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.

Dẫn xuất threonine

Một dẫn xuất dimethyl của threonine có thể được tổng hợp theo sơ đồ dưới đây:

1) Xác định cấu trúc các chất A – J trong sơ đồ trên và viết sơ đồ các phản ứng xảy ra

2) Ester thu được có bao nhiêu đồng phân lập thể ? Hãy vẽ cấu trúc của những đồng phân này

2) Dẫn xuất dimethyl của threonine có hai tâm bất đối và do đó có thể có 2 2 = 4 đồng phân lập thể:

Hợp chất hữu cơ gắn đồng vị

Tổng hợp các hợp chất hữu cơ có chứa đồng vị tinh khiết tại các vị trí xác định là một thách thức quan trọng trong hóa học hữu cơ Để tổng hợp monodeuterobenzene C6H5D từ C6H5X, với X = Br, có thể áp dụng phương pháp thay thế nucleophilic, trong đó brom được thay thế bằng deuterium thông qua phản ứng với deuteride kim loại, đảm bảo vị trí gắn deuterium được kiểm soát chính xác.

1) Viết sơ đồ các phản ứng xảy ra

2) Cho biết các yếu tố xác định sự tinh khiết của sản phẩm đồng vị

3) Hãy viết sơ đồ phản ứng giữa monodeuterobenzene và acetyl chloride trong sự hiện diện của aluminum chloride

Mặc dù quá trình chuyển hóa từ C6H5X sang C6H5D có vẻ đơn giản, nhưng việc thu được monodeuterobenzen trong một giai đoạn lại rất khó khăn Phương pháp dễ nhất để thực hiện điều này là bắt đầu từ axit benzoic.

Muối natri trung gian cần được tách ra ở dạng tinh khiết và sấy khô cẩn thận bằng phương pháp đun nóng Quá trình này bao gồm hai giai đoạn quan trọng khi thực hiện phản ứng với bromobenzene.

Trong trường hợp nitrobenzene, ba giai đoạn sau đây xảy ra:

Sự chuyển hoá trực tiếp benzene thành monodeuterobenzene thông qua thay thế electrophile H/D không khả thi, dẫn đến việc tạo ra hỗn hợp mono- và polydeuterated benzene Để thực hiện quá trình này, cần tiến hành qua giai đoạn tạo thành một dẫn xuất của benzene, chẳng hạn như bromobenzene hoặc nitrobenzene.

Sau đó, tiếp tục tiến hành các phản ứng để thay thế X bằng deuterium đã được mô tả ở trên

2) Sự tinh khiết đồng vị của C6H5D sẽ tuỳ thuộc vào sự tinh khiết đồng vị của các tác chất sau: NaOD (đối với C6H5COOH), D2O (đối với C6H5Br), và DCl,

D2O và D3PO2 (đối với C6H5NO2)

3) Một hỗn hợp với bốn sản phẩm được tạo thành từ sự acetyl hoá monodeuterobenzene:

Dẫn xuất của pyrolle (1)

Hợp chất A và B đóng vai trò quan trọng trong nhiều cấu trúc của hợp chất thiên nhiên, đặc biệt là enzim Một phương pháp hiệu quả để tổng hợp hợp chất A trong phòng thí nghiệm được mô tả qua chuỗi chuyển hoá dưới đây.

Khi đun sôi hợp chất B với dung dịch formaldehyde dưới sự hiện diện của axit p-toluensunfonic và sục khí O2 trong vài giờ, thu được hợp chất H có công thức phân tử C20H14N4 Phổ 1H NMR của hợp chất này cho thấy ba tín hiệu với tỷ lệ cường độ là 4:2:1.

Khi xử lý hợp chất A bằng POCl3 + DMF và TiCl4 + Zn theo phản ứng McMurry, sau đó sục khí O2, sản phẩm thu được là J có cùng công thức phân tử với H Tuy nhiên, dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm J cho thấy 4 tín hiệu với tỉ lệ cường độ 2:2:2:1.

1) Xác định cấu trúc các hợp chất A – J

2) Giải thích tại sao khi điều chế G lại cần phải sử dụng tert-butyl pyrocarbonate (Boc2O) ?

Tại nhiệt độ 140K, các quá trình động học nội phân tử và liên phân tử trong hợp chất H và J diễn ra rất chậm Do đó, số lượng nguyên tử nitrogen khác nhau có thể phân biệt trên phổ 15N NMR trong những điều kiện này sẽ được xác định dựa trên tính chất hóa học và cấu trúc của các hợp chất.

1) Hợp chất A là 2,2’-bipyrrole; B là pyrrole

2) Trong phản ứng này Boc2O được sử dụng như nhóm bảo vệ cho nguyên tử nitrogen của pyrrole

H là một loại porphyrin, và ở nhiệt độ thấp, nó chỉ tồn tại dưới dạng một đồng phân duy nhất Điều này cho thấy H chỉ chứa hai loại nguyên tử nitrogen là -N= và –NH-.

Chuyển hoá A sẽ dẫn đến sự tạo thành hợp chất vòng lớn J, porphycene

Có bốn loại nguyên tử nitrogen không tương đương nhau Ngay cả ở nhiệt độ thấp, nitrogen tồn tại dưới dạng hỗn hợp hai đồng phân, mỗi đồng phân đều có hai loại nguyên tử hydrogen.

Hydrocarbon đa vòng

Năm 1992, các nhà khoa học Đức đã điều chế được một hợp chất hữu cơ mới D

Heptacyclo[13.13.2 1.15 2 8.22 1 3.27 1 6.10 1 13.17 1 20.40 ]hexatriaconta-1,3(33),6,8,10(34),13, 15,17(35),20,22,24(36),27-dodecaene Dưới đây trình bày sơ đồ tổng hợp hợp chất này:

Cho biết rằng D là hợp chất có tính đối xứng cao và có công thức đơn giản nhất là CH

1) Xác định cấu trúc các hợp chất A, B, C và D

2) Hãy giải thích tại sao trong phản ứng chuyển hoá A thành B, người ta lại thêm metanol vào dung môi tetrahiđrofuran

3) Dung dịch D trong tetrahidrofuran được trộn với dung dịch bạc triflat

Chất CF3SO3Ag tạo ra một tinh thể màu trắng E, với thành phần các nguyên tố bao gồm C: 61,25%, H: 5% và Ag: 14,87% Dựa vào tỷ lệ phần trăm này, có thể xác định công thức phân tử của E và đề xuất cấu trúc cho hợp chất này.

D được điều chế từ chất C có công thức phân tử C36H36Br6, do đó công thức phân tử của D có thể là C36H36 Với độ bất bão hòa cao và sơ đồ phản ứng, D có ít nhất bốn vòng benzene Tóm lại, công thức của D có thể được xác định như sau:

Phân tích chuỗi phản ứng cho thấy, sự tương tác giữa chất ban đầu và N-bromosuccinimide dẫn đến sự thế nguyên tử hydrogen của vòng benzene bằng bromine Tiếp theo, phản ứng với triphenylphosphine thay thế bromine bằng nhóm triphenylphosphine, xác định cấu trúc của hợp chất A.

Bước tiếp theo trong quá trình tổng hợp là phản ứng của A với lithium methoxide và benzene-1,3,5-tricarbaldehyde, dẫn đến việc loại bỏ nhóm triphenylphosphonium từ công thức phân tử của B Sau đó, quá trình hydrogen hóa có xúc tác diễn ra, tạo ra sản phẩm có liên kết đôi Phản ứng này, kết hợp với sự mất nhóm triphenylphosphonium, được gọi là phản ứng Wittig Quá trình chuyển hóa từ B thành C bao gồm các bước: hydrogen hóa nối đôi, khử ester thành nhóm hydroxy, acyl hóa, và cuối cùng là thế nhóm acetoxy bằng ion bromine.

C được chuyển hoá thành D theo một cách cải tiến qua phản ứng Wurtz

Phản ứng Wittig là quá trình chuyển hoá từ A thành B, diễn ra dưới sự hiện diện của một base Trong trường hợp này, base được sử dụng là lithium methoxide, được điều chế từ lithium và methanol.

Hợp chất E chứa bạc, xác nhận rằng nó là phức chất của D với Ag+ Công thức phân tử của E được xác định là C36H36.CF3SO3Ag Mặc dù cấu trúc của E không thể được xác định rõ ràng từ các dữ liệu hiện có, nhưng có thể đề xuất một cấu trúc khả thi như hình dưới.

Chuỗi chuyển hoá (1)

Một dung dịch chứa iot và hợp chất A (C4H10O) phản ứng với dung dịch KOH, tạo ra chất cặn B có 96,7% iot về khối lượng Khi hỗn hợp hơi A và khí oxi được dẫn qua dây đồng nung nóng, hợp chất C (C4H8) được hình thành.

C tác dụng với vinylacetylene trong môi trường ete và có mặt KOH ở 0-5 độ C để tạo ra hợp chất D (C8H12O) Khi D phản ứng với dung dịch axit sunfuric, sản phẩm thu được sẽ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ axit, môi trường và nhiệt độ Cụ thể, xử lý D với dung dịch axit sunfuric 50% ở 60 độ C trong 4 giờ tạo ra hợp chất E (C8H10), tồn tại dưới dạng hỗn hợp đồng phân hình học E1 và E2 Nếu D được xử lý với dung dịch axit loãng trong acetone có HgSO4, sẽ hình thành hai đồng phân cấu trúc F và G (C8H12O), mỗi đồng phân có hai dạng đồng phân hình học tương ứng (F1, F2 và G1, G2) Ngoài ra, khi đun nóng D với dung dịch axit sunfuric 10% ở 60 độ C trong 6 giờ có mặt muối thủy ngân, hợp chất H (C8H14O2) được tạo ra Dữ kiện phổ IR của H cho thấy có vùng hấp thụ rộng tại các dao động C – H (3000~2800 cm -1), C – O (1200 cm -1) và C=O (1705 cm -1).

