Tinh hoa hóa học hữu cơ 2

DA Tinhhoa HC2 1 2 Tinh hoa Olympic Hoá học Hữu cơ 2 1 Dẫn xuất threonine 4 2 Hợp chất hữu cơ gắn đồng vị 5 3 Dẫn xuất của pyrolle (1) 7 4 Hydrocarbon đa vòng 10 5 Chuỗi chuyển hoá (1) 13 6 Tổng hợp h.

1 Tinh hoa Olympic Hoá học: Hữu 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Dẫn xuất threonine Hợp chất hữu gắn đồng vị 5 Dẫn xuất pyrolle (1) Hydrocarbon đa vòng 10 Chuỗi chuyển hoá (1) 13 Tổng hợp hợp chất bicyclo (1) 15 Chuỗi chuyển hoá thiophene 17 Các phức chất zirconocene 20 Chuyển hoá số chất hữu đơn giản 22 Dẫn xuất pyrrole (2) 25 Chuyển hoá tổng hợp phosgene 27 Hợp chất Grignard 32 Hydrocarbon không no, hoạt động 37 Xúc tác phức kim loại 39 Hợp chất có cấu trúc kim cương 42 Hydrocarbon cấu trúc đối xứng 44 Aminoacid tự nhiên 46 Tổng hợp (-)-sordidin 48 Tổng hợp steroid 51 Tổng hợp loại kháng sinh nhân tạo 54 Tổng hợp (-)-curcuquinone 57 Tổng hợp coronene 61 Tổng hợp prostaglandin 66 Chuyển hoá terpene (1) 70 Chuỗi chuyển hoá (2) 71 Chuỗi chuyển hoá (3) 72 Tổng hợp malic acid 73 Tổng hợp adipic acid 74 Tổng hợp novocaine 75 Chuyển hoá urishiol 77 Chuyển hoá terpene (2) 78 Hoá học steroid 81 Chuyển hoá triopinic aicd 84 Thuốc giảm đau hạ sốt paracetamol 86 Phản ứng chuyển vị Favorskii 88 Tổng hợp hợp chất bicyclo (2) 92 Phản ứng chuyển vị sigmatropic 95 Một hợp chất “hoa mỹ” kỉ trước 98 Lồng đại phân tử 100 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Những hợp chất vòng nhỏ chống bệnh tiểu đường 104 Sử dụng lạm dụng hợp chất chứa nitrogen 106 Nước hoa Channel No.5 109 Bất đối mà khơng có tâm bất đối 112 Modafinil - Làm việc mà không buồn ngủ 114 Các hợp chất polyhydroxyl xiclohexanoid bất đối xứng 116 Cuộc săn tìm carbon phẳng 118 Tổng hợp Proline 120 Loại tảo chống bệnh ung thư 123 Kháng sinh Fortamin 126 Dẫn xuất nocaine 129 Dược chất LSD 132 Thuốc trừ sâu carbofuran 138 Thuốc điều trị sốt rét artemisinin 142 Tổng hợp harmala alkaloid 146 Tổng hợp physostigmine 149 Hoá học benzyne 151 Phức hai nhân kim loại chuyển tiếp 154 Tổng hợp twistane 157 Phản ứng hợp chất có nhóm amino 158 Phản ứng oxime 160 Dẫn xuất threonine Một dẫn xuất dimethyl threonine tổng hợp theo sơ đồ đây: 1) Xác định cấu trúc chất A – J sơ đồ viết sơ đồ phản ứng xảy 2) Ester thu có đồng phân lập thể ? Hãy vẽ cấu trúc đồng phân Hướng dẫn: 1) 2) Dẫn xuất dimethyl threonine có hai tâm bất đối có 22 = đồng phân lập thể: Hợp chất hữu gắn đồng vị Tổng hợp hợp chất hữu có gắn nguyên tố đồng vị tinh khiết vị trí xác định ln vấn đề quan trọng hoá học hữu Hãy đề nghị phương pháp để tổng hợp monodeuterobenzene C6H5D từ C6H5X, X = Br, NO2, COOH hay H 1) Viết sơ đồ phản ứng xảy 2) Cho biết yếu tố xác định tinh khiết sản phẩm đồng vị 3) Hãy viết sơ đồ phản ứng monodeuterobenzene acetyl chloride diện aluminum chloride Hướng dẫn: 1) Mặc dù