O NHAc AcHN Cl Cl O NHAc H N O O N MeI N O Bài 27 (30th IchO – Melboune, Australia, 1998) Phản ứng chuyển vị kiểu Claisen cơng cụ thuận lợi cho nhà hóa học tổng hợp chất hữu Tuy nhiên, với học sinh phản ứng thường khó nhận biết địi hỏi suy nghĩ Một ví dụ điển hình phản ứng ghi đây: 140 Phản ứng chuyển vị kiểu Claisen công cụ thuận lợi cho nhà hóa học tổng hợp chất hữu Tuy nhiên với học sinh phản ứng thường khó nhận biết địi hỏi suy nghĩ Một ví dụ điển hình phản ứng ghi đây: Năm 1977 sesquiterpen furan (K) tách từ loại san hô mềm Australia Sinularia gonatodes Hợp chất có khả vơ hiệu hóa nọc độc ong kiện chất đơn giản lại phản ứng tác nhân chống viêm gây ý đáng kể đến nhà hóa học tổng hợp Một trình tổng hợp mơ tả Axit (A) este hóa với 2(-trimetylsilyl)etanol [Me 3SiH2CH2OH] xeto-este sinh khử cách chọn lọc nhóm cacbonyl xeton với NaBH 4/CeCl3 để tạo hợp chất B (C14H22O4Si) Xử lý B với 1,1,1-trimetoxyetan với có mặt vết (lượng nhỏ) axit khan nước tạo chất trung gian chuyển vị kiểu Claisen nung nóng để tạo chất C Phân tích phổ C cho thấy diện nhóm este trimetylsilyletyl nhóm este metyl a) Suy luận cấu tạo hợp chất B C chất trung gian dẫn đến C Khử C với liti bo hydrua tạo thành rượu bậc D (C 16H26O4Si) bị oxy hóa với pyridin clocromat chuyển thành F Phản ứng F với tác nhân Wittig G tạo thành hai đồng phân H I Sản phẩm H có hóa học lập thể E b) Nêu cấu tạo hợp chất D – I, cẩn thận để rõ hóa học lập thể xác đồng phân H I Phản ứng Wittig sau với ylid chuyển hóa từ metyl triphenylphotphoni iodua tạo thành J Chất sau cắt este trimetylsilyletyl với tetra-n-butyl amoniflorua tạo thành hợp chất mong muốn K c) Nêu cấu tạo để hoàn chỉnh sơ đồ q trình tổng hợp Hướng dẫn giải - Khơng cần quan tâm đến chế phản ứng câu hỏi có gợi ý cụ thể - Sự oxi hóa với pyridine clocromat đáng ý chỗ điều kiện khan nước rượu bậc bị oxi hóa thành andehit khơng tạo thành axit cacboxylic 141 - Sự chuyển đổi C thành D phải gồm có khử este metyl D cịn chứa silic Nếu este trimetylsilyletyl bị khử khơng cịn silic - Cuối cần lưu ý sử dụng cách kí hiệu cho tác nhân Wittig, nghĩa cấu tạo với liên kết đơi hình thức thay cấu tạo lưỡng cực thường dùng cho ylid Mặt khác tác nhân G cho phép làm tăng mạch cacbon andehit Các phản ứng xảy sau: Các sản phẩm trình trung gian Chất trung gian cho phản ứng chuyển vị kiểu Claisen C KẾT LUẬN 142 KẾT QUẢ THỰC TIỄN 1.1 Kết nghiên cứu đề tài Việc tìm hiểu hết phản ứng chuyển vị công việc khó khăn phức tạp, chúng tơi tìm hiểu số loại phản ứng chuyển vị thường gặp Trong đề tài đề cập đến chế loại phản ứng chuyển vị không đề cập đến mặt lập thể động học chúng Qua tìm hiểu loại chuyển vị hữu cơ, nhận thấy có tượng chuyển vị có nhiều ứng dụng quan trọng tổng hợp hữu cơ, đặc biệt phản ứng chuyển vị có thay đổi mạch carbon Sau một quá trình nghiên cứu, điểm đề tài thể bật vấn đề sau: - Hệ thống hóa lý thuyết chế phản ứng, chuyển