DA Tinhhoa HC1 1 2 Tinh hoa Olympic Hoá học Hữu cơ 1 1 Xác định cấu trúc (1) 5 2 Tổng hợp hữu cơ (1) 6 3 Tổng hợp ciprofloxacin 8 4 Tổng hợp macmiror 10 5 Tổng hợp ibuprofen 11 6 Tổng hợp 2,3,4,5,6 pe.
Xác định cấu trúc (1)
Hợp chất hydrocarbon A có công thức phân tử C7H10, khi được hydrogen hóa với xúc tác sẽ tạo ra B (C7H14) A cũng phản ứng với nước dưới sự hiện diện của xúc tác HgSO4, tạo thành một ancol không có cấu trúc enol, nghĩa là không thể chuyển hóa thành ketone Ngoài ra, A phản ứng mạnh mẽ với KMnO4, dẫn đến sự hình thành hợp chất C với công thức cấu tạo đặc trưng.
Xác định công thức cấu tạo có thể có của A
Các công thức cấu tạo có thể có của A:
Tổng hợp hữu cơ (1)
Hợp chất C có công thức phân tử là C11H12O2 có thể được tổng hợp theo con đường sau:
Chuỗi tổng hợp trên là các ví dụ có liên quan đế ba phản ứng hữu cơ nổi tiếng sau đây:
Phản ứng I - Diels-Alder giữa một đien liên hợp và một anken hoặc ankin khi được đun nóng sẽ tạo ra các dẫn xuất của xiclohexen.
Phản ứng II - cộng đóng vòng [2+2] giữa hai phân tử olefin dưới ánh sáng tạo ra các dẫn xuất xiclobutan Nếu phân tử có vị trí thích hợp, hai liên kết –C=C– có thể tham gia vào quá trình đóng vòng [2+2] nội phân tử.
Phản ứng III: khử-ghép mạch (reductive coupling) các xeton sử dụng samari điiot làm tác nhân khử, dẫn đến việc hai phân tử xeton kết hợp để tạo thành một hợp chất điol.
Hãy cho biết công thức cấu tạo của các chất A, B và C, nếu có thể hãy trình bày rõ cấu trúc dạng không gian ba chiều của chúng
Cho biết những đặc điểm về “hoá học xanh” thể hiện qua chuỗi phản ứng trên là gì?
Công thức cấu tạo của các hợp chất A, B và C:
Trong chuỗi phản ứng, các nguyên tử trong hợp chất ban đầu tham gia tạo thành các trung gian A và B, tuân thủ nguyên lý "tiết kiệm nguyên tử" trong hóa học xanh Thêm vào đó, ba phản ứng tổng hợp hợp chất dạng khung C sử dụng nguyên liệu đầu vào ít tính và giảm thiểu phản ứng phụ, đáp ứng tiêu chí về hóa học môi trường.
Tổng hợp ciprofloxacin
Ciprofloxacin là một loại thuốc kháng sinh bán tổng hợp thuộc nhóm quinolone, có khả năng kháng khuẩn rộng và được biết đến như một chất ức chế ADN girase Thuốc hoạt động bằng cách ức chế enzyme ADN girase, ngăn cản sự sao chép của nhiễm sắc thể, từ đó làm giảm tốc độ sinh sản của vi khuẩn Ciprofloxacin hiệu quả đối với nhiều loại vi khuẩn kháng thuốc thuộc các nhóm khác như aminoglycoside, cephalosporin, tetracyclin và penicillin, và được coi là một trong những thuốc mạnh nhất trong nhóm fluoroquinolon.
• Xác định cấu trúc của các hợp chất A, B, D, E, F
• Tại sao khi chuyển hoá A thành B người ta phải sử dụng NaH, trong khi đó chuyển hoá B thành C lại dùng NaOC2H5 ?
• Phản ứng chuyển hoá từ C thành D gồm hai giai đoạn, hãy cho biết và giải thích ngắn gọn hai giai đoạn đó
Công thức cấu trạo các hợp chất A, B, D, E và F:
Do A là hợp chất carbonyl, tính acid của nguyên tử hydrogen trên carbon alpha kém, nên cần một base mạnh như NaH để loại bỏ hydrogen đó Ngược lại, B có hai nhóm carbonyl với khả năng rút điện tử mạnh hơn, làm cho hydrogen trên carbon alpha dễ bị loại bỏ hơn.