Xác định cấu trúc của các hợp chất A – N

Khối lượng phân tử của hợp chất B được tính là Mr = 127 x 0.033/0.967 = 4.33, tương ứng với một nguyên tử iodine Nếu hợp chất chứa ba nguyên tử iodine, khối lượng sẽ lớn hơn tổng khối lượng của các nguyên tử carbon và hydrogen, cụ thể là Mr(c+h) = 4.33 x 3 Điều này chỉ ra rằng công thức của B là CHI3 (iodoform) Phản ứng haloform là một phản ứng đặc trưng cho các hợp chất có nhóm RCH(OH)CH3 và RCOCH3.

Trong bảy đồng phân có thể có của C4H10O (4 alcohol và 3 ether), chỉ có butan- 2-ol tham gia vào phản ứng haloform

Oxi hoá butan-2-ol (hợp chất A) với đồng oxide tạo thành butan-2-one (chất C)

Phản ứng cộng các acetylene cuối mạch vào các hợp chất carbonyl có thể xảy ra dưới sự hiện diện của một base mạnh (phản ứng Favorsky)

Hợp chất D là một alcohol bậc 3, 3-methylhept-6-en-4-yn-3-ol

Muối thủy ngân là chất xúc tác quan trọng cho quá trình hydrate hóa alkyne trong môi trường acid, được biết đến với phản ứng Kucherov Trong phản ứng này, axit sulfuric đóng vai trò là xúc tác cho quá trình hydrate-dehydrate, dẫn đến sự hình thành alkene, alcohol và ether.

Quá trình chuyển hóa từ D thành E kèm theo sự mất nước tuân theo quy tắc Zaitsev, dẫn đến sự hình thành alkadienyne với các nối liên hợp Chất E được xác định là 6-methylhept-2,6-dien-4-yne, có khả năng tồn tại dưới dạng đồng phân cis-trans (hoặc E-Z).

Các chất D, F và G đều có thành phần cấu tạo giống nhau Muối thủy ngân đóng vai trò xúc tác trong phản ứng hydrate hóa, trong khi axit sulfuric có khả năng gây ra quá trình dehydrate hóa của alcohol bậc.

Sự dehydrate hoá dẫn đến sự hình thành nhóm –C(CH3)=CHCH3 theo quy tắc Zaitsev Khi thực hiện hydrate hoá một liên kết ba với sự có mặt của chất xúc tác, có hai hướng phản ứng có thể xảy ra.

Chất G là 3-methylhepta-2,6-diene-4-one (đồng phân Z/E); và F là 5- methylhepta-1,5-diene-3-one (đồng phân Z/E)

Quá trình chuyển hóa từ D thành H diễn ra qua các bước, bắt đầu bằng việc hình thành ketol và sau đó là sự dehyrate hoá, cho phép xác định cấu trúc của H Mặc dù sự chuyển hóa này thường liên quan đến việc cộng thêm nước, nhưng phổ IR của H không cho thấy dải hấp thụ đặc trưng cho nhóm OH (3100-3300 cm -1) Điều này gợi ý rằng ketol Z có thể là một chất trung gian được tạo ra nhờ sự hoạt hoá nối đội bằng nhóm carbonyl Cuối cùng, phản ứng vòng hoá có sự xúc tác của acid dẫn đến sự hình thành H, với cấu trúc phù hợp với các yêu cầu của phổ IR.

Tổng hợp hợp chất bicyclo (1)

Vào những năm 1960, Viện nghiên cứu hóa học hữu cơ của Đại học Cologne đã phát triển một phương pháp tổng hợp hợp chất E từ nguyên liệu ban đầu là naphtalen.

Hợp chất D tồn tại dưới dạng hỗn hợp các đồng phân, trong khi hợp chất B cho thấy hai loại tín hiệu trên phổ 1 H-NMR Đặc biệt, hợp chất E có ba loại tín hiệu, trong đó có một tín hiệu tại -0,45 ppm.

1) Hoàn thành chuỗi phản ứng trên, xác định cấu trúc các hợp chất A – E

2) Xác định số đồng phân của hợp chất D được tạo thành trong phản ứng C ®

D Hãy vẽ các đồng phân đó

3) Gọi tên hợp chất E theo danh pháp IUPAC

Đối với hợp chất E, cần xác định vị trí tương đối của hai tín hiệu proton còn lại trong phổ 1H NMR với độ chính xác ± 1 ppm, cùng với tỉ lệ cường độ tích phân của ba tín hiệu.

5) Dựa trên dữ kiện phổ NMR, hãy đưa ra kết luận về cấu trúc electron và khả năng phản ứng trong hợp chất E

2) Hợp chất D được tạo thành dưới dạng hỗn hợp hai đồng phân dia D1 và D2, cả hai đều ở dạng racemic

3) Bicyclo[4.4.1]undeca-1,3,5,7,9-pentaene; những tên khác: 1,6- methano[10]annulene và bicyclo[4.4.1]undecapentaene

Tín hiệu dịch chuyển về bên phải (-0.45 ppm) của các proton methylene tại carbon đầu câu cho thấy rằng các nguyên tử hydrogen này nằm trên mặt phẳng của hệ pi vòng thơm.

Dòng hình khuyên dưới ảnh hưởng của từ trường ngoài liên quan đến hai tín hiệu khác nhau từ hai loại proton trong các nguyên tử carbon bất bão hoà (sp2) Các tín hiệu này xuất hiện ở vùng 7.0±1 ppm, với giá trị chính xác là 7.08 ppm và 7.41 ppm Tỉ lệ cường độ của các tín hiệu này là 1:2:2.

Dựa trên dữ kiện phổ 1 H NMR, cấu trúc chính xác của E được xác định là E2, với 5 nối đôi liên hợp tạo thành hệ thơm có 10 electron p Cấu trúc này tuân thủ quy tắc Huckel 4n + 2 (n = 2) cho các hệ phẳng Mặc dù có một cầu methylene giữa vị trí số 1 và 6, điều này không làm méo mó quá nhiều tính phẳng của vòng và hệ liên hợp giữa các liên kết.

Chuỗi chuyển hoá của thiophene

Hơn một thế kỉ trước, nhà hoá học người Đức Victor Meyer đã phát hiện ra hợp chất hoá học X trong quá trình thí nghiệm Ông nhận thấy rằng benzen không tạo màu xanh đậm khi kết hợp với isatin và axit sunfuric, trái ngược với quan niệm trước đây về tính chất của benzen Điều này cho thấy benzen tổng hợp, khác với benzen thu được từ nhiệt phân nhựa than đá, có khả năng phản ứng với isatin do sự hiện diện của tạp chất.

Khi xử lý 2000 lít benzen với axit sunfuric đậm đặc, V Meyer đã thu được khoảng 2 kg một dẫn xuất axit sunfonic, chất lỏng không màu X với nhiệt độ sôi 83°C Ông đã xem xét nhiều tên gọi cho hợp chất này như violene, indogene, cryptan, thiol và indophene, nhưng cuối cùng đã chọn một tên gọi phản ánh bản chất của X, tên gọi này vẫn được sử dụng cho đến nay.

Khi hợp chất X phản ứng với một đương lượng brom, tạo ra hợp chất A Ngược lại, khi X tương tác với ba đương lượng brom, thu được hợp chất B có công thức C4HBr3S, hợp chất này phản ứng với kẽm trong axit axetic để hình thành hợp chất C Ngoài ra, hợp chất C cũng có thể được thu nhận khi xử lý A với NaNH2 trong NH3 lỏng.

Hợp chất X có khả năng bị oxi hóa, tạo ra sản phẩm không bền D với công thức C4H4SO2 Sản phẩm D phản ứng với dimethylaminofulvene, dẫn đến việc hình thành sản phẩm E màu tím đậm có công thức C10H8 và nhiệt độ sôi 99 °C.

1) Cho biết tên và công thức cấu tạo của hợp chất X

2) Hãy cho biết chuyển hoá nào xảy ra khi cho X tác dụng với dung dịch axit sunfuric

3) Làm thế nào có thể tiến hành chuyển hoá Y thành X ?

4) Giải thích các chuyển hoá xảy ra và xác định cấu trúc các hợp chất A, B, C ?

5) Xác định cấu trúc của D và cho biết nguyên nhân về tính bền của hợp chất này

6) Xác định cấu trúc của E

7) Phản ứng giữa D và dimethylaminofulvene đã xảy ra như thế nào ?

To eliminate the contamination of thiophene from benzene, the mixture is shaken with concentrated sulfuric acid This process results in the sulfonation of thiophene, producing a solution of 2-thiophenesulfonic acid.

3) Phản ứng ngược lại xảy ra khi cho hợp chất sulfonic acid tác dụng với dung dịch acid loãng:

Quá trình brom hóa thiophene với một đương lượng bromine tạo ra 2-bromothiophene (chất A), trong khi khi sử dụng ba đương lượng bromine, sản phẩm thu được là 2,3,5-tribromothiophene (chất B).

Nguyên tử bromo ở vị trí 2 và 5 có tính phản ứng cao, do đó có thể khử chúng bằng kẽm trong axit axetic, dẫn đến sản phẩm 3-bromothiophene (C).

Một phương pháp điều chế 3-bromothiophene là xử lý 2-bromothiophene với natri amide, một base mạnh Quá trình này tạo ra anion tại vị trí số 2, sau đó anion chuyển vị với bromine sang vị trí số 3 Tại vị trí anion bền nhất, quá trình proton hoá diễn ra, dẫn đến việc hình thành 3-bromothiophene.