vị hóa học hữu cho dễ hiểu khoa học nhất; - Đã biên soạn, sưu tầm, lựa chọn 126 tập phong phú, đa dạng mang tính logic từ mức độ dễ đến khó, minh họa cho vấn đề lý thuyết khó, vùng kiến thức ơn tập có trọng tâm đáp ứng yêu cầu thi học sinh giỏi cấp Quốc gia Quốc tế tất lĩnh vực: chế, dãy chuyển hóa, xây dựng dãy tổng hợp hợp lý; Bài tập mang tính hệ thống, logic, sáng tạo, gắn liền với khoa học thực tiễn, nhiều tập mang tính ứng dụng cao kích thích tư duy, sáng tạo người học; - Tổng hợp tập liên quan đề thi học sinh giỏi cấp: Khu vực, Quốc gia, Quốc tế năm gần Chuyên đề phù hợp với việc giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi trường chuyên, dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chuyên Hoá học tài liệu tham khảo cho thầy cô giáo bồi dưỡng học sinh giỏi Hố học bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập môn Hoá học 1.2 Kết thực nghiệm sư phạm Bằng cách tiếp cận kiến thức từ đến nâng cao, có kèm ví dụ minh họa cụ thể kèm áp dụng thực tế, nhận thấy học sinh chủ động nắm bắt kiến thức cách chắn hơn, sâu rộng hơn; kích thích phát huy khả tư duy, vận dụng tổng hợp kiến thức cách logic, say mê tự giác học tập, gợi mở óc tìm tịi sáng tạo khoa học Học sinh vận dụng tốt việc giải tập đề thi, góp phần nâng cao số lượng chất lượng học sinh đoạt giải kỳ thi học sinh giỏi cấp ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ Chuyên đề “Chuyển vị hóa học hữu” chuyên đề khó, sâu, rộng, sâu chất, tìm cách tiếp cận hợp lý vấn đề đơn giản Chuyên đề nguồn tài liệu tốt cho học sinh giỏi, giúp học sinh hiểu sâu chất 143 vấn đề, tiết kiệm nhiều thời gian việc tìm tài liệu tham khảo Trong trình thực đề tài, kinh nghiệm công tác giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp, mạnh dạn đưa kinh nghiệm thân: - Để học tập có hiệu phần chế phản ứng hữu cơ, chuyển vị hóa học hữu cơ, điều cần thiết phải nắm vững phần liên kết hóa học; thấy mối liên quan phản ứng với nhận biết điều kiện xảy phản ứng Học sinh phải hiểu rõ độ bền tiểu phân trung gian để dự đoán phản ứng xảy chuyển vị từ biết sản phẩm phản ứng Bỡi kết chuyển vị tạo tiểu phân trung gian bền - Khi xây dựng hệ thống lý thuyết chủ đạo chuyển vị hóa học hữu vấn đề lý thuyết phải đảm bảo tính xác, khoa học, tiếp cận đến nội dung học.Thường xuyên trau dồi, cập nhật kiến thức mới,biết thông tin loại phản ứng tìm Với loại phản ứng, cần hiểu thật rõ chất, chế phản ứng, lập thể phản ứng - Các tập đưa phải thật xác, khoa học, dựa tảng cơng trình khoa học công bố - Để xây dựng hệ thống tập tốt, thiết thực sử dụng hiệu địi hỏi giáo viên khơng phải nắm kiến thức lý thuyết cách vững mà phải giải qua đề thi học sinh giỏi hóa học cấp, có giáo viên có nhìn bao quát chương trình dạy, đồng thời biết dự đoán hướng đề thi học sinh giỏi cấp Từ chất lượng bồi dưỡng thực nâng cao - Dựa vào tượng chuyển vị giáo viên biên soạn riêng cho hệ thống