9 Phản ứng từ C tạo thành D qua hai giai đoạn là cộng – tách:
Tổng hợp macmiror
Dưới đây là sơ đồ tổng hợp một loại dược phẩm có tên gọi Macmiror:
Xác định cấu trúc của các hợp chất B, C và D
Gọi tên theo danh pháp các hợp chất B và D
Hợp chất CH3SH ở điều kiện nhiệt độ và áp suất phòng bình thường thì tồn tại trạng thái nào (rắn, lỏng hay khí) Tại sao ?
Công thức cấu tạo các chất B, C và D:
Tên gọi của B: 3-thiomethyl-1,2-epoxypropane hoặc methyl-2,3-epoxypropyl sulfide
Tên gọi của C: 2-hydroxy-3-thiomethylpropylhydrazine hoặc 1-thiomethyl-3- hydrazino-2-propanol
H2O và CH3OH tồn tại ở trạng thái lỏng nhờ vào sự hiện diện của liên kết hydrogen liên phân tử, trong khi H2S không có liên kết hydrogen nên tồn tại ở trạng thái khí Tương tự, CH3SH cũng không tạo được liên kết hydrogen, dẫn đến việc nó cũng ở trạng thái khí.
Tổng hợp ibuprofen
Năm 1997, công ty BHC đã cải tiến quy trình sản xuất ibuprofen, một loại dược phẩm quan trọng, và đạt giải thưởng hóa học xanh của Hoa Kỳ Dưới đây là các chuỗi chuyển hóa để tổng hợp ibuprofen.
Con đường tổng hợp cũ:
Con đường tổng hợp mới:
• Xác định công thức cấu tạo các hợp chất A, B, C và D
• Gọi tên theo danh pháp của ibuprofen
Công thức cấu tạo các hợp chất A, B, C và D:
Tên gọi theo danh pháp của ibuprofen: 2-(4-Isobutylphenyl)propionic acid hoặc 2-[4-(2-Methylpropyl)phenyl]propionic acid
Tổng hợp 2,3,4,5,6-pentaphenylbenzaldehyde
Hợp chất 2,3,4,5,6-phentaphenylbenzaldehyde với cấu trúc không gian đặc biệt là nguyên liệu phát huỳnh quang đỏ mới, đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp nhiều hợp chất phức tạp khác Quá trình tổng hợp của nó được thực hiện thông qua một chuỗi phản ứng cụ thể.
Hợp chất A được điều chế nhờ phản ứng:
Một nhà hóa học đã nghiên cứu tài liệu liên quan và sử dụng nguyên liệu có sẵn là anđehit cinnamic (F) để đề xuất một phương pháp tổng hợp 2,3,4,5,6-pentabenzealdehyde theo sơ đồ đã được trình bày.
Trong các phương trình trên p-TsOH, DMSO và TCQ tương ứng là axit p- toluensulfonic, đimetyl sulfoxit và cloranil
• Viết công thức phân tử của A
• Vẽ cấu trúc của các hợp chất A, C, E, G, H, I, J trong chuỗi tổng hợp trên
• Gọi tên hợp chất A và E
• Cho biết phản ứng tổng hợp C và A thuộc loại phản ứng gì ?
• Hãy cho biết mục đích của việc chuyển hoá F thành G ? Tại sao không sử dụng HCl khô thay vì p-TsOH)?