5) Hợp chất D là 1,1-thiophene dioxide

Oxi hoá sulfur làm mất tính thơm Đó là lý do tại sao hợp chất D lại có khả năng phản ứng cao

Compound E is azulene, formed through a rare [6+4] cycloaddition reaction between 1,1-thiophene dioxide and dimethylaminofulvene, followed by the subsequent elimination of dimethylamine and sulfur dioxide.

Các phức chất zirconocene

Hoạt tính xúc tác cao của các phức chất zirconocene trong việc polime hoá propilen đã dẫn đến sự phát triển rất mạnh mẽ lĩnh vực hoá học này

Zirconocene được biết đến với giá trị sử dụng cao, có thể tiến hành polime hoá 25000 gam propilen mỗi giờ mà chỉ cần 1 gam zirconi với dạng isotactic khoảng

97% chất xúc tác trong công nghiệp cần có hoạt tính cao, đồng thời việc chế tạo chúng phải dễ dàng và tiết kiệm chi phí.

Vào năm 2001, công ty Shell đã phát triển một phương pháp để tổng hợp các ligand của phức này với hiệu suất cao:

1) Xác định cấu trúc của các chất X, X1 và X2

2) Đề nghị cơ chế cho phản ứng tạo thành X, lưu ý về thứ tự thêm các tác chất vào hỗn hợp phản ứng

2) Cơ chế sự tạo thành X:

Chuyển hoá giữa một số chất hữu cơ đơn giản

Hợp chất F có thể được tổng hợp từ hợp chất A thông qua quy trình cụ thể Hợp chất A có khả năng làm mất màu nước brom, cho thấy sự hiện diện của các liên kết không bão hòa Phổ 1H NMR và 13C NMR của hợp chất A chỉ xuất hiện một tín hiệu duy nhất, cho thấy cấu trúc đồng nhất của nó.

Hiệu suất của các sản phẩm I – III tuỳ thuộc vào bản chất của tác nhân

M(OC2H5)n Tính bazơ Hàm lượng %

1) Xác định cấu trúc của các hợp chất A – F, cho biết phổ đồ PMR của hợp chất

F có một mũi ba, hai mũi đa và một mũi ba với tỉ lệ cường độ lần lượt là

Đề nghị cấu trúc các hợp chất I – III với cùng thành phần nguyên tố và tỉ lệ khối lượng mol là 1:2:3:2 Hợp chất III được hình thành nhanh hơn hợp chất I Phổ IR cho thấy có liên kết hiđro trong hợp chất II và III Cần viết các phương trình phản ứng tương ứng.

Đề xuất cơ chế hình thành các hợp chất I và III dựa trên dữ liệu trong bảng, nhằm đánh giá khả năng tạo phức của ion Al 3+.

4) Hãy vẽ các đồng phân quang học (nếu có) của I và III, và xác định cấu hình

R, S tại các tâm bất đối, và gọi tên

Hợp chất A là một hydrocarbon bất bão hoà CxHy, có thể là C2H4 hoặc C2H2 dựa trên phổ 1 H NMR và 13 C NMR Chất E có số nguyên tử carbon gấp đôi so với A, do đó số nguyên tử hydrogen trong E sẽ được xác định dựa trên công thức hóa học tương ứng.

The molecular formula C2H4 (ethylene) corresponds to compound A, while compound F is identified as CH3CH2CH2CHO (n-butanal) Additionally, the other compounds include B: ethylene oxide, C: chloroethane, D: ethylmagnesium chloride, and E: magnesium butoxychloride, as determined by the NMR analysis showing a total of 8 hydrogen atoms.

Nối hydrogen giữa OH và nhóm C=O ; MIII = 2MF

Mt = 2MF, dẫn đến MII = 3MF, cho thấy ba phân tử F liên kết lại trong II Chất III hình thành nhanh hơn chất I, cho phép xem xét cơ chế phản ứng Tishchenko.

4) Chỉ các chất III có các đồng phân lập thể:

Dẫn xuất của pyrrole (2)

Gần đây, các hợp chất chứa đơn vị enol và pyrrole đã trở nên phổ biến trong y học và công nghiệp, như nhựa phenol-formaldehyde, calixaren và phthalocyanine Những hợp chất này có cấu trúc tương tự với các hợp chất tự nhiên, thường dễ bị oxi hóa trong không khí Đặc biệt, trong phổ UV, các cực đại hấp thụ của chúng có xu hướng dịch chuyển về bước sóng dài hơn, gọi là hiện tượng bathochromic shift.

Hợp chất A được điều chế từ phản ứng giữa pyrrole và acetone, sử dụng axit trifloroaxetic làm xúc tác trong hai giờ với hiệu suất 50-60% Quá trình này tạo ra hai sản phẩm phụ B (5%) và C (25%) Phổ PMR cho thấy hợp chất A có 3 tín hiệu, B có 7 tín hiệu (5 tín hiệu nếu trong D2O) và C có 5 tín hiệu Nghiên cứu về phản ứng giữa B và anđehit cho thấy không có phản ứng khi B tương tác với benzanđehit trong điều kiện có axit Lewis Ngược lại, khi B phản ứng với pentaflorobenzanđehit, phản ứng diễn ra và sản phẩm sau đó được xử lý bằng tác nhân oxi hoá, thu được hợp chất đa vòng D với hiệu suất 10%.

Khi hòa tan hợp chất này trong dichloromethane và thêm dung dịch axit clohiđric 1M, sau đó thực hiện quá trình bay hơi chậm, ta sẽ thu được hợp chất E dưới dạng tinh thể Hợp chất E có thành phần chứa 3,73% clo và 8,83% nitơ.

1) Hãy vẽ cấu trúc của các hợp chất A, B, C và D Giải thích tại sao hợp chất A được tạo thành với hiệu suất cao hơn B ?

2) Viết phản ứng tạo thành hợp chất E Đề nghị cơ chế cho sự hình thành C

In the presence of trifluoroacetic acid, acetone undergoes protonation and reacts with pyrrole, acting as an electrophilic agent, similar to the formation of phenol-formaldehyde resin.

Do đó hai (C), ba (B) và nhiều đơn vị pyrrole nữa có thể nối kết với nhau Phổ

Phổ 1H-NMR của hợp chất A chỉ cho thấy ba loại tín hiệu, cho thấy cấu trúc của nó rất đối xứng Điều này gợi ý rằng hợp chất vòng lớn này có thể bao gồm các đơn vị pyrrole liên kết với nhau thông qua các cầu acetone.

Hiệu suất tạo thành A cao cho thấy khả năng tạo phối trí với các anion khác thông qua liên kết hydrogen Anion của trifluoroacetic acid hoạt động như một khuôn mẫu, liên kết với 4 phân tử pyrrole xung quanh để hình thành hợp chất vòng A.

Quá trình tương tự diễn ra khi phản ứng với pentaflurobenzaldehyde Dựa trên giả thiết rằng sản phẩm E chứa chlorine, có thể suy luận rằng HCl đã tạo phối trí với hợp chất vòng D.

D thu được bằng sự ngưng tụ hai phân tử C và hai phân tử penrafluorobenzaldehyde Kết luận này được xác nhận lại nhờ tỉ lệ của Cl và N

Chuyển hoá và tổng hợp phosgene

Sơ đồ dưới đây mô tả các phương pháp điều chế hợp chất A, B và C, rất phổ biến trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt trong hóa học peptit Phân tích nguyên tố cho thấy hợp chất B chứa 12,12% cacbon và 16,16% oxi theo khối lượng Hợp chất A, H và I tồn tại ở dạng khí trong điều kiện thường Hợp chất C có thể được tổng hợp bằng cách sục khí clo vào E lỏng ở nhiệt độ 20 độ.

Ở nhiệt độ 60 độ C, dưới sự hiện diện của các tác nhân khơi mào phản ứng tự do, C phân huỷ đáng kể khi tiến hành chưng chất, dẫn đến sự hình thành các hợp chất mới.

Hợp chất B ổn định ở điều kiện thường nhưng sẽ phân huỷ khi có axit Lewis, tạo ra hỗn hợp các hợp chất H (hơi có tỉ khối 1,517 so với không khí) và G Khi được đun nóng trên 300 độ C, B sẽ hoàn toàn phân huỷ trong pha khí, dẫn đến sự hình thành hợp chất A.

1) Hãy vẽ cấu trúc cho các hợp chất A – H và gọi tên theo danh pháp IUPAC các hợp chất A, B và C

Dựa trên dữ liệu phổ 1 H NMR, quá trình chuyển hóa E thành C tạo ra tổng cộng 8 sản phẩm khác nhau Các sản phẩm này là kết quả của các phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình chuyển đổi.

3) Hãy viết các phương trình phản ứng của các hợp chất A, B, C với lượng dư các axit hữu cơ, amin bậc 2, amin bậc 1 và N-metylfomamit

Chất B được hình thành từ quá trình clo hoá, dẫn đến giả thuyết rằng ngoài carbon và oxygen, B còn chứa chlorine, với công thức đơn giản nhất là COCl2 Chất này tồn tại dưới dạng phosgene (carbonic acid dichloride), nhưng B không phải là phosgene vì nó phân huỷ thành chất A đơn giản hơn, có phản ứng tương tự như B Do đó, A là phosgene và B là diphosgene (COCl2)2, Cl3CO-CO-Cl (trichloromethyl carbonyl chloride, trichloromethyl chloroformate) Phosgene được tạo ra qua quá trình clo hoá có xúc tác với CO, trong khi diphosgene được điều chế từ phản ứng clo hoá methyl formate CH3OCHO Chất A phản ứng với methanol qua hai bước, trong đó các nguyên tử chlorine của phosgene được thay thế hoàn toàn.

