Chương3 CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỒNG PHÂN TRONG HÓA HỮU CƠ PAGE 167 Mục lục 7Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HOÁ HỌC HỮU CƠ 7Bài 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ 71 Khái niệm – đặc điểm – phân loại hợp chất hữu cơ 92 Phươ.
1 Mục lục Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HOÁ HỌC HỮU CƠ Bài ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ Bài ĐỒNG PHÂN TRONG HÓA HỮU CƠ 21 Bài HIỆU ỨNG ĐIỆN TỬ TRONG PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ 32 Bài PHẢN ỨNG HỮU CƠ 43 Chương II HYDRO CARBON 56 CHƯƠNG III HỢP CHẤT HỮU CƠ ĐƠN CHỨC – ĐA CHỨC 85 CHƯƠNG IV CÁC HỢP CHẤT TẠP CHỨC 151 CHƯƠNG V HỢP CHẤT DỊ VÒNG 182 CHƯƠNG VI HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN 191 TÀI LIỆU THAM KHẢO .231 LỜI NĨI ĐẦU Hố học hữu sở ngành hoá học trung gian hoá sinh, hoá dược Hoá học hữu khơng cịn mơn học mơ tả t trước đây, mà từ lâu trở thành môn học suy luận, vừa có lý thuyết vừa có thực nghiệm Mơn Hóa Hữu mơn học thuộc phần mô đun, môn học kỹ thuật sở làm tảng kiến thức cho việc học tập nghiên cứu mô đun, môn học chuyên nghành Dược Nhằm giúp cho sinh viên cao đẳng dược học tập tốt môn học này, nhóm giảng viên Khoa Dược – Trường Cao đẳng y tế Bình Thuận biên soạn giáo trình mơn học Hóa Hữu sở Chương trình chi tiết môn Tổng cục Dạy nghề - Bộ Lao động –Thương binh Xã hội phê duyệt Mặc dù tác giả có nhiều cố gắng, song khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận nhiều ý kiến đóng góp để giáo trình ngày hồn chỉnh Xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp! Nhóm tác giả Tên mơn học: HĨA HỮU CƠ Mã mơn học: MHCDDLT10 Số tín chỉ: / I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Hóa hữu mơn học bản, bắt buộc chương trình đào tạo ngành học Cao đẳng Dược, tiền đề cho môn học chuyên môn khác - Tính chất: Mơn học cung cấp kiến thức hóa hữu cơ, giúp sinh viên có kiến thức hợp chất hữu II Mục tiêu môn học: Học xong môn học này, Sinh viên có khả - Về kiến thức: + Trình bày kiến thức đặc điểm chung hợp chất hữu cơ, cách phân loại, cách thiết lập viết dạng công thức hợp chất hữu + Trình bày khái niệm dạng liên kết, dạng hiệu ứng phân tử chất hữu + Trình bày dạng chế phản ứng hóa học hóa hữu + Trình bày cách phân biệt, gọi tên, tính chất vật lý, hóa học cách điều chế, ứng dụng số hợp chất hữu cơ, dị vòng, hợp chất thiên nhiên thường gặp - Về kỹ năng: + Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu + Viết đồng đồng đẳng, đồng phân hợp chất hữu + Gọi tên hợp chất hữu theo hệ thống IUPAC tên thông thưởng hợp chất hữu thường gặp, thường sử dụng Y dược + Viết phương trình phản ứng, giải số toán cụ thể; + Sử dụng thành thạo dụng cụ phịng thực hành hóa hữu + Thao tác kỹ thuật để tiến hành số thí nghiệm hóa hữu - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Tự giác chuẩn bị