• Công thức phân tử của A: C29H20O
• Công thức cấu tạo các hợp chất A, C, E, G, H, I, J:
• Tên gọi theo danh pháp hợp chất A: tetraphenylcyclopentadienone hoặc 2, 3,
• Tên gọi theo danh pháp hợp chất E: dibenzyl ketone hoặc α, α'- diphenylacetone,1,3-diphenyl-2- propanone
• Phản ứng tổng hợp C: phản ứng Diels-Alder
• Phản ứng tổng hợp A: phản ứng ngưng tụ
• Mục đích chuyển hoá F thành G để bảo vệ nhóm aldehyde trong F Không sử dụng HCl vì HCl sẽ phản ứng với các ketone và aldehyde bất bão hoà
Hợp chất hướng dẫn sinh học
Ung thư, hay còn gọi là khối u ác tính, thường được điều trị bằng xạ trị hoặc hóa trị, nhưng các phương pháp này thường có tỷ lệ thuyên giảm bệnh thấp Gần đây, nghiên cứu đã chỉ ra rằng các “hợp chất hướng dẫn sinh học” (hay thuốc mục tiêu) có thể mang lại hy vọng mới Những hợp chất này có ái lực đặc biệt với các mô tế bào nhất định, giúp vận chuyển thuốc đến đúng vị trí tổn thương Nhờ đó, phương pháp này không chỉ có khả năng giảm bệnh tật mà còn giảm thiểu các tác dụng phụ không mong muốn.
(药物: thuốc, 导向载体: chất mang định hướng)
Các hợp chất chứa vòng porphine có khả năng tương tác mạnh mẽ với mô tế bào, khiến chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho việc phát triển chất mang chuyên chở Một nhóm nghiên cứu về cấu trúc vòng porphyrin đã thiết kế và tổng hợp thành công một tiền chất A, với mục tiêu sử dụng nó làm chất mang.
A được tổng hợp theo sơ đồ sau:
• Viết công thức cấu tạo của (B), (C) và (D)
• Hãy cho biết nhóm hydroxyl nào trong 5 nhóm của Beta-D-glucopyranose có hoạt tính cao nhất ? Xác định cấu hình tuyệt đối R, S tại C1 và C3
• D-galatose và D-glucose chỉ khác nhau cấu hình tại C4 Hãy vẽ công thức cấu tạo của alpha-D-galactopyranose
• Hợp chất A có thể được sử dụng như một chất hướng dẫn sinh học sau khi được thuỷ giải trong môi trường kiềm Giải thích ngắn gọn
Công thức cấu tạo của (B), (C) và (D):
Hemiacetal hydroxyl (glycosyl, hydroxy trên carbon C1) C1 có cấu hình R, C3 có cấu hình S
Công thức cấu tạo của A2D2 galactose:
Sau quá trình thủy phân trong môi trường kiềm, các phân tử đường sẽ có 4 nhóm hydroxyl, giúp tăng khả năng tạo liên kết hydrogen với nước Do đó, hợp chất này sẽ tan nhiều hơn trong nước sau khi thủy phân, tạo điều kiện thuận lợi để sử dụng làm chất mang.
Chuyển hoá ECH
Theo các báo cáo gần đây, nước tương của Trung Quốc đã bị cấm do chứa lượng lớn chloropropanol, một hợp chất clorua của glycerol hình thành khi glycerol bị thủy giải bằng acid HCl Chloropropanol cũng có thể xuất hiện trong quá trình lọc nước tương với nhựa trao đổi ion, khi sử dụng 1,2-epoxy-3-chloropropane (ECH) làm tác nhân gắn kết Sau khi thủy phân, ECH sẽ tạo ra chloropropanol, và hợp chất này cũng có thể phát sinh từ các vật liệu polymer dùng để đóng gói thực phẩm.
• Hãy viết các công thức chloropropanol có thể có dựa trên glycerol (đánh dấu sao vào nguyên tử carbon bất đối), và viết phản ứng thuỷ giải ECH
Hợp chất chloropropanol, với hai nhóm hydroxyl hoặc một nhóm hydroxyl và một nhóm clorua liên kết trên cùng một nguyên tử carbon, có tính bền vững kém và dễ dàng xảy ra phản ứng tách loại trong điều kiện bình thường Ví dụ, phản ứng tách loại có thể diễn ra như sau: 1) Khi chloropropanol phản ứng với base mạnh, nhóm clorua sẽ bị tách ra, tạo thành anion và sản phẩm mới 2) Trong môi trường axit, nhóm hydroxyl có thể mất nước, dẫn đến sự hình thành alkene.