Phản ứng của methanol với B tạo thành methyl choloroformate

Quá trình clo hóa D xảy ra khi tất cả các nguyên tử hydro trong nhóm methyl được thay thế hoàn toàn bằng clo, tạo thành B Tương tự, phản ứng clo hóa E cũng diễn ra với sự thay thế hoàn toàn các nguyên tử hydro của nhóm methyl.

Substance C, known as triphosgene (Cl3CO-CO-OCCl3 or (COCl2)3), is a bis-(trichloromethyl) ester of carboxylic acid or bis-(trichloromethyl) carbonate Similar to phosgene and diphosgene, Substance C is an excellent chloroformylation agent It effectively replaces reactive protons in reactions with methanol, resulting in the formation of new compounds.

Năm 1887, người ta đã phát hiện ra rằng diphosgene B phân huỷ tại nhiệt độ

Ở nhiệt độ 300 °C, phosgene được tạo thành từ hai phân tử trong pha khí Trong pha lỏng, phosgene phân huỷ ở nhiệt độ phòng khi có mặt clorua kim loại như nhôm clorua, dẫn đến sự hình thành CO2 (H) và CCl4 (G) Tỉ khối hơi của hỗn hợp K và G được ghi nhận là 3.21 (J Amer Chem Soc., 1933, v.55, p.214).

Methyl format F được phân huỷ bởi dung dịch chlorine

Các phản ứng của phosgene

Các phản ứng của diphosgene:

31 Các phản ứng của triphosgene:

Hợp chất Grignard

Các tác chất Grignard, có công thức tổng quát RMgX, là các hợp chất cơ kim trong đó R là nhóm thế hữu cơ và X là halogen Vào năm 1912, V Grignard được trao giải Nobel Hóa học nhờ phát hiện ra những hợp chất quan trọng này Chúng được hình thành từ các nhóm aryl, alkyl hoặc vinyl khác nhau.

1) Hãy chọn (các) dung môi thích hợp để điều chế tác chất Grignard: a) CH2Cl2 b) Diethyl ether c) Nước d) Acetone

2) Halogen X nào có thể được sử dụng trong phản ứng tổng hợp tác chất Grignard theo sơ đồ trên ? a) F b) Cl c) Br d) I

Tác chất Grignard tham gia vào nhiều phản ứng hóa học quan trọng và đa dạng Những phản ứng này không chỉ phong phú về mặt lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn cao Dưới đây là một số phản ứng chưa hoàn thành có sự tham gia của tác chất Grignard, yêu cầu người đọc vẽ công thức cấu tạo của các sản phẩm.

- A, B, C, D và E là các đồng phân

- F và G là các đồng phân

- I và J là các đồng phân

- Các hợp chất K và L chức 10 nguyên tử carbon

- Công thức phân tử của M là C18H18O3

- Hợp chất thơm N có chứa nhóm methyl, có công thức phân tử là C9H9N

Tổng hợp các tác chất Grignard chỉ có thể thực hiện trong dung môi diethyl ether, vì tất cả các dung môi khác sẽ phản ứng nhanh chóng với tác chất Grignard.

Tổng hợp các tác chất Grignard có thể thực hiện với tất cả các halogen như F, Cl, Br và I, trong đó iodua, bromua và clorua là phổ biến nhất để tạo ra các tác chất Grignard trong điều kiện tiêu chuẩn Đặc biệt, nếu sử dụng magie đã được hoạt hoá, có thể sử dụng fluoride Magie hoạt hoá có thể được thu nhận bằng cách khử magie clorua với kali trong điều kiện khí trơ, hoặc thông qua dung dịch keo magie trong dung môi hữu cơ.

3) Giải thích cho các phản ứng trong đề bài để chỉ rõ vai trò của tác chất Grignard

(1) Phản ứng điển hình của tác chất Grignard là cộng vào carbon có tính electrophile của nhóm carbonyl Vì thế, A là một alcohol bậc 3 Trong

Một phản ứng nổi tiếng của các hợp chất cơ kim là phản ứng cộng vào ester, cụ thể là vào carbonate Sản phẩm thu được, B, là đồng phân của A, được biết đến với tên gọi triethylcarbinol hay 3-ethylpentanol-3.

(3) Theo điều kiện phản ứng, C là một đồng phân của A và B Trong trường hợp này, nguyên liệu ketone ban đầu chứa cùng số nguyên tử carbon như

A và B có độ bất bão hoà cao hơn 1 đơn vị C là một alcohol bậc 2, được hình thành từ quá trình khử ketone Nguyên nhân chính cho phản ứng này là sự án ngữ lập thể, ngăn chặn isopropyl magie bromua cộng vào keton, trong đó tác chất Grignard đóng vai trò là tác nhân khử.

Aldehyde trong đề bài sẽ phản ứng với tác chất Grignard để tạo ra hai sản phẩm đồng phân dia D và E Sự hình thành một tâm bất đối mới từ phân tử ban đầu là nguyên nhân chính dẫn đến sự xuất hiện của các sản phẩm này.

(5) Phản ứng cộng vào alpha,beta-không no ketone xảy ra theo hai con đường: cộng theo kiểu 1,2 bình thường vào nhóm carbonyl và cộng liên hợp 1,4 (F và G)

Một ứng dụng quan trọng của các hợp chất cơ kim là tổng hợp axit carboxylic, trong đó tác chất Grignard, còn được biết đến với tên gọi tác nhân Jocic, đóng vai trò thiết yếu trong phản ứng này.

Nó phản ứng với hai phân tử CO2 để tạo thành acetylenedicarboxylic acid

(7) Sự mở vòng ethylene oxide nhờ tác nhân nucleophile là hợp chất cơ kim, sẽ tạo thành sản phẩm 2-phenylethanol I

Mật độ điện tử trong vòng benzyl của tác chất Grignard chủ yếu tập trung ở hai vị trí ortho và para của vòng benzene, dẫn đến sản phẩm chính của phản ứng là o-methyl benzylic alcohol J cùng với 2-phenylethanol I.

(9) Một ví dụ khác của phản ứng cộng vào ester Sản phẩm là alcohol benzyl bậc 3 H

Trong trường hợp phản ứng cộng vào ester bị án ngữ lập thể, tác nhân nucleophile tấn công nguyên tử bậc hai của nhóm butyl gắn với oxygen Nhóm xuất trong phản ứng này là carboxylate anion, và sau khi trung hòa, sản phẩm thu được là 2,4,6-trimethylbenzoic acid Một khả năng khác có thể xảy ra là sự hình thành n-butylbenzen, một hợp chất cũng chứa nhóm butyl.

Trong trường hợp này, các nguyên tử hydrogen có tính axit cao do vị trí của chúng nằm giữa nhóm ester và vòng phenyl Tác chất Grignard hoạt động như một base, dẫn đến phản ứng ngưng tụ Claisen (ngưng tụ ester) và tạo ra chất M.

Nhóm methyl và tính thơm của sản phẩm cho thấy rằng nhóm nitro đã bị tấn công bởi tác nhân nucleophile và sau đó được khử hoá Công thức phân tử xác nhận sự vòng hoá đã xảy ra, dẫn đến hợp chất N, đó là 7-methylindole.

Hydrocarbon không no, hoạt động

Người ta điều chế hydrocarbon C6H4 theo sơ đồ dưới đây:

Bergman ghi nhận rằng khi đun nóng hợp chất C6H4 trong ống kín với dung môi hexane, benzene được tạo ra Ngược lại, khi sử dụng CCl4 làm dung môi, sản phẩm thu được là 1,4-dichlorobenzene.

Những phản ứng này đều diễn ra qua sự tạo thành chất trung gian rất hoạt động [X]:

Hợp chất C12H14O2 trong nước ở 37 độ C, với chu kỳ bán hủy 11,8 giờ, phản ứng với ADN tạo ra sản phẩm 2,3-dihydroxymethyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene Quá trình này có sự hình thành một chất trung gian tương tự [X], dẫn đến sự phân cắt mạch kép của ADN và hợp chất.

C12H14O2 có hoạt tính tương tự nhóm kháng sinh ADN là calicheamicin

1) Xác định cấu trúc các hợp chất A – D và C6H4

2) Đề nghị cấu trúc chất trung gian X trong chuỗi chuyển hoá của Bergman

Trong chuỗi chuyển hóa của Bergman, việc xác định cấu trúc các hợp chất chưa biết là rất quan trọng Giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng trong quá trình này có vai trò then chốt, ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của chu trình Bên cạnh đó, giai đoạn cắt mạch kép của ADN cũng là một yếu tố quan trọng, góp phần vào sự chính xác và hiệu quả của các phản ứng sinh hóa diễn ra.

4) Hãy tính hằng số tốc độ của C12H14O2 và thời gian để 80% lượng chất ban đầu tham gia phản ứng

5) Giải thích về sự giảm đáng kể nhiệt độ của phản ứng giữa C6H4 (200 0 C) và

C12H14O2 (37 0 C) các quá trình chuyển hoá trên

Sự chuyển hoá từ C2H2 (acetylene) thành hydrocarbon C6H4 diễn ra qua những phản ứng thông dụng Phổ 1 H NMR của C6H4 cho thấy hai mũi đa có cùng cường độ, chỉ ra sự tồn tại của hai nhóm nguyên tử hydrogen tương đương Trong phân tử C6H4, nhóm đầu tiên bao gồm hai nguyên tử hydrogen tại vị trí C(1) và C(6), trong khi nhóm thứ hai gồm hai nguyên tử hydrogen tại C(3) và C(4) Phản ứng cộng Br2 diễn ra dễ dàng hơn ở liên kết đôi trong phân tử enyne.