tập bảo đảm chuẩn xác kiến thức, biến đổi để tập tương đương cho học sinh giải Từ tập giải, thay đổi kiện thành tập mới, khuyến khích, yêu cầu học sinh tự biến đổi thành tập Bài tập phải gắn liền Hoá học với thực tiễn, rèn luyện phát huy lực tự học học sinh, thường xuyên liên hệ với đời sống, sản xuất vận dụng vào thực tế Như vậy, học sinh vừa làm quen với phương pháp giải tập, vừa biết phương pháp áp dụng tình Từ đó, giúp học sinh hiểu sâu sắc q trình hố học giải tập dễ dàng xác hơn, tránh sai lầm đáng tiếc - Khi sử dụng tập để luyện tập, giáo viên hướng dẫn, giúp đỡ để học sinh giải tập cách tốt thời gian nhanh Giáo viên cần tôn trọng cách giải học sinh, yêu cầu em tìm nhiều cách giải khác chọn lựa cách giải tốt Điều giúp học sinh biết tự kiểm tra, đánh giá kết làm HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI Vì thời gian có hạn nên tiếp tục phát triển chuyên đề theo hướng bổ sung lý thuyết, tuyển chọn, biên soạn hệ thống tập theo chuyên đề hóa học cụ thể như: 144 - Tiếp tục xây dựng, bổ sung kiến thức lí thuyết chuyển vị hữu nhất; - Tiếp tục bổ sung cập nhật tập hay phong phú vào hệ thống tập viết chế phản ứng, tổng hợp dược phẩm hữu có liên quan đến kiến thức chuyển vị; - Tiếp tục nghiên cứu thêm sâu ứng dụng chuyển vị tổng hợp dược phẩm hữu Trong giai đoạn nay, nội dung kỳ thi học sinh giỏi với yêu cầu ngày cao, giáo viên dạy trường chuyên cần có đổi nội dung phương pháp đáp ứng yêu cầu đó, ln tiếp thu trau dồi kiến thức đặc biệt kiến thức phương pháp đại Chuyên đề hoàn thành thời gian ngắn nên cịn nhiều thiếu sót, chúng tơi mong nhận quan tâm và đóng góp ý kiến q thầy giáo để chun đề hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn! 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hóa học hữu tác giả Đặng Như Tại- Ngô Thị Thuận, tập 1,2, Nhà xuất giáo dục Việt Nam năm 2011 Hóa học lập thể tác giả Đỗ Đình Rãng, Nhà xuất Đại học Sư phạm năm 2009 Hóa học hợp chất thiên nhiên tác giả Phan Tống Sơn- Phan Minh Giang, tập 1,2, Nhà xuất Bản Khoa học Kỹ thuật năm 2016 Giáo trình sở lý thuyết Hóa hữu tác giả Thái Doãn Tĩnh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà nội năm 1999 Bài tập Hóa học hữu tác giả Ngô Thị Thuận, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Hóa học hữu tác giả Nguyễn Hữu Đĩnh- Đỗ Đình Rãng, tập 1,2,3, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 2010 Tài liệu chun Hóa học trung học phổ thơng tác giả Trần Quốc Sơn, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Bài tập -Tài liệu chuyên Hóa học trung học phổ thông tác giả Trần Quốc Sơn, tập 1,2, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 2016 Cơ sở Hóa học dị vịng tác giả Trần Quốc Sơn, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam năm 2010 10 Bài tập sở Hóa hữu tác giả Thái Doãn Tĩnh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà nội năm 2003 11 Modern Drug