Các công thức có thể có của chloropropanol và phản ứng thuỷ giải của ECH
Các phản ứng minh hoạ:
Xác định cấu trúc (2)
Phân tích nguyên tố của các hợp chất A và B cho thấy C chiếm 85.71% và H chiếm 14.29% về khối lượng, với khối lượng phân tử tương đối là 84 Ở nhiệt độ phòng, A và B có khả năng làm nhạt màu nước brom nhưng không làm mất màu dung dịch KMnO4 A phản ứng với HCl tạo ra 2,3-dimethyl-2-chlorobutane, và qua quá trình hydrogen hóa có xúc tác, thu được 2,3-dimethylbutane Tương tự, B phản ứng với HCl tạo thành 2-methyl-3-chloropentane, và sau khi hydrogen hóa có xúc tác, cũng cho ra 2,3-dimethylbutane.
• Xác định công thức cấu tạo của A và B
• Hãy viết tất cả các đồng phân có cùng khung carbocyclic như A và B, và viết sản phẩm phản ứng của các đồng phân đó với HCl
Công thức cấu tạo của A và B là:
Các đồng phân của A và B và sản phẩm với HCl tương ứng:
Tổng hợp thuốc chống co giật
Dưới đây là sơ đồ tổng hợp một hợp chất chống co giật E:
• Xác định công thức cấu tạo các hợp chất A, B, C, D, E
Các đồng phân lập thể của E có thể được xác định bằng cách sử dụng các ký hiệu trước chữ E để chỉ ra cấu hình lập thể của từng đồng phân Nếu giữa hai đồng phân có mối quan hệ đối quang, chúng ta sẽ sử dụng dấu gạch thẳng để phân biệt.
• Hãy vẽ một công thức cấu tạo của E và xác định rõ cấu hình tuyệt đối tại các nguyên tử carbon bất đối xứng:
Công thức cấu tạo các hợp chất A, B, C, D, E
E có 8 đồng phân lập thể
Một công thức cấu tạo của E và cấu hình tuyệt đối tại các nguyên tử carbon bất đối xứng
Nghiên cứu về phản ứng trùng hợp
Phản ứng trùng hợp là quá trình lắp ráp các phân tử, trong đó các thành phần kéo dài mạch kết nối với thành phần lõi để tạo thành đại phân tử có cấu trúc và khối lượng xác định Thành phần lõi có thể là các phân tử đơn chức hoặc đa chức tương đồng, trong khi thành phần kéo dài mạch là các phân tử nhỏ có một nhóm chức duy nhất có khả năng ngưng tụ với thành phần lõi Ví dụ, monoancol ROH có thể được sử dụng làm thành phần lõi trong phản ứng này.
H2NCH2CH2CN có thể đóng vai trò là thành phần kéo dài mạch Sơ đồ tổng hợp loại polime này như sau:
(l） ROH + CH2=CHCN → ROCH2CH2CN → ROCH2CH2COOH → ROCH2CH2COCl (2） ROCH2CH2COCl + H2NCH2CH2CN → ROCH2CH2CONHCH2CH2CN
Cuối cùng, phản ứng thủy giải và ester hóa tạo ra một loại polymer bền Để tăng khối lượng phân tử polymer, các thành phần lõi và thành phần kéo dài mạch đa hướng được sử dụng.
Chẳng hạn: Thành phần lõi hai hướng: (CH2OCH2CH2COCl)2
Thành phần kéo dài mạch hai hướng: HN(CH2CH2OCH2CH2CN)2
• Hãy viết công thức của polymer được tạo thành từ thành phần lõi hai hướng ngưng tụ 1 lần, 2 lần và n lần với thành phần kéo dài mạch đơn hướng
• Xác định các nguyên liệu thích hợp để điều chế thành phần kéo dài hai hướng sau: HN(CH2CH2OCH2CH2CN)2
Công thức polymer được hình thành từ các thành phần lõi (CH2OCH2CH2COCl)2 và HN(CH2CH2OCH2CH2CN)2 sau quá trình ngưng tụ lần 1 và lần 2 sẽ tạo ra một chuỗi polymer với cấu trúc phức tạp Sau lần ngưng tụ đầu tiên, các nhóm chức sẽ kết hợp với nhau, dẫn đến sự hình thành của các liên kết mới trong mạch polymer Tiếp theo, trong lần ngưng tụ thứ hai, cấu trúc polymer sẽ tiếp tục mở rộng, tạo ra một mạng lưới liên kết chặt chẽ hơn, góp phần tăng cường tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng.