Dựa trên cấu trúc sản phẩm, C6H4 có khả năng tham gia phản ứng vòng thơm hóa, dẫn đến sự hình thành hai sản phẩm là C6H6 và 1,4-dichlorobenzene Qua so sánh, ta thấy rằng hai nguyên tử mới được gắn vào các vị trí C(1) và C(4) trong phân tử Những nguyên tử này có nguồn gốc từ dung môi, trong khi gian X chứa hợp chất với hai gốc tự do.

3) Hợp chất C12H14O2 là một enediyne, và X là chất có hai gốc tự do Từ đó, dựa trên cấu trúc của sản phẩm ở trên ta suy ra:

Vì hai gốc tự do rất hoạt động, nên bước đầu tiên là bước quyết định tốc độ phản ứng

4) Bước đầu tiên là bước đơn phân tử Vì vậy có thể giả thiết rằng phản ứng tuân theo động học bậc một Do đó:

Tốc độ phản ứng vòng thơm hóa của hợp chất enediyne phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa các nguyên tử carbon thứ nhất và thứ sáu Hợp chất C12H4O2 có sự cản trở góc đáng kể trong cấu trúc vòng 10 cạnh Trong quá trình vòng hóa, sức căng trong cấu trúc bị loại bỏ, dẫn đến việc nhiệt độ cần thiết để phản ứng xảy ra được giảm đáng kể.

Xúc tác phức kim loại

Trong thập kỷ qua, việc thực hiện các phản ứng hữu cơ với sự tham gia của các kim loại chuyển tiếp (xúc tác các phức kim loại) đã trở thành một phương pháp tổng hợp quan trọng, được áp dụng rộng rãi không chỉ trong phòng thí nghiệm mà còn trong quy mô công nghiệp.

Dưới đây là sơ đồ chuyển hoá với nhiều giai đoạn, sử dụng xúc tác là các phức kim loại Hợp chất D và đồng phân H có cùng công thức phân tử C24H12, cả hai đều cho hai tín hiệu trong phổ 1H NMR và bốn tín hiệu trong các phân tích khác.

Cho biết các dữ kiện trong phổ NMR

C: 1 H: δ 0,42 (s); 7,43 (s) và tỉ lệ cường độ là 9:1

H: 13 C: 4 tín hiệu, 1 H AA’XX’ (2 mũi đa 1/1) tâm tại 7,46 ppm và 7.22 ppm

Hoàn thành chuỗi tổng hợp, xác định cấu trúc các hợp chất A – I

Phản ứng điều chế A và E là các phản ứng ghép cặp được xúc tác bởi phức chất của kim loại chuyển tiếp, tạo thành các liên kết C – C mới Quá trình chuyển hoá A → B, C → D, G → D và F’ → F nhằm loại bỏ nhóm bảo vệ silyl, trong khi các chuyển hoá B → C, E → F’ và F → G là các phản ứng vòng thơm hóa, dẫn đến sự hình thành các vòng benzene từ alkyne Chất D, tris(benzocyclobutadieno)benzene, có cấu trúc lý thuyết thú vị với một vòng 4 cạnh phản thơm và vòng 6 cạnh Kekule Theo dữ liệu phổ X ray, vòng trung tâm của chất C có ba liên kết đôi C=C và ba liên kết C – C, cả hai chất C và D đều bền về mặt nhiệt động với nhiệt độ nóng chảy của C hơn 315 °C và D bền tới 400 °C Tuy nhiên, do không có sự làm bền bằng tính thơm, quá trình đồng phân hóa xảy ra dưới điều kiện nhiệt phân, tạo ra hợp chất H bền Khi hydrogen hóa chất D trong điều kiện nhẹ, chỉ có vòng trung tâm bị tác dụng, tạo thành hợp chất I với các nguyên tử hydrogen ở vị trí cis.

Hợp chất có cấu trúc của kim cương

Kim cương, một khoáng vật hiếm, là một dạng thù hình của cacbon Hai hợp chất A (C10H16) và B (C14H20) là những hiđrocacbon có cấu trúc tương tự kim cương Hợp chất A được tạo ra khi đun nóng hợp chất C (C10H16) với nhôm bromua, trong khi hợp chất C là sản phẩm của quá trình hiđro hoá hợp chất D.

Chất D (C10H12) có nhiều tính chất thú vị, đặc biệt là khi được đun nóng, nó chuyển hóa thành hợp chất E với nhiệt độ sôi 41°C Khi làm nguội, chất D ban đầu sẽ được tái tạo Ngoài ra, phản ứng giữa hợp chất E và etilen khi đun nóng sẽ tạo ra hiđrocacbon F.

(C7H10) Đimer hoá chất này nhờ gốc tự do, thì thu được sản phẩm G G bị đồng phân hoá tạo thành chất B khi được xử lí với nhôm bromua

1) Hãy cho biết các dạng thù hình khác của cacbon ?

2) Xác định cấu trúc và gọi tên các hợp chất A và B

3) Xác định cấu trúc và gọi tên các hợp chất C, D, E, F và G

Quá trình đồng phân hóa C thành A và G thành B diễn ra dưới sự ảnh hưởng của nhôm bromua, tạo ra các sản phẩm đồng phân khác nhau Động lực của quá trình này chủ yếu đến từ khả năng của nhôm bromua trong việc kích thích sự chuyển đổi cấu trúc phân tử, giúp tối ưu hóa sự hình thành các đồng phân ổn định hơn.

5) Cho biết tên gọi của phản ứng giữa E với etilen ?

6) Hãy cho biết những điểm khác biệt chủ yếu giữa phản ứng đime hoá E thành

1) Các dạng thù hình của carbon là kim cương, graphite, carbyne và fullerene

Hydrocarbon A và B bao gồm adamantane và diamantane (congressane) Congressane lần đầu tiên được tổng hợp bởi Paul von Ragué Schleyer vào năm 1957 và được đặt tên theo Hội nghị quốc tế về hóa học lý thuyết và ứng dụng diễn ra tại London vào năm 1963 Công thức của congressane đã được chấp nhận làm logo cho hội nghị này.

Trong tổng hợp adamantane, các tiền chất bao gồm dimer của cyclopentadiene đã được hydrogen hóa và sản phẩm từ phản ứng dimer hóa norbornene dưới ánh sáng Những chất này có thể được chế tạo từ cyclopentadiene E thông qua chuỗi phản ứng, trong đó E tự dimer hóa thành D Khi nhiệt phân D, E được tái tạo nhờ phản ứng retro-Diels Alder.

Cấu trúc của các hợp chất có vòng cyclohexane không bị cản trở cho thấy rằng trong chuỗi đồng phân hydrocarbon C10H16 và C14H20, chúng có độ bền nhiệt động cao nhất nhờ ít sức căng trong vòng Khi xử lý hợp chất tricyclic đồng phân C10H16 với nhôm bromua, quá trình đồng phân hoá dẫn đến sự hình thành adamantane Carbocation 1-adamatyl được tạo ra là dạng bền nhất so với các carbocation đồng phân khác, và phản ứng đồng phân hoá congressane cũng diễn ra theo cách tương tự.

The dimerization of cyclopentadiene and its reaction to form compound F exemplify the Diels-Alder reaction, a synchronous 2+4 cycloaddition process This reaction involves a diene, specifically cyclopentadiene, and a dienophile, which can be either cyclopentadiene or ethylene The Diels-Alder reaction results in the formation of a six-membered ring.

Phản ứng dimer hoá dưới tác dụng của ánh sáng là quá trình cộng đóng vòng 2+2 đồng bộ, dẫn đến sự hình thành vòng cyclobutane Mặc dù sự cộng đóng vòng 2+4 được phép xảy ra về mặt nhiệt học, nhưng cộng đóng vòng 2+2 lại bị cấm Các chuyển hoá từ E → F và E → D cũng diễn ra theo cách tương tự.

Hydrocarbon cấu trúc đối xứng

Năm 2001, các nhà nghiên cứu hóa học hữu cơ tại đại học Gottingen, Đức, phối hợp với các đồng nghiệp tại đại học St Petersburg, Nga, đã lần đầu tiên tổng hợp thành công một hiđrocacbon A có cấu trúc đối xứng hình tứ diện Sơ đồ dưới đây minh họa một số giai đoạn trong quá trình tổng hợp này.

Khi xử lí E với điazometan trong sự hiện diện của palađi axetat thì thấy tạo thành

Quá trình tạo ra hợp chất F có hiệu suất thấp, nhưng khi lặp lại ba lần, lượng F tạo thành có thể tăng lên khoảng 80% Chất này sau đó tự chuyển hóa thành A với hiệu suất khoảng 10% Để đạt được hàm lượng A khoảng 92%, cần thực hiện khoảng sáu lần như vậy Hợp chất F cũng có thể thu được với hàm lượng từ 9 đến 30% khi cho E tác dụng với CH2I2/AlCl3 Cuối cùng, khi tiến hành hiđro hóa A với xúc tác PtO2, hợp chất G sẽ được hình thành.

Dữ kiện phổ NMR của một số hợp chất như sau:

A: 1 H: 2 tín hiệu (0,15-0,23 và 0,36-0,46 ppm); 13 C: 3 tín hiệu

E: 1 H 3 tín hiệu (0,27-0,37, 0,78-0,87 và 5,09-5,59 ppm với tỉ lệ cường độ là 4:1:3).; 13 C 5 tín hiệu

F: 1 H 3 tín hiệu (0,25-0,36, 0,54-0,60 và 5,04-5,47 ppm với tỉ lệ cường độ là 4:1:1); 13 C 5 tín hiệu

G: 1 H 2 tín hiệu (1,04, 2,23 ppm với tỉ lệ cường độ là 6:1); 13 C 3 tín hiệu

1) Xác định cấu trúc của nhóm thế R trong hợp chất B

2) Hãy viết cấu trúc của các hợp chất A, C, D, E, F và G

Trong chuỗi phản ứng, các giai đoạn quan trọng bao gồm: a) Khử nhóm ester trong B để tạo thành carbinol RCH2CH2OH (C); b) Thế nhóm OH trong C để hình thành RCH2CH2Br (D); c) Dehydrobrom hóa D bằng t-BuOK, dẫn đến sự tạo thành dẫn xuất vinyl RCH=CH2 (E); d) Cuối cùng, carbene :CH2 được tạo ra từ sự phân hủy diazomethane và phản ứng với nhóm vinyl để tạo thành dẫn xuất cyclopropyl F.