nhìn chuyển hố trơng đơn giản C6H5X → C6H5D, lại khó để thu monodeuterobenzen giai đoạn Cách thức đơn giản từ benzoic acid: Muối natri trung gian thu nên tách loại dạng tinh khiết sấy khơ cẩn thận cách đun nóng Hai giai đoạn sau xảy tiến hành phản ứng với bromobenzene: Trong trường hợp nitrobenzene, ba giai đoạn sau xảy ra: Sự chuyển hoá trực tiếp benzene thành monodeuterobenzene thay electrophile H/D xảy Một hỗn hợp gồm mono- polydeuterated benzene tạo thành Trong trường hợp hợp này, cần tiến hành thông qua giai đoạn tạo thành dẫn xuất benzene, chẳng hạn, bromobenzene nitrobenzene: Sau đó, tiếp tục tiến hành phản ứng để thay X deuterium mô tả 2) Sự tinh khiết đồng vị C6H5D tuỳ thuộc vào tinh khiết đồng vị tác chất sau: NaOD (đối với C6H5COOH), D2O (đối với C6H5Br), DCl, D2O D3PO2 (đối với C6H5NO2) 3) Một hỗn hợp với bốn sản phẩm tạo thành từ acetyl hoá monodeuterobenzene: Dẫn xuất pyrolle (1) Hợp chất A B hợp chất quan trọng, chúng tồn nhiều cấu trúc hợp chất thiên nhiên, đặc biệt enzim Một phương pháp thuận lợi để tổng hợp A phịng thí nghiệm trình bày theo chuỗi chuyển hoá sau đây: DMF: đimetylfomamit Cho biết đun sôi hợp chất B với dung dịch formaldehyde diện axit p-toluensunfonic, sau sục khí O2 qua vịng vài giờ, thu hợp chất H có cơng thức phân tử C20H14N4 Phổ 1H NMR hợp chất chứa ba tín hiệu với tỉ lệ cường độ 4:2:1 Ngoài ra, xử lí hợp chất A với POCl3 + DMF, TiCl4 + Zn (phản ứng McMurry), sau sục khí O2 qua thu sản phẩm J có cơng thức phân tử H, kiện phổ 1H-NMR lại cho tín hiệu với tỉ lệ cường độ 2:2:2:1 1) Xác định cấu trúc hợp chất A – J 2) Giải thích điều chế G lại cần phải sử dụng tert-butyl pyrocarbonate (Boc2O) ? 3) Các trình động học nội phân tử liên phân tử hợp chất H J diễn chậm nhiệt độ 140K Hãy cho biết có nguyên tử nitrogen khác phân biệt phổ 15N NMR điều kiện Hướng dẫn: 1) Hợp chất A 2,2’-bipyrrole; B pyrrole 2) Trong phản ứng Boc2O sử dụng nhóm bảo vệ cho nguyên tử nitrogen pyrrole 3) H porphyrin Tại nhiệt độ thấp, tồn dạng đồng phân Điều có nghĩa H chứa hai loại nguyên tử nitrogen: -N= –NH- Chuyển hoá A dẫn đến tạo thành hợp chất vòng lớn J, porphycene J chưa bốn loại nguyên tử nitrogen không tương đương Ngay nhiệt độ thấp, tồn dạng hỗn hợp hai đồng phân, chúng có hai loại nguyên tử hydrogen Hydrocarbon đa vòng Năm 1992, nhà khoa học Đức điều chế hợp chất hữu D Heptacyclo[13.13.21.15.28.22.13.271.6.10.113.17120.40]hexatriaconta-1,3(33),6,8,10(34),13, 15,17(35),20,22,24(36),27-dodecaene Dưới trình bày sơ đồ tổng hợp hợp chất này: Cho biết D hợp chất có tính đối xứng cao có cơng thức đơn giản CH 1) Xác định cấu trúc hợp chất A, B, C D 2) Hãy giải thích phản ứng chuyển hoá A thành B, người ta lại thêm metanol vào dung môi tetrahiđrofuran 3) Dung dịch D tetrahidrofuran trộn với dung dịch bạc triflat (CF3SO3Ag) thấy tạo thành