bài, xem lại kiến thức học bậc THPT + Chủ động tìm tài liệu chất hữu thường gặp ngảnh Dược + Tích cực thảo luận, xây dựng bài, làm thí nghiệm Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HỐ HỌC HỮU CƠ Bài ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ MỤC TIÊU Trình bày khái niệm hợp chất hữu cơ, đặc điểm hợp chất hữu cơ, cách phân loại hợp chất hữu Nêu khái niệm lai hóa, trạng thái lai hóa Giải thích hình thành liên kết phân tử hợp chất hữu Trình bày sơ lược phương pháp tách biệt tinh chế hợp chất hữu Kể tên dạng công thức dùng hữu Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu NỘI DUNG Hiện hóa học hữu có vai trò quan trọng sống Các chất hữu có mặt khắp nơi, ngồi thể sống ta gặp chất hữu thực phẩm, dược phẩm, chất dẻo, chất phịng trừ dịch hại, chất kích thích tăng trưởng, nhiên liệu Khái niệm – đặc điểm – phân loại hợp chất hữu 1.1 Khái niệm hợp chất hữu hoá học hữu Carbon nguyên tố hoá học đặc biệt: nguyên tử C kết hợp với với nguyên tử nguyên tố khác tạo nên khoảng 10 triệu hợp chất khác Trong đó, ngun tố hố học cịn lại bảng tuần hồn tạo nên chừng triệu hợp chất không chứa Carbon Những hợp chất C (trừ CO, CO2, muối Carbonat, ) gọi hợp chất hữu Các hợp chất hữu (hay organic compound) lớp lớn hợp chất hóa học mà phân tử chúng có chứa Carbon Ngành hoá học chuyên nghiên cứu hợp chất hữu cơ, gọi ngành hoá học hữu 1.2 Đặc điểm Hợp chất hữu hợp chất chứa Carbon Hydro Liên kết hóa học phân tử hợp chất hữu chủ yếu liên kết cộng hoá trị Các hợp chất hữu thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp (dễ bay hơi) Phần lớn hợp chất hữu không tan nước, tan nhiều dung môi hữu Các hợp chất hữu thường bền với nhiệt dễ cháy Các hợp chất hữu có nguồn gốc từ tự nhiên phản ứng nhân tạo - Trong thiên nhiên, nguồn hợp chất hữu phong phú như: dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá (cung cấp nhựa than đá chứa H – C thơm, phenol, ), sản phẩm động - thực vật (cung cấp glucid, lipid, protein, ) - Trong phịng thí nghiệm cơng nghiệp, người ta tổng hợp hàng triệu hợp chất hữu khác nhau, xuất phát từ chất hữu vơ cơ, có nhiều sản phẩm cơng nghiệp sản xuất sở nguồn nguyên liệu thiên nhiên nêu 1.3 Phân loại hợp chất hữu Có thể phân loại hợp chất hữu theo hai cách sau đây: 1.3.1 Phân loại thành H – C dẫn xuất H – C H – C hợp chất hữu cấu tạo hai nguyên tố H C Các dẫn xuất H – C chứa phân tử C H mà cịn có ngun tố khác O, N, S, Nhóm chức nhóm nguyên tử (hoặc ngun tử) định tính chất hố học đặc trưng dãy hợp chất có loại nhóm chức phân tử (gọi chức hoá học) Khi phân tử có nhóm chức ta gọi hợp chất hữu đơn chức Thí dụ: C2H5OH, CH3CHO, CH3COOH, Khi phân tử có hai hay nhiều nhóm chức đồng ta gọi hợp chất hữu đa chức Thí dụ: (COOH)2, CH2OH – CHOH – CH2OH, Khi phân tử có hai hay nhiều nhóm chức khác ta gọi hợp chất hữu tạp chức Thí dụ: NH2CH2-COOH, CH2OH – (CHOH)4 – CHO, 1.3.2 Phân loại