Phân tích phổ NMR cho thấy hợp chất A, E và F có hai tín hiệu từ các nguyên tử hydrogen cyclopropyl (0.15-0.36 và 0.36-0.87 ppm) và tín hiệu từ các proton olefin (5.5 ppm) Dựa vào sơ đồ tổng hợp, phổ NMR và đối xứng tứ diện, có thể khẳng định rằng A là tetracyclopropylmethane Quá trình hydro hóa A dẫn đến việc mở vòng cyclopropane, tạo ra hai tín hiệu mới từ các nhóm isopropyl (1.04 và 2.23 ppm) với tỉ lệ cường độ tích phân 6:1 trong hợp chất G.

Aminoacid tự nhiên

Vào năm 2002, một hợp chất A đã được phân lập từ loại nấm rừng ngập mặn

Halosarpheia sp được tìm thấy tại Thái Lan chứa hợp chất enniatin B, một loại độc tố thực vật có khả năng trừ sâu Theo phân tích phổ khối lượng, khối lượng phân tử của enniatin B được xác định là 639 Mặc dù A không phản ứng với dung dịch bicarbonate, nhưng nó vẫn tham gia vào các phản ứng hóa học khác.

Hợp chất G là một alpha-amino acid tự nhiên Hợp chất C và D được tạo thành theo tỉ lệ mol 1:1

1) Vẽ công thức tổng quát của amino acid G trong tự nhiên để giải thích cho cấu hình (R, S) của tâm chiral

2) Hoàn thành chuỗi chuyển hoá từ C thành D và từ C thành G ở dạng tổng quá, trong đó những nhóm thế chưa biết kí hiệu là R

3) Xác định cấu trúc các hợp chất A – H

1) Hợp chất G là các aminoacid tự nhiên, có công thức như hình bên:

Từ sơ đồ phản ứng, có thể thấy rằng nhóm NH2 của amino acid được gắn vào thông qua quá trình tosylate với anion azide, dẫn đến sự nghịch đảo cấu hình tại tâm lập thể Sau đó, quá trình khử azide diễn ra, mặc dù các nhóm Ots và N3 không có trong các amino acid tự nhiên Tosylate E được hình thành khi xử lý alcohol C với tosyl chloride.

Do đó, hợp chất C là một α-hydroxy acid

Hợp chất D được tạo thành từ tosylate E bằng phản ứng thế nucleophile vời methylbenzyl amine, sau đó hydrogen giải liên kết N-CH2Ph

Hợp chất A được hình thành từ α-hydroxy acid C và α-amino acid D theo tỉ lệ mol 1:1 A không phản ứng với dung dịch NaHCO3, chứng tỏ rằng A không chứa nhóm carboxylic acid tự do, do đó A là amidoester vòng Sự hình thành sản phẩm duy nhất B trong quá trình hydrogen giải ester cho thấy tính chất đặc biệt của hợp chất này.

A có cấu trúc đối xứng

Khối lượng phân tử của hợp chất A là 639, cho phép xác định khối lượng phân tử của mảnh R là 43 khi n = 3, từ đó R được xác định là C3H7 Hợp chất amino acid tự nhiên phù hợp với cấu trúc này là valine Dưới đây là công thức cấu tạo của các hợp chất A – H.

Tổng hợp (-)-sordidin

“X… được dùng làm bắp cải muối,

Là một loại hương vị có mùi cay

X cũng được hình thành nhờ ảnh hưởng của các enzim có trong tuyến mồ hôi của con người …”

Hợp chất X là một chất chuyển hoá quan trọng trong cơ thể, đồng thời cũng là nguyên liệu quý giá để tổng hợp các hợp chất thiên nhiên Từ X, có thể tổng hợp các hợp chất như (-)-sordidin, là đối quang của chất dẫn dụ ở bọ thuộc cây chuối Cosmoolites sordidusi, frontalin, chất dẫn dụ của bọ cánh cứng trên cây thông miền nam Dendroctonus frontalis, và hợp chất F, một chất trung gian trong tổng hợp chất dẫn dụ của ruồi trên cây oliu Bacrocera oleae.

1) Hoàn thành sơ đồ trên bằng cách viết công thức cấu tạo của các hợp chất X,

2) Cho biết tên thông thường của hợp chất X

Tất cả ba sản phẩm cuối cùng đều thuộc nhóm acetal (ketal), được hình thành qua phản ứng vòng hoá liên phân tử của dihydroxyketone hoặc các dẫn xuất có hoạt tính cao như dihydroxyketal.

Cách hiệu quả nhất để giải mã sơ đồ tổng hợp là phân tích cấu trúc của phân tử F, được chia thành ba phần theo sơ đồ tổng hợp.

Bước cuối cùng trong tổng hợp F là sự tương tác giữa hợp chất E và acrolein, dẫn đến sản phẩm có cấu trúc vòng 6 cạnh với mảnh OCCC từ acrolein F được hình thành qua phản ứng Diels-Alder giữa acrolein (diene) và dienophile E, từ đó cấu trúc của E được đề xuất như sau.

Alkene E thu được từ A thông qua chuỗi phản ứng brom hoá-dehydrobrom hoá, tạo thành A và D

Hợp chất A là một ketal, được hình thành thông qua phản ứng xúc tác acid giữa X và trimethylacetic aldehyde (Me3CCHO) Trong đó, X có thể là dạng D hoặc L của 2-hydroxypropionic acid (axit lactic) với công thức CH3CH(OH)COOH.

Cả hai đồng phân của axit lactic đều xuất hiện tự nhiên, và quá trình hình thành đồng phân D từ D-glucose là điều đã được nghiên cứu kỹ lưỡng Tuy nhiên, cấu hình tuyệt đối của đồng phân này vẫn chưa được xác định rõ ràng.

Để giải quyết vấn đề này, bước đầu tiên là phân tích tổng hợp frontalin Quá trình bắt đầu bằng việc xử lý A với lithium diispropylamide, sau đó alkyl hóa ion enolate để thu được B Tiếp theo, hợp chất B được khử bằng lithium aluminum hydride, tạo thành dihydroxyketal C Khi đun nóng C với p-toluenesulfonic acid, quá trình này dẫn đến sự phân hủy mảnh ketal ban đầu trong C và hình thành mảnh ketal mới Các quá trình này diễn ra trong trạng thái cân bằng, với sự phân tách methanol nhờ vào nhiệt độ sôi thấp của nó, cùng với sự hình thành các vòng 5 cạnh và 6 cạnh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự dịch chuyển cân bằng về phía bên phải.

Cấu hình tuyệt đối của các tâm bất đối mới trong B và C được xác định từ cấu trúc của frontalin, với quá trình điều chế frontalin từ C giữ nguyên cấu hình Cấu hình này được xác định nhờ sự hiện diện của một nguyên tử bất đối khác mang nhóm tert-butyl, không phải cấu hình của lactic acid ban đầu Sự tạo thành enolate có thể xảy ra với sự đồng phân hoá hoặc racemic hoá tâm lập thể ở vị trí alpha so với nhóm carbonyl Do đó, cấu hình tuyệt đối của lactic acid có thể được xác định thông qua phân tích tổng hợp sordidin, với phân tử này được chia thành hai phần chính: phần lactic acid và bộ khung của tác chất vinyllithium để chuyển hoá từ J sang K.

Các giai đoạn chính trong tổng hợp sordidin rất rõ ràng, với các chuyển hoá được đặc trưng bởi việc giữ nguyên cấu hình của các nguyên tử carbon bất đối Cấu hình tuyệt đối của (-)-sordidin tại hai tâm lập thể được đánh dấu * là (S) Từ chuỗi phản ứng này, có thể suy ra rằng X là (S)-lactic acid, và tâm bất đối được tạo thành khi epoxi hoá cũng mang cấu hình (S).

Tổng hợp steroid

Một trong những phương pháp tổng hợp steroid tự nhiên là sử dụng chất trung gian vòng ngưng tụ I, kết hợp với nhóm CH3 tại giao điểm của hai vòng trong chuỗi chuyển hóa.

1) Hoàn thành chuỗi chuyển hoá trên, biết rằng hợp chất II là hydrocarbon có

Hợp chất I có thành phần carbon là 92,3% và xuất hiện một mũi đơn trong phổ PMR Hợp chất III là dẫn xuất chứa oxy của hydrocarbon với thành phần 62,1% carbon và 27,6% oxy theo khối lượng, cũng có một mũi đơn trong phổ PMR.

2) Đề nghị cơ chế cho phản ứng E + F + NaNH2 Cho biết vai trò của NaNH2

3) Hãy cho biết thứ tự trộn các tác chất E, F và NaNH2 để thu được I có hiệu suất cao hơn ?

4) Vẽ các đồng phân quang học của hợp chất I và xác định cấu hình (R, S) tại các tâm bất đối

5) Đề nghị một phương pháp thay thế để tổng hợp F từ hợp chất III, dimethylamine và các tác chất cần thiết khác

6) Hãy giải thích sự khác biệt trong phổ IR và PMR củ hợp chất D dựa vào cấu trúc của nó

Khi thực hiện khử liên kết đôi trong hợp chất I, sẽ tạo ra các hợp chất V và VI Cần vẽ cấu trúc của hai hợp chất này dưới dạng ghế Hợp chất nào có cấu dạng linh hoạt và hợp chất nào có cấu dạng cứng nhắc cũng cần được chỉ ra.