chất tinh thể màu trắng E, E có phần trăm nguyên tố C: 61,25%; H: 5%; Ag: 14,87% Xác định công thức phân tử E đề nghị cấu trúc hợp chất Hướng dẫn: 1) D điều chế từ chất C với công thức phân tử C36H36Br6 Vì đề nghị cơng thức phân tử D C36H36 Ngoài ra, sở độ bất bào hoà cao D, để giải thích cho sơ đồ phản ứng, kết luận D có bốn vịng benzene Tổng kết lại suy cơng thức D sau: 10 54.Tổng hợp harmala alkaloid Ayahuasca loại rượu ủ từ giống nho B cappi Loại rượu uống loại thuốc tinh thần nghi lễ Nam Mỹ Người ta trộn với có chứa DMT để có hiệu ứng khác đáng kể - hiệu ứng ảo giác N,Ndimethyltryptamine (DMT) hợp chất gây ảo giác thuộc họ tryptamin, có cấu trúc tương tự serotonin melatonin Một lưu ý thú vị dùng đường uống, DMT phân giải enzyme monoamine oxidase thơng qua q trình deamin hố nhanh chóng hoạt tính trừ liên kết với chất ức chế enzyme monoamine oxidase Harmala alkaloid chất ức chế monoamine oxidase Hai ba loại harmala alkaloid nghiên cứu nhiều loài nho B caapi harmine harmaline Dưới sơ đồng tổng hợp harmine harmaline: Gợi ý: anethole tồn đồng phân cis/trans; sản phẩm hợp chất thơm Rh2(O2CC3F7)4 sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng liên phân tử; hợp chất có tín hiệu rộng phổ IR (khoảng 3000 cm-1), hợp chất khơng có • Hãy xem xét phổ 1H NMR (được cho đây) nguyên liệu ban đầu – anethole Hãy vẽ phân tử, đánh dấu mũi tới proton đáinh dấu độ bội tín hiệu (s cho mũi đơn, d cho mũi đôi, dd cho mũi đơi đơi …) 146 • • • Đề nghị cách khác để tổng hợp p-anisaldehyde (hợp chất 2), sử dụng nguyên liệu ban đầu p-cresol (4-methylphenol) Cho biết tên quy trình tinh chế sử dụng để tách hỗn hợp sản phẩm Xác định công thức cấu tạo sản phẩm 1-10 12 DMT miệng chuyển hố theo hai cách khác Trong đường bị ảnh hưởng hoạt tính monoamine oxidase aldehyde dehydrogenase enzyme (MAO-ADH) Sản phẩm khác thu qua qui trình khác Dưới hai sản phẩm: • Hãy cho biết MAO-ADH enzyme diện đâu ? (A, B,cả hai khơng có) 147 Hướng dẫn: Câu trả lời dãy chuyển hoá B 148 55.Tổng hợp physostigmine Physostigmine ancaloit phân lập từ Châu Phi có khả đảo ngược trình ức chế hoạt động enzym acetylcholinesterase Nó dùng điều trị Alzeimer, tăng nhãn áp Nó ghi nhận có khả cải thiện trí nhớ ngắn hạn Hợp chất tổng hợp từ chất X: Bản thân chất X tổng hợp theo hai cách: Xác định cấu trúc chất chưa biết Cho biết tên phản ứng chuyển thành Bộ khung ba vòng Physostigmine tạo thành cho tryptamin phản ứng với S-adenosyl methionin (SAM) Hãy cho biết cấu trúc F phản ứng 149 Hướng dẫn: Phản ứng chuyển thành chuyển vị Claisen Cấu trúc F 150 56.Hoá học benzyne Benzyne tiểu phân trung gian thú vị có cấu trúc sau: Phổ IR cho thấy benzyne có dải hấp thụ nối ba 1846 cm-1 khác hẳn so với ankin thông thường khoảng 2100 cm-1 Từ cho biết liên kết ba benzyne khác biệt so với liên kết ba thông thường