Synthesis- Jie Jack, Douglas S Johnson, Wiley-VCH , 2010 12 Bảng viết tắt công thức tác nhân thường gặp công dụng Viết tắt Tên Cấu tạo Công dụng AIBN Azobis(isobutyronitrin) Chất khơi mào để tạo gốc tự AcAxetyl CH3COAcCl, Ac2O: bảo vệ nhóm amin tạo este BBN 9Phản ứng vào nối đơi, sau Borabicyclo[3.3.1]nonane oxi hóa H2O2, để tạo nhóm OH ngược Maconhicop, phản ứng theo tỉ lệ 1:1 BnBenzyl PhCH2Nhóm benzyl, sử dụng để bảo vệ nhóm loại H2/Pd Bz- Benzoyl PhCO- BzCl: bảo vệ amin, loại bỏ 146 Cbz Benzyloxycacbonyl mCPBA m-cloperoxybenzoic axit DBN 1,5-diazabicyclo[4.3.0] non-5-ene DBU 1,8-diazabicyclo[5.4.0] undec-7-ene DCC Dicyclohexylcarbodiimide DMF N,N- Dimetylformamide Me2N-CHO DIBAL Diisobutylaluminum hydride Dimetylsulfoxide Me2S=O DMSO BnOOC- CF3COOH/AcOH CbzCl: bảo vệ amin, loại bỏ H2/Pd -Tác nhân phản ứng tạo epoxit, chuyển xeton thành este Là bazo, xúc tác cho phản ứng xảy điều kiện cần bazo, sinh axit Là bazo, xúc tác cho phản ứng xảy điều kiện cần bazo, sinh axit Xúc tác cho phản ứng axit ancol amin Tác nhân formyl hóa, dung mơi hữu Tác nhân khử, hoạt tính yếu LiAlH4 Thường dung mơi, có chất oxi hóa nhẹ Chất oxi hóa nhẹ DDQ 2,3-Dicloro-5,6-dicyano1,4- benzoquinon DHP Dihidropyran Chất bảo vệ nhóm-OH, tái tạo lại H3O+ LDA Liti diisopropylamide NBS N-bromsuccinimide Là bazo mạnh, xúc tác cho phản ứng cần tạo anion Chất tạo gốc Br, phản ứng thường allyl NCS N-closuccinimide Chất tạo gốc Cl, phản ứng thường vị trí allyl 147 Ms Methylsulfonyl PPA Polyphotphoric acid Sia2BH Disiamylborane TBAF TBHP tetrabutylamoniflorua Tertbutylhydroperoxide MeSO2- MsCl, chuyển nhóm -OH sang nhóm -OMs để dễ SN Xúc tác cho phản ứng tách H2O, phản ứng mơi trường axit Giống BBN Bu4NF t-BuOOH Loại nhóm chứa Silic Tạo gốc chất oxi hóa Bảo vệ nhóm -OH Bảo vệ nhóm -OH, kén chọn ancol bậc Axit mạnh, dùng loại nhóm bảo vệ Dung mơi không cực Giống Ms phản ứng mạnh Bảo vệ nhóm có H linh động ankin, ancol , loại NH4F TsCl: phản ứng nhóm -OH bậc hiệu ứng không gian TsOH axit mạnh TBS Tertbutyldimetylsilyl TBDPS Terbutyldiphenylsilyl Me2t-BuSiPh2t-BuSi- TFA Trifloroaxetic acid CF3COOH TFAA Tf tetrahidrofuran Triflometansulfonyl (CH2)4O CF3- SO2- TMS trimethylsilyl Me3Si- Ts p-Toluensulfonyl p-Me-C6H4-SO2- 148 ... liệu đầy đủ “Chuyển vị hóa học hữu cơ? ?? đáp ứng cho việc giảng dạy học tập cho đội tuyển học sinh giỏi mơn Hóa học, chúng tơi xin giới thiệu đề tài: “Chuyển vị hóa học hữu ” MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI... chuyển vị chủ yếu: - Chuyển vị 1,2: Là loại chuyển vị từ vị trí đến vị trí phân tử hợp chất hữu thuộc dãy no 16 - Chuyển vị từ nhóm vào vịng thơm dãy thơm - Chuyển vị 1,3: Là loại chuyển vị từ vị. .. khăn cho công tác giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học lớp 11,12 Trong q trình học hóa hữu cơ, học sinh phải nắm vững phần chế phản ứng, loại chuyển vị hiểu rõ chất phản ứng hướng tạo thành