1) Công thức đơn giản nhất của II:

Công thức đơn giản nhất của III:

Hợp chất I chứa tổng cộng 11 nguyên tử carbon, trong khi đó, các hợp chất II và III chỉ có thể có m = 1 và n = 6, với II là C6H6 (benzene) và III là C3H6O (acetone) Phổ 1 HNMR của cả hai hợp chất này chỉ xuất hiện các mũi đơn, cho thấy rằng các nguyên tử hydrogen trong chúng là tương đương.

2) NaNH2 là một tác nhân base

Để đạt hiệu suất tối ưu của hợp chất I, cần thực hiện deproton hóa F để tạo thành anion, sau đó anion này sẽ tác động vào liên kết đôi đã được hoạt hóa.

4) Các đồng phân có thể có của I

Cyclohexane-1,3-dione chủ yếu tồn tại dưới dạng enol, dẫn đến phổ 1H NMR của hợp chất này có sự phức tạp đáng kể Ngoài ra, phổ IR của nó cũng ghi nhận dải hấp thu trong khoảng 3300-3500 cm-1, phản ánh sự hiện diện của nhóm OH.

7) Hợp chất V (trans-decaline có cấu dạng cứng nhắc) còn hợp chất VI (cis- decalin có cấu dạng linh hoạt) hơn:

Tổng hợp một loại kháng sinh nhân tạo

Trong quá khứ, ngay cả những vết thương nhỏ cũng có thể dẫn đến tử vong do nhiễm trùng máu Chỉ đến đầu thế kỷ XX, kháng sinh thiên nhiên mới được cô lập và kháng sinh nhân tạo bắt đầu được điều chế Hợp chất X là một trong những loại kháng sinh nhân tạo đầu tiên được phát triển.

Nguyên liệu ban đầu A được phân tích qua phổ NMR, cho thấy có ba loại nguyên tử hiđro và bốn loại nguyên tử cacbon Ngoài ra, phân tích nguyên tố cũng cho biết hàm lượng oxi trong phân tử A là 26%.

1) Dưới đây là sơ đồ tổng hợp hợp chất X Hãy hoàn thành chuỗi phản ứng, xác định công thức cấu tạo các chất chưa biết

Các kháng sinh dựa trên hợp chất X vẫn giữ vai trò quan trọng trong y học hiện nay Bài viết này sẽ trình bày sơ đồ tổng hợp hai hợp chất Sulfin và Sulfadimidine, minh chứng cho giá trị và ứng dụng của các kháng sinh này.

Hoàn thành sơ đồ chuyển hoá và xác định cấu trúc của các chất kháng khuẩn Đồng thời, xác định vị trí các tín hiệu của sulfadimidine trong phổ đồ PMR được cung cấp.

Hợp chất A trải qua phản ứng nitrat hoá trong điều kiện khắc nghiệt, đặc trưng cho các hợp chất thơm có nhóm rút điện tử Sự hiện diện của ba nguyên tử hydrogen cho thấy A có thể là benzen với một hoặc ba nhóm thế Có bốn loại nguyên tử carbon có thể có trong benzen, nhưng nếu có ba nhóm thế giống nhau tại các nguyên tử C(1) và C(3), phân tử sẽ thiếu một số hydrogen Do đó, A là dẫn xuất của benzen với một nhóm rút electron Hợp chất này được khử bởi sắt trong hydrochloric acid, phản ứng này cũng xảy ra với nitrobenzene hoặc các dẫn xuất đã được khử hoá một phần như nitrosobenzene và azoxybenzene Tính toán hàm lượng oxygen trong A dẫn đến kết luận rằng chỉ có nitrobenzene là hợp lệ Vì vậy, A chính là nitrobenzene.

2) Cấu trúc của các chất kháng sinh:

Phổ 1 H-NMR của sulfadimezinum cho thấy 7 tín hiệu khác nhau, với mũi đơn tại 0 ppm do tetramethylsilane làm chuẩn Các tín hiệu xuất hiện ở 2.2, 6.0, 6.6, 6.7, 7.7 và 11.1 ppm, tương ứng với 6 loại nguyên tử hydrogen và tỉ lệ 6:2:2:1:2:1 Mũi đơn tại 2.2 ppm đại diện cho hai nhóm methyl, trong khi mũi đơn rộng ở 11.1 ppm chỉ ra sự hiện diện của nguyên tử hydrogen acid thuộc nhóm –SO2NH Bốn tín hiệu còn lại phản ánh các nguyên tử hydrogen của nhóm amino (ArNH2) và ba loại hydrogen thơm, bao gồm hydrogen ở vị trí ortho so với nhóm sulfamide và amino, cùng với hydrogen của vòng pyrimidine Tín hiệu tại 6.7 ppm thấp hơn hai lần so với các tín hiệu khác, cho thấy đây là hydrogen của vòng pyrimidine Tín hiệu 6.0 ppm tương ứng với hydrogen của nhóm amino NH2, trong khi tín hiệu ở 6.6 và 7.7 ppm là các mũi đôi, phản ánh các nhóm thế ở vị trí para của vòng benzene, với tín hiệu 7.7 ppm là hydrogen ortho với nhóm sulfamide và tín hiệu 6.6 ppm là hydrogen ortho với nhóm amino.

Tổng hợp (-)-curcuquinone

Vào năm 2005, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp thành công hợp chất thiên nhiên (-)-curcuquinone, nổi bật với phổ kháng khuẩn rộng rãi Quá trình phản ứng quan trọng nhất là sự tương tác giữa phức cacbonyl của crom và hiđrocacbon X, sau đó hỗn hợp phản ứng được xử lý với muối ceri amoni nitrat.

(NH4)2Ce(NO3)6 được sử dụng để xác định cấu trúc của các chất trung gian Y thông qua việc xử lý hỗn hợp phản ứng với benzoyl clorua Quá trình này tạo ra hai đồng phân xuyên lập thể V và W, cả hai đều chứa 19,67% oxi Khi tiếp xúc với không khí, chúng chuyển hoá chậm thành hợp chất mới.

Z, có công thức phân tử C23H28O3

Hợp chất X được tổng hợp từ geraniol (E)-3,7-đimetylocta-2,6-đien-1-ol nhờ phản ứng epoxi hoá bất đối xứng Sharpless theo chuỗi chuyển hoá sau đây:

1) Hãy vẽ công thức cấu tạo của geraniol

Hoàn thành các dãy chuyển hoá đã đề cập, xác định cấu trúc của tất cả các hợp chất chưa biết và chỉ rõ cấu hình tại các tâm bất đối nếu có.

3) Viết cấu trúc của sản phẩm thu được khi cho A tác dụng với benzyl bromua

(trong sự hiện diện của một bazơ), sau đó thêm tiếp metylmagie iot

4) Cho biết có thể thu được một lượng bao nhiêu nếu sử dụng 2,000 g geraniol, hiệu suất mỗi chuyển hoá được cho trong sơ đồ

Khi phân tích curcuquinone, cấu trúc của nó bao gồm phần geraniol và phức chất carbene 2, với phức chất 2 cung cấp 4 nguyên tử carbon trong vòng quinone Để củng cố nhận định này, sơ đồ phản ứng cho thấy bước đầu tiên là phản ứng epoxi hoá bất đối xứng Sharpless, nơi mà liên kết đôi C(6)=C(7) trong geraniol vẫn còn nguyên, trong khi liên kết đôi C(2)=C(3) được epoxi hoá, tạo ra tâm lập thể mới được đánh dấu *.

Bước thứ hai trong quá trình này là mở vòng epoxide dưới điều kiện khử, trong đó epoxide hoạt động như một tác chất electrophile Phản ứng này xảy ra với natri cyanoborohydride, nguồn cung cấp ion hydride, và đặc trưng cho sự hình thành 1,2-diol thay vì 1,3-diol Điều này cho thấy tính chọn lọc của phản ứng trong việc tạo ra 1,2-diol, sau đó diol này được phân cắt bởi natri periodate để tạo thành các aldehyde tương ứng.

Aldehyde có 9 nguyên tử carbon và không thể thêm nguyên tử carbon vào mạch trong bước cuối cùng khi phản ứng với butyl lithium và xử lý với nước Mạch carbon được nối dài thông qua sự tương tác của aldehyde với CBr4, dẫn đến phản ứng Wittig nổi tiếng giữa aldehyde và muối alkyltriphenylphosphonium Trong phản ứng này, triphenylphosphine phản ứng với CBr4 để tạo ra Br3C-PPh3 + Br - , sau đó kẽm thúc đẩy sự debrom hóa thành Ph3P2 Cuối cùng, phản ứng giữa ylide này và aldehyde tương tự như phản ứng Wittig, được gọi là phản ứng Corey-Fuchs.

Hợp chất X là hydrocarbon, được tạo thành thông qua quá trình tách hai nguyên tử brom Đầu tiên, phản ứng giữa D và butyllithium dẫn đến sự thay thế một nguyên tử brom và lithium, tạo ra carbenoid Chất trung gian này sau đó được chuyển vị thành alkyne cuối mạch và được deproton hóa trong lượng dư butyllithium Cuối cùng, xử lý hỗn hợp phản ứng với nước giúp phân tách alkyne X.