theo mạch C H – C dẫn xuất chúng phân loại theo mạch C (mạch hở, mạch vòng, mạch no, mạch không no, ) Các hợp chất hữu Hợp chất mạch hở Hợp chất mạch vòng (hợp chất vịng) (hợp chất khơng Hợp chất no vịng) Hợp chất khơng no (mạch C có LK đơn) Hợp chất đồng vịng (trong vịng có C) (mạch C có LK bội) Vòng no Hợp chất dị vòng (Trong vòng ngồi C cịn có O, N, S, ) Dị vịng no Vịng khơng no Vịng thơm Dị vịng khơng no Dị vòng thơm Sơ đồ phân loại hợp chất hydrocarbon dẫn xuất hydrocarrbon Phương pháp tách tinh chế hợp chất hữu Hầu hết chất thiên nhiên hay điều chế phòng thí nghiệm trạng thái hỗn hợp với thành phần khác Để khảo sát cấu trúc tính chất chất hữu thực nghiệm để sử dụng thực tiễn người ta phải tách chất khỏi hỗn hợp, nhằm tinh chế thành chất tinh khiết hay chất nguyên chất 2.1 Các phương pháp thông thường 1.1 Chiết Người ta dùng dung mơi thích hợp (như ether, benzen, nước, ) có khả hồ tan tốt chất hữu cần tách từ hỗn hợp lỏng rắn với chất khác sang dung dịch dung mơi Sau đuổi dung môi khỏi dung dịch ta thu chất cần tách Thí dụ: điều chế C6H5NH2 phương pháp khử C6H5NO2 có phần nhỏ anilin tan nước Để tách anilin khỏi nước, người ta cho ether vào lắc kĩ, anilin dễ tan ether nước chuyển sang ether Tách anilin/ether đuổi ether ta thu anilin Hiện có dụng cụ cho phép chiết liên tục 2.1.2 Kết tinh Phương pháp dựa vào khác độ tan chất (chủ yếu chất rắn) dung mơi thích hợp khác độ tan chất dung môi nhiệt độ khác Người ta hoà tan hỗn hợp rắn dung mơi thích hợp cách đun nóng lắc, sau lọc nóng để loại bỏ tạp chất khơng tan làm lạnh Khi chất tan tách trước dạng tinh thể lấy cách lọc Thí dụ: acid benzoic chất rắn tan nhiều nước nóng tan nước nguội Để tinh chế người ta đun acid nước để dung dịch bão hồ nóng, đem lọc nóng, để nguội tinh thể acid tinh khiết tách 2.1.3 Chưng cất Phương pháp dựa khác nhiệt độ sôi chất khác áp suất định Người ta dùng nhiệt (đun nóng) để chuyển hỗn hợp chất lỏng sang pha thu chất lỏng khoảng nhiệt độ thích hợp cách cho ngưng tụ Có ba kiểu chưng cất thông dụng: Chưng cất thường: Khi tách chất lỏng có nhiệt độ sơi khơng cao khỏi chất khác có nhiệt độ sơi khác xa ta chưng cất cách đơn giản gọi chưng cất thường Thí dụ, đun sơi nước sinh hoạt bình, nước bốc thành hơi, dẫn qua phận làm lạnh để nước ngưng tụ thành nước tinh khiết hơn, cịn lại bình chất khó bay Chưng cất phân đoạn: Phương pháp dùng tách hỗn hợp lỏng gồm chất có nhiệt độ sôi cách xa không nhiều lắm, nhờ dụng cụ gọi “cột cất phân đoạn” gắn liền lắp thêm vào bình chưng cất Chất có nhiệt độ sơi thấp bay trước ngưng tụ lấy riêng ra, đến chất có nhiệt độ sơi cao Thí dụ, hỗn hợp gồm benzen toluen bình có lắp cột cất phân đoạn, benzen bay thoát trước, sau đến toluen Đối với chất có nhiệt độ sôi cao dễ phân huỷ nhiệt độ sơi nó, người ta chưng cất áp suất thấp để hạ nhiệt độ sôi tránh phân huỷ Chưng cất cách cho lôi theo nước: Có chất hữu nhiệt độ sơi cao tan nước, song chưng cất dạng hỗn hợp với nước nhiệt độ sôi nước Cách tiến hành: cho dịng nước nóng qua hỗn hợp chất cần tách ra, nước làm cho vài thành phần hỗn hợp bay theo nước Thí dụ, chưng cất anilin, tinh dầu thực vật 2.2 Phương pháp sắc kí Nguyên tắc: hỗn hợp chất cần tách dung môi dùng làm pha động thể lỏng khí Pha động thường xuyên tiếp xúc với pha tĩnh chất rắn có diện tích bề mặt lớn, chất lỏng tráng lên bề mặt chất rắn, khiến cho thành phần hỗn hợp có tốc độ chuyển dịch khác tách khỏi 10 Phân loại: ta phân biệt hai loại sắc kí hấp phụ sắc kí phân bố 2.2.1 Sắc kí hấp phụ Dựa theo khác hệ số hấp phụ chất Pha tĩnh chất rắn, pha động chất lỏng chất khí Sắc kí hấp phụ có dạng sắc kí cột, sắc kí lớp mỏng, sắc kí khí 2.2.2 Sắc kí phân bố Pha tĩnh chất lỏng khơng hồ lẫn với pha động, chất lỏng bao bề mặt chất rắn gọi giá hay chất mang phải chất trơ, không tham gia vào sắc ký, pha động chất lỏng chất khí Sắc ký phân bố bao gồm sắc ký lỏng - lỏng sắc ký khí - lỏng Sắc kí phân bố sắc kí cột, sắc kí lớp mỏng, sắc kí khí Phân tích ngun tố thiết lập cơng thức phân tử 3.1 Phân tích định tính nguyên tố Phân tích định tính nguyên tố nhằm xác định loại nguyên tố có mặt hợp chất hữu Nguyên tắc chung chuyển nguyên tố hợp chất cần khảo sát thành chất vô đơn giản nhận sản phẩm dựa vào tính chất đặc trưng chúng 3.1.1 Xác định C H Đun nóng chất hữu với CuO (chất oxy hóa) để chuyển C thành CO H thành H2O, nhận biết CO2 nước vôi (tạo kết tủa trắng CaCO3) nhận biết H2O CuSO4 khan (màu trắng chuyển thành màu xanh CuSO4.5H2O) [C]hchc + 2CuO → CO2 + 2Cu [H]hchc + CuO + Cu → H2O 200 mạnh, [a]|SD =-138,5° Với FeCl3 có mặt H2SO4 đậm đặc cho màu xanh, cho thêm HNO3chuyển thành màu đỏ máu Codein có tác dụng tương tự morphin Chủ yếu dùng chữa ho giảm đau viêm phổi Alkaloid mạch thẳng Nhóm gổm alkaloid có ngun tử nitơ ngồi nhân Chất tiêu biểu nhóm colchamin colchicine Colchamin C21H25O5N Colchamin có tỏi độc nghẹo Colchamin chất bột kết tinh màu trắng hay vàng, nóng chảy 181- 182°C, [a]D = 125° Tan nước khoảng 1%, tan clorofoc, khó tan alcol aceton, khơng tan ether Colchicine: C22H25O6N Ít tan nước, tan nhiều rượu, benzen, cloroform; có tác dụng kích thích gây đột biến giống trồng 201 Terpen Terpen theo nghĩa hẹp tên gọi nhóm H – C đa số không no, thường gặp giới thực vật, tinh dầu thảo mộc (các tinh dầu thông, sả, cam, hoa hồng, ) Những H – C có cơng thức chung (C 5H8)n (n≥ 2) Mạch Carbon dù hở hay vòng, dường isopren C 5H8 kết hợp với theo kiểu “đầu nối với đuôi” tạo thành Các dẫn xuất chứa oxy terpen (alcol, aldehyd, ceton, ester, ) gọi terpenoid Terpenoit phổ biến loại tinh dầu thảo mộc thường có tầm quan trọng lớn H – C terpen Trong thực tế người ta thường dùng khái niệm “terpen” cho terpen thực thụ (H – C) terpenoit (dẫn xuất chứa oxy terpen) Terpen phân loại theo n sau: 226 n = monoterpen (hợp chất C10) n = sesquiterpen (hợp chất C15) n = diterpen (hợp chất C20) n = triterpen (hợp chất C30) Cao su thiên nhiên coi polyterpen cao phân tử 3.1 Monoterpen Monterpen có cấu trúc mạch hở mạch vịng (đơn vòng đa vòng) Chúng chất lỏng chất rắn có mùi thơm đặc trưng Monoterpen tham gia phản ứng nhóm chức (nếu có) phản ứng theo chế gốc H – C Sau số terpen quan trọng Hydrocarbon – terpen CH3 CH2 CH3 CH3 CH2 CH3 CH3 Miaxen CH3 CH2 CH3 Linomen (Tinh dầ u câ y nguyệ t quế ) (Tinh dầ u cam, chanh, thô ng) Alcol – terpen - Pinen (Tinh dầ u thô ng) 226 CH3 CH3 CH3 CH 2OH CH 2OH OH CH3 CH CH3 CH3 CH CH Xit ronelol Geraniol (Tinh dầ u hoa hồ ng, sả ) Metol (Tinh dầ u hoa hồ ng, sả ) (Tinh dầ u bạc hà ) Aldehyd ceton – terpen CH3 CH3 CH3 O CHO O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 (Tinh dầ u sả ) 3.2 Menton Campho Xitronelal CH3 (Tinh dầ u bạc hà ) (lô ng nã o) Các loại terpen khác Sesquiterpen (hợp chất C15): Có cấu trúc mạch hở mạch vòng: CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 - Cadinen CH3 CH3 CH3 Bisabolen CH3 CH3 CH2OH CH3 Fanesol Diterpen (hợp chất C20) Quan trọng C20H39OH (trong thành phần phân tử clorophin dạng ester) retinol hay vitamin A C20H29OH (trong dầu gan cá, lòng đỏ trứng, ) 226 CH3 - CH - CH2 - CH2 CH2 - CH - CH2 - CH2 CH3 CH3 CH2 - C = CH - CH2OH CH3 Phitol CH3 CH3 CH3 CH3 CH2OH CH3 Retinol Trong mắt người, nhờ có enzym thích hợp, retinol tham gia q trình chuyển hố qua lại (oxy hố, đồng phân hóa, ) với hai dạng aldehyd tương ứng polytrans-retinal 11-cis-retinal: CH3 CH3 CH3 CH3 CH2OH CH3 CH3 CH3 Politrans-Retinol CH3 CH3 CH3 CH3 11-cis-Retinol CHO Tetraterpen (hợp chất C40) Phổ biến số tetraterpen carotenoid Đó sắc tố có màu vàng đến đỏ, phổ biến giới thực vật (và động vật), bao gồm 60 chất, mà quan trọng licopen caroten Licopen C40H56 sắt tố màu đỏ củ cà chua: 226 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Licopenl Caroten C40H56 sắc tố màu da cam củ cà rốt, qủa gấc, có cấu trúc gần giống licopen, khác chỗ có hai vịng cạnh hai đầu Trong thiên nhiên có dạng caroten α−, β−, γ −; chúng khác vị trí nối đơi vịng Đồng phân β chiếm tỷ lệ cao (85%): CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Caropenl Caroten cịn gọi provitamin A tác dụng enzym carotenase có gan, phân tử caroten chuyển thành hai phân tử vitamin A Steroid Steroid hợp chất thiên nhiên, phân tử có chứa khung pehydro xiclopentanophenantren: C A D B Thuộc vào nhóm steroid sterol, acid mật, hormon sinh dục chất độc động thực vật Sterol thuộc nhóm alcol đa vịng, phổ biến thể động vật 226 thực vật Sterol động vật có chứa 27 nguyên tử C phân tử, cịn sterol thực vật có chứa 28 hay 29 nguyên tử Carbon phân tử Sterol quan trọng biến sớm cholesterol (cholestorin), C27H45OH Nó có hầu hết phận thể động vật, đặc biệt có lượng lớn tuỷ sống não: 21 CH3 22 26 24 25 18 CH3 