a) Dài b) Ngắn c) Bằng d) Không xác định Do khả phản ứng cao nên benzyne phải tạo thành chỗ (in situ) thường tác dụng base mạnh lên aryl halogenua Hoàn thành sơ đồ tổng hợp 3-brom-1-metoxybenzen sau đây: Khi tiến hành xử lý hợp chất có mặt lượng dư NaNH2/NH3 dẫn đến tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Hãy vẽ cấu trúc sản phẩm có Gần giáo sư Thomas Hoye đại học Minnesota (USA) tìm phản ứng Hexadehydro Diels-Alder (HDDA) cho ankin phản ứng với 1,3-diin qua đường [4+2] để tạo thành benzyne Hãy cho biết cấu trúc trung gian R phản ứng đây: Xác định cấu trúc chất chưa biết sơ đồ phản ứng sau: 151 Hướng dẫn 152 Có thể có hai sản phẩm I tạo thành I1 I2 153 57.Phức hai nhân kim loại chuyển tiếp Cách không lâu nhà hóa học phát minh lớp chất xúc tác mới, phức chất nhân kim loại chuyển tiếp, nguyên tử kim loại liên kết với qua cầu nối ngun tử nhóm halogen Ví dụ phức chất I xúc tác hiệu cho phản ứng oxy hóa rượu axeton có mặt K2CO3 A B kim loại chuyển tiếp Phức I tổng hợp theo sơ đồ sau: Hình đa diện tạo thành xung quanh nguyên tử kim loại B phức thuộc loại nào? Hợp chất I có phải chất hoạt động quang học không? Xác định kim loại A B, biết khối lượng mol phức I 1276.5 g/mol thành phần phần trăm clo II III khác 3.219 lần Liệu kim loại A B phức chất I có tuân theo quy tắc Sidgwick: kim loại nhóm d cấu trức phức chất có xu hướng tạo thành lớp vỏ 18 electron khí hiếm? Phức II có cấu tử 1,3,5-triethylbenzol Hãy đề nghị hai phương pháp điều chế 1,3,5-triethylbenzol từ chất có chứa khơng q ngun tử carbon (mỗi phương pháp có khơng q giai đoạn) Cấu tử phức III 2,3,4,5-tetraphenylcyclopentadienone, điều chế từ benzaldehyde ethyl phenylacetic, bước benzaldehyde chuyển hóa thành benzyl (1,2-diphenylethan-1,2-dione) Hãy đề nghị sơ đồ tổng hợp 2,3,4,5-tetraphenylcyclopentadienone từ chất Hướng dẫn Bát giác lệch Vì I khơng trùng với ảnh gương nên hợp chất hoạt động quang học Phức I không chứa yếu tố đối xứng (mặt phẳng, trục trung tâm đối xứng) Từ khối lượng mol phức I thu (MA+MB) = 204 Thành phần chlorine phức II 142/(466+2MB), phức III 71/(839+2MA) 154 Từ đó, Giải hệ phương trình thu MA = 103, MB = 101 Kim loại A – Rhodium, B – ruthenium Phức I эл = electron, выполняется = tuân thủ Ruthenium có số oxy hóa +2 (cấu hình electron 4d6) Mỗi số phối tử bao quanh nguyên tử ruthenium cho cặp electron không phân chia vào orbital chưa bị chiếm Giải thích tương tự cho rhodium: rhodium có số oxy hóa +1 (cấu hình electron 4d8) Ba nguyên tử chlorine xung quanh rhodium cho ba cặp electron không phân chia; liên kết đơi vịng cyclopentadiene cho electron π a) Cơ sở tất phương pháp tạo vịng benzene Benzene thu cách trimer hóa acetylene với xúc tác than hoạt tính Có thể thực giai đoạn thứ phương pháp khác – sử dụng xúc tác nikel NiX2 hỗn hợp với triphenylphosphine (phản ứng