Đến giai đoạn này, chúng ta đã xác định công thức cấu tạo của các hợp chất A – D và X, trong đó các nguyên tử carbon bất đối không tham gia vào sự chuyển hoá B → C → D → X Thứ tự ưu tiên của các nhóm thế tại tâm lập thể vẫn không thay đổi Từ cấu hình (R) của tâm bất đối trong phân tử (-)-curcuquinone, ta có thể kết luận rằng tất cả các chất trung gian đều có cấu hình (R) tương ứng Tiếp theo, cần xác định cấu hình tuyệt đối của các tâm bất đối trong A Sự mở vòng epoxide do tác nhân nucleophile là một ví dụ điển hình của phản ứng thế nucleophile, trong đó oxygen epoxide đóng vai trò nhóm xuất Có hai khả năng xảy ra: racemic hoá theo cơ chế SN1 hoặc sự nghịch đảo cấu hình trong phản ứng SN2 Cyanoborohydride, một tác nhân nucleophile tốt, phản ứng với epoxide theo cơ chế SN2 Dựa trên hoá học lập thể của (-)-curcuquinone và hoá học vùng của sự mở vòng epoxide, ta có thể suy ra cấu trúc của epoxide A.

Để xác định cấu trúc của chất trung gian Y cũng như các hợp chất V, W và Z, ta biết rằng công thức phân tử của Z là C23H28O3, trong khi (-)-curcuquinone có công thức C15H20O2, với sự khác biệt là C8H8O Quá trình benzoyl hoá Y tạo ra V và W, thêm vào 7 nguyên tử carbon, 4 nguyên tử hydrogen và 1 nguyên tử oxygen (C7H4O) vào công thức phân tử, cho thấy Z có một nguyên tử carbon nữa và là một phân tử bị khử nhiều hơn so với curcuquinone Dạng khử của quinone là hydroquinone, và việc benzoyl hoá nhóm OH duy nhất của hydroquinone chỉ xảy ra khi nhóm thứ hai đã được bảo vệ Sự hiện diện của một nguyên tử carbon nữa chỉ ra rằng Y chứa một nhóm OH và một nhóm methoxy, điều này được xác nhận bởi cấu trúc của phức chất carbene ban đầu 2 Sự khác nhau trong cấu trúc của Z và curcuquinone là do điều kiện oxi hoá khác nhau: oxi hoá nhẹ nhàng bằng không khí dẫn đến decomplex hoá kim loại, trong khi sử dụng chất oxi hoá mạnh (NH4)2Ce(NO3)6 sẽ tiếp tục oxi hoá hydroquinone thành quinone.

V và W là các đồng phân dia được xác định theo các điều kiện cụ thể Khi trải qua quá trình oxi hoá nhẹ, cả hai chất này sẽ tạo ra một sản phẩm chung là Z Cấu trúc của Z, cùng với X, đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các hợp chất này.

Sự đồng phân hóa của V và W là kết quả của việc hình thành các phức chất đồng phân dia từ Z và chromium carbonyl Z.Cr(CO)n Thành phần của các phức chất này có thể được xác định dựa trên hàm lượng oxygen, với khối lượng phân tử của phức chất C23H28O3.Cr(CO)n.

Khối lượng của oxygen trong phức chất này là 16(3+n); giải phương trình:

Bước đầu tiên trong quá trình tổng hợp là phản ứng ether hoá Williamson, sau đó là sự mở vòng epoxide nhờ tác nhân Grignard hoạt động như một nucleophile Thông thường, các nucleophile này sẽ tương tác với epoxide thông qua cơ chế SN2.

Phản ứng này liên quan đến sự nghịch đảo cấu hình của nguyên tử carbon, với tính chọn lọc vùng được xác định theo thứ tự của nguyên tử carbon bậc.

1 > bậc 2 >> bậc 3 Do đó, khi không có Lewis acid, sản phẩm chính duy nhất sẽ được tạo thành bở sự tấn công của tác nhân nucleophile trên nguyên tử C(2):

Sự chọn lọc vùng trong phản ứng xảy ra khi có mặt của Lewis acid như BF3, do sự tạo phức giữa BF3 và nguyên tử oxygen của epoxide Hiện tượng này làm tăng điện tích dương trên các nguyên tử carbon C(2) và C(3), trong đó điện tích dương trên carbon bậc ba C(3) lớn hơn Vì vậy, tác chất nucleophile sẽ tấn công vào nguyên tử C(3) khi có sự hiện diện của xúc tác Lewis acid.

4) Hiệu suất tổng cộng của chuyển hoá từ geraniol thành (-)-curcuquinone là: 0.87x0.86x0.95x0.62x0.99x0.80=0.349 (34.9%)

Do đó, 0.698g (-)-curcuquinone có thể thu được từ 2.000 g geraniol

Tổng hợp coronene

Hiđrocacbon X đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà hóa học hữu cơ trong nhiều năm nhờ cấu trúc đối xứng tương tự benzen và phổ đồ 1H NMR với tín hiệu duy nhất tại 8,8 ppm Hợp chất này lần đầu tiên được tổng hợp vào năm 1932 qua một chuỗi chuyển hóa phức tạp với hiệu suất thấp khoảng 1% Đến năm 1940, X được tổng hợp bằng một phương pháp đơn giản hơn từ 7-metyl-α-tetralon (A) với hiệu suất toàn phần đạt 1,8%.

Khi xử lý xeton A với natri trong ancol, sản phẩm thu được là B1 Nếu A tác dụng với hỗn hợp natri trong ancol, sản phẩm sẽ là B2 Trong trường hợp A phản ứng với hỗn hợp kẽm trong axit clohiđric, sản phẩm tạo thành là B3 Phần trăm khối lượng của oxy trong B1 và B2 thấp hơn trong A là 0,5%.

1) Viết các phương trình phản ứng tạo thành B1, B2 và B3 Xác định chất nào trong ba sản phẩm đó được tạo thành trong quá trình tổng hợp X?

Khi cho B tác dụng với axit sunfuric, phản ứng tạo ra hai sản phẩm đồng phân thay vì sản phẩm C như mong đợi Cấu trúc của các sản phẩm này cần được vẽ rõ ràng để xác định các sản phẩm chính và phụ trong phản ứng Việc phân tích các sản phẩm đồng phân sẽ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của B khi tương tác với axit sunfuric.

3) Hoàn thành chuỗi chuyển hoá trên Xác định cấu trúc các chất C, D, E và X

4) Hãy cho biết số đồng phân lập thể của các hợp chất D và E thu được từ quá trình tổng hợp này

5) Cho hiđrocacbon X phản ứng với 1,3,5-trinitrobenzen thì thu được một hợp chất F ở dạng tinh thể Hãy xác định cấu trúc của sản phẩm này

Năm 2005, một phương pháp hiện đại để tổng hợp hợp chất X đã được công bố, sử dụng các phức chất kim loại làm xúc tác, đạt hiệu suất toàn phần 84%.

6) Xác định cấu trúc của các hợp chất G, H và I, cho biết rằng I là một đồng phân của X

Hàm lượng oxi trong phản ứng giữa A với natri hoặc hỗn hống natri trong ethanol không thay đổi đáng kể, dẫn đến tỉ lệ carbon/oxygen ổn định, chỉ số nguyên tử hydrogen thay đổi Vòng benzene không bị khử trong điều kiện phản ứng, do đó sản phẩm hình thành chủ yếu từ việc khử nhóm carbonyl Sản phẩm đầu tiên là alcohol tương ứng từ ketone ban đầu, trong khi sản phẩm thứ hai phức tạp hơn với số nguyên tử carbon gấp đôi Quá trình khử ketone bằng natri kim loại diễn ra thông qua sự chuyển điện tử từ kim loại sang nhóm carbonyl Anion-gốc tự do ketyl trong ethanol phản ứng với dung môi để tạo thành alcohol, và dimer hóa các anion-gốc tự do này trong hỗn hống natri tạo ra pinacol (1,2-diol).

Xử lý ketone với hỗn hống kẽm và HCl tạo thành các alkane tương ứng Phản ứng này còn được biết đến với tên gọi phản ứng khử Clemmensen

Acid acetic không phản ứng với 7-methyltetralin, do đó hợp chất B3 không thể là trung gian B Trong khi đó, các hợp chất B1 và B2 có khả năng phản ứng với acid acetic để tạo thành ester hoặc các sản phẩm dehydrate hóa, thường dưới sự hiện diện của acid mạnh Bước tiếp theo là phản ứng của hợp chất C với acid maleic, một phản ứng Diels-Alder, cho thấy C là 1,3-diene Vì vậy, có thể đề xuất rằng trung gian B là hợp chất B2.

Khi xử lý 1,2-diol (pinacol) với acid mạnh, hiện tượng chuyển vị pinacol sẽ xảy ra Hợp chất diol ban đầu rất đối xứng, cho phép cả hai nguyên tử oxygen bị tấn công bởi proton với xác suất tương đương Tuy nhiên, có hai con đường chuyển vị cho carbocation được hình thành, trong đó cation 1 kém bền hơn cation 2, dẫn đến việc cation 2 trở thành trung gian ổn định hơn.

63 gian được ưu đãi trong chuyển vị Sản phẩm chính của chuyển vị này là spiroketone

3, sản phẩm phụ là spiroketone 4

Diene C phản ứng với maleic anhydride qua quá trình cộng đóng vòng [4+2], tạo ra sản phẩm D Sản phẩm này được thơm hoá bằng cách đun nóng với palladium trên nền carbon trong không khí Bước cuối cùng, dehydrocyclic hoá để tạo thành X, là một quá trình khó dự đoán nếu không có kiến thức chuyên ngành, mặc dù decarboxyl hoá bằng nhiệt là phổ biến Hiệu suất thấp của bước này cho thấy sự hình thành X không phải là một quá trình hiệu quả.

Trong phản ứng này, có thể xuất hiện một số sản phẩm phụ Dựa vào cấu trúc của E và điều kiện bài toán, chúng ta có thể suy ra cấu trúc của X, với đặc điểm là có sự đối xứng và chỉ một tín hiệu duy nhất trong phổ 1H NMR.

4) Hợp chất E có tính spiral chirality và có thể tồn