20 CH3 23 27 19 CH3 CH3 13 16 14 15 10 HO 11 17 12 Cholesterol Cholesterol phân lập lần từ sỏi mật (1775) thành phần sỏi mật Cholestrol alcol bậc hai, kết tinh hình kim Ergosterol (ergosterin), C28H43OH phân lập từ nấm men Khi chiếu sáng tia tử ngoại, Ergosterol đồng phân hoá thành vitamin D hay canxipherol Trong phản ứng chuyển hoá này, vòng B Ergosterol bị mở liên kết C – C10, đồng thời tạo liên kết đôi nguyên tử C10 C19 21 CH3 18 CH3 22 25 20 CH3 26 24 23 CH3 CH3 CH3 27 19 CH3 HO 10 11 CH3 17 12 13 16 14 15 CH2 H H Ecgosterol CH3 HO Vitamin D2 Như Ergosterol provitamin D2 Vitamin D3 tạo thành từ 7dehydrochlesterrol Vitamin D có nhiều dầu gan cá, lịng đỏ trứng, Trong 226 nhóm vitamin D Vitamin D2 D3 quan trọng Vitamin D cần thiết cho người Thiếu vitamin D, trẻ em thường bị còi xương, người lớn bị nhuyễn xương Acid mật gồm nhóm acid có cấu tạo gần với sterol tách từ mật Thí dụ, acid cholic, deoxycholic, có mật người động vật có sừng Acid mật có vai trị sinh lý quan trọng, có khả làm dễ dàng cho q trình tiêu hố đồng hoá mỡ CH3 CH3 OH CH3 OH COOH COOH CH3 CH3 HO CH3 OH HO Axitcholic Axit dexicholic Các hormon steroid, phân lập từ tuyến sinh dục vỏ tuyến thượng thận; hormon có vai trị đặc biệt quan trọng, điều hồ q trình trao đổi chất, phát triển, sinh sản lão hoá Tuỳ thuộc vào tác dụng sinh học, người ta chia hormon steroid thành hormon sinh dục hormon coticoit Hormon sinh dục: phân lập từ tuyến sinh dục Hormon sinh dục nữ estron phân lập lần Butenan (Butenand – 1929), hormon sinh dục nam testosteron đựoc phân lập năm 1935 226 CH3 O CH3 OH CH3 H H HO O Estron Testosteron Việc phát triển hoá học steroid dẫn tới tổng hợp qui mô công nghiệp hệ steroid quan trọng 226 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng, 2002 Một số vấn đề chọn lọc hoá học Tập Nxb Giáo dục, Hà Nội PGS.TS Trương Thế Kỷ, Hóa hữu cơ, Đại học Y dược Thành phố Hồ Chí Minh, Nhà xuất Y học 2006 Trần Quốc Sơn Tài liệu giáo khoa chuyên Hoá học - Hoá học 11-12 Tập I Nxb Giáo dục, Hà Nội, 2001 Đặng Như Tại, Trần Quốc Sơn, 2001 Hoá học hữu Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Đặng Như Tại, 1998 Cơ sỏ hoá học lập thể Nxb Giáo dục, Hà Nội PGS TSKH Nguyễn Minh Thảo, 2001 Hoá học hợp chất dị vòng Nxb Giáo dục, Hà Nội ... mơn học: HĨA HỮU CƠ Mã mơn học: MHCDDLT10 Số tín chỉ: / I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Hóa hữu mơn học bản, bắt buộc chương trình đào tạo ngành học Cao đẳng Dược, tiền đề cho mơn học. .. Hố học hữu sở ngành hoá học trung gian hoá sinh, hố dược Hố học hữu khơng cịn môn học mô tả tuý trước đây, mà từ lâu trở thành môn học suy luận, vừa có lý thuyết vừa có thực nghiệm Mơn Hóa Hữu. .. hợp chất hóa học mà phân tử chúng có chứa Carbon Ngành hố học chuyên nghiên cứu hợp chất hữu cơ, gọi ngành hoá học hữu 6 1.2 Đặc điểm Hợp chất hữu hợp chất chứa Carbon Hydro Liên kết hóa học phân