xảy nhiệt độ thấp đáng kể) Giai đoạn thứ hai – ethyl hóa theo Fridel-Crafts Cho dù phản ứng có độ chọn lọc kém, sản phẩm đồng phân 1,3,5bền nhiệt động nhóm ethyl xa b, c) Các phương pháp khác bao gồm tổng hợp butyne-1 từ acetylene trimer hóa (vẫn tạo thành đồng phân 1,2,4, nhiên đồng phân 1,3,5 chiếm ưu theo lý trên) hydrat hóa, tạo thành butanone-2, chất chuyển thành 1,3,5-triethylbenzene tác dụng H2SO4 Benzaldehyde tác dụng KCN chuyển thành sản phẩm ngưng tụ benzoin, sau oxy hóa thành 1,2-diphenylethan-1,2-dione Dễ thấy sản phẩm cuối thu từ dibenzylketone 1,2diphenylethan-1,2-dione phản ứng ngưng tụ croton 155 Tổng hợp dibenzylketone phức tạp hơn, tiền chất ethyl phenylacetate, giai đoạn chuyển hóa thành sản phẩm ngưng tụ ester Sau thủy phân ester decarboxyl hóa thu sản phẩm dibenzylketone 156 58.Tổng hợp twistane Dưới hai sơ đồ tổng hợp twistane (T) пиридин = Pyridine; ДМФА = DMF; атм = atm Hoàn thành sơ đồ phản ứng, viết cấu trúc chất trung gian A-N Twistane có phải hợp chất chiral? Nếu có, trung tâm bất đối cấu hình theo danh pháp R/S cấu trúc twistane sơ đồ tổng hợp Twistane có dẫn xuất monochloride? Dưới cấu trúc số đồng phân có tự nhiên twistane – (-)-β-pinene Chất có dẫn xuất monochloride? Viết cơng thức cấu tạo đồng phân twistane mà có 16 dẫn xuất monochloride (khơng tính đồng phân cấu hình) 157 59.Phản ứng hợp chất có nhóm amino Hợp chất có chứa nhóm amino (amine, hydrazine, hydroxylamine) có tính chất nucleophile đặc trưng: chúng phản ứng với alkyl halogenide, acyl chloride, hợp chất carbonyl Viết phản ứng N,N-dimethylhydrazine N-methylhydroxylamine với đương lượng methyl iodide, acetyl chloride acetone Phản ứng anhydride phthalic (A) với hydrazine tùy vào điều kiện tiến hành mà tạo thành đồng phân B C Hợp chất B nóng chảy đun sơi với nước vịng 15 phút chuyển hóa thành C; có mặt acid kiềm chuyển hóa tăng tốc Hợp chất B, khác với C, dễ dàng phản ứng với benzaldehyde, tạo thành sản phẩm ngưng tụ D Khi có mặt acid H2SO4 10% nóng D nhanh chóng chuyển hóa thành C Viết cấu trúc chất B, C, D Phản ứng chuyển hóa D thành C xảy hai giai đoạn Chỉ cấu trúc hợp chất tạo thành giai đoạn Hiệu suất sản phẩm B theo sơ đồ đạt 35-40% Về sau phương pháp khác điều chế B với hiệu suất tổng cộng lên đến 88%: Viết cấu trúc chất E, F G phản ứng F với cyclohexanone Oxy hóa B chì tetraacetate dung môi trơ (dichloromethane, symtetrachloroethane) tạo thành tiểu phân I có khả phản ứng mạnh Ở nhiệt độ phịng, vịng 10 phút I chuyển hóa gần hồn tồn thành G, cịn đun nóng thời gian dài (145oC, 19 giờ) tạo thành hỗn hợp phức tạp sản phẩm, có G (34%) J (12%) Trong phổ IR G J có dải hấp thụ dao động hóa trị 1670 cm-1 (G) 1855 cm-1 (J) Hợp chất J dung dịch SO2ClF có mặt acid FSO3H-SbF5 (5:1) tạo thành sản phẩm K Trong bảng liệu phổ NMR chất J K (s – singlet, m – multiplet, br.m – multiplet rộng) 158 Viết cấu trúc tiểu phân I, hợp chất J K Khi oxy hóa B chì tetraacetate có mặt hydrocarbon C8H8 (phổ 1HNMR chứa multiplet có trung tâm 5.22, 5.74, 6.69 ppm multiplet phức tạp vùng 7.1-7.5 ppm, tỉ lệ tương đối cường độ tín hiệu 1:1:1:5), thu kết sau: a) Thực phản ứng -30oC tạo thành chất L, chất nâng nhiệt độ lên nhiệt độ phòng đồng phân hóa hồn tồn thành M b) Nếu thực phản ứng 20oC vịng 10 phút tạo hỗn hợp hai sản phẩm, trình bảo quản chuyển hóa thành M Phổ 1H-NMR L M có dạng: có multiplet phức tạp vùng 77.5 ppm với cường độ tương đối ba multiplet có cường độ đơn vị: chất 2.97, 3.73 3.75 ppm; chất lại - 2.72, 2.86 3.52 ppm Viết cấu trúc chất L, M hydrocarbon C8H8 159 60.Phản ứng oxime Oxime aldehyde ketone có ý nghĩa to lớn tổng hợp hữu Bản thân oxime hợp chất trung gian tổng hợp công nghiệp polymer P, tạo thành từ monomer X Một vài phương pháp tổng hợp X cho sơ đồ sau: Hoàn thành sơ đồ tổng hợp X, viết cấu trúc cấu tạo A-F X Gọi tên polymer P Xử lý methylpropylketone hydroxylamine, sau đun nóng sản phẩm với acid sulfuric tạo thành hỗn hợp N-propylacetamide N-methylbutyramide với tỉ lệ 3:1 Xử lý tương tự isopropylmethylketone tạo thành hỗn hợp Y Z với tỉ lệ Y:Z = 7:1 Viết cấu trúc sản phẩm Y Z Đồng phần syn oxime đồng phân có nhóm OH vị trí cis so với nhóm có độ cấp thấp Khi đun nóng syn-oxime 4-methoxy-4’-nitrodibenzyl ketone với acid sulfuric đậm đặc tạo thành hỗn hợp đồng phân H I Tuy nhiên xử lý G n-toluolsulfochloride có mawj pyridine đun nóng sản phẩm tạo thành J với acid thu sản phẩm I Trái lại, xử lý J sodium ethoxide ngừng phản ứng HCl thi hydrochloride hợp chất K đồng phân H I Viết cấu trúc sản phẩm H, I K Cách khơng lâu người ta tìm phương pháp aryl hóa ketone vào vị trí α so với nhóm carbonyl Bằng cách 4-methoxy-4’-nitrodibenzylketone chuyển thành đồng phân 1-(4-methoxyphenyl)-3-(4-nitrophenyl)-3-phenylpropanone-2 (L) 1-(4-methoxyphenyl)-3-(4-nitrophenyl)-1-phenylpropanone-2 (M) Tiếp theo L M xử lý O-tosylhydroxylamine, sau đun nóng với acid Dữ liệu sắc kí phổ khối cho thấy từ hợp chất tạo thành hai sản phẩm có khối lượng ion phân tử 376; hai sản phẩm tạo thành từ chất cịn lại có khối lượng ion phân tử 214 162 Viết cấu trúc phân tử sản phẩm tạo thành từ L M 160 .. .Tinh hoa Olympic Hoá học: Hữu 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Dẫn xuất threonine Hợp chất hữu gắn đồng vị... Hydrocarbon đa vòng Năm 19 92, nhà khoa học Đức điều chế hợp chất hữu D Heptacyclo[13.13 .21 .15 .28 .22 .13 .27 1.6.10.113.17 120 .40]hexatriaconta-1,3(33),6,8,10(34),13, 15,17(35) ,20 ,22 ,24 (36) ,27 -dodecaene Dưới... thuộc vào chất tác nhân M(OC2H5)n M(OC2H5)n Tính bazơ NaOC2H5 Ca(OC2H5 )2 Mg(OC2H5 )2 Al(OC2H5)3 mạnh trung bình trung bình yếu Hàm lượng % I 6,8 7,1 81,6 II 50,33 32, 1 III 88,5 1) Xác định cấu