• Hãy cho biết nghĩa của từ “kéo dài” trong thành phần kéo dài
Sự trùng hợp đa hướng yêu cầu các thành phần lõi và kéo dài phải có các nhóm chức hoàn toàn tương đồng về mặt hóa học để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của quá trình Glycerol có thể đóng vai trò là thành phần lõi, trong khi Beta-glucosamine có khả năng làm thành phần kéo dài trong phản ứng trùng hợp đa hướng.
Trong phản ứng trùng hợp đa hướng, khối lượng phân tử tăng nhanh chóng Hiện nay, việc kết hợp giữa thành phần lõi 4 hướng và thành phần kéo dài 3 hướng cho phép tạo ra polimer với trọng lượng phân tử lên tới 60604 Công thức cho thành phần lõi 4 hướng có thể là 1,3-butanediol, trong khi thành phần kéo dài 3 hướng có thể là trimethylolpropane Sơ đồ điều chế chúng từ các hợp chất hữu cơ đơn giản ( 3,77; b) < 3,77; c) = 3,77; d) không xác định
Xác định cấu trúc (10)
1 Phản ứng giữa aminoetanol và anhydrit axetic xảy ra theo sơ đồ sau:
Khi tiến hành phản ứng trong K2CO3 thu được một sản phẩm không vòng B
A có thể chuyển hóa thành B khi có sự tác động của K2CO3 a) B được xác định là sản phẩm cuối cùng của quá trình này b) HCl đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành A, trong khi K2CO3 là tác nhân thúc đẩy quá trình chuyển hóa A thành B c) A chuyển hóa thành B dưới tác dụng của K2CO3 do khả năng của K2CO3 trong việc tạo ra môi trường thích hợp cho phản ứng hóa học diễn ra.
2 C được tổng hợp bằng phản ứng dưới đây Tuy nhiên kết quả lại thu được một sản phẩm đồng phân
Xác định cấu trúc của D, E
F phản ứng với thionyl clorua trong môi trường pyridin/ete không tạo ra sản phẩm clo hóa, mà chỉ thu được hai hợp chất G và H có nối đôi Cần xác định cấu trúc của các chất G và H Về lý thuyết, phản ứng này có khả năng tạo ra một sản phẩm J, là đồng phân của một hợp chất nào đó.
G và H Cho biết cấu trúc của nó và giải thích tại sao nó không thể tạo thành
1 a) b) Trong sự tạo thành A HCl proton hóa amin khiến nguyên tử N mất tính nucleophin
Khi sử dụng base, nguyên tử nitơ (N) với tính chất nucleophin mạnh hơn oxy (O) sẽ tấn công để thu được sản phẩm B Dưới tác dụng của K2CO3, A sẽ chuyển thành B thông qua việc tạo ra nhóm amino tự do từ muối amoni của A Nhóm amin tự do này sẽ tấn công vào este, tạo ra một trung gian vòng 5 cạnh và cắt đứt liên kết C-O để hình thành lại A.
Không thể tạo thành J do không có H axial ở vị trí đó
Xác định cấu trúc (11)
1 Hai ancaloit dưới đây có thể chuyển hóa cho nhau qua trung gian A Khi đạt cân bằng thì tỉ lệ giữa vòng 5 và vòng 6 là 3/2 Hãy xác định A
2 Cho biết cấu trúc trung gian của phản ứng sau:
Chuỗi chuyển hoá (14)
Trung gian X là yếu tố quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Đề xuất cấu trúc cho các trung gian chưa biết trong cơ chế đã cho Ngoài ra, hãy xác định sản phẩm của phản ứng sau mà không cần giải thích cơ chế.
Chuỗi chuyển hoá (15)
Tiến hành nhiệt phân nhanh chân không (Flash vaccum pyrolysis = FVP) chất L thu được N đi qua trung gian M
Phản ứng này được ứng dụng để tổng hợp dược phẩm T từ O theo sơ đồ sau:
1 Xác định cấu trúc các chất chưa biết với lập thể chính xác
2 Cho biết N có tính thơm hay không
3 Vẽ cấu trúc trạng thái trung gian dẫn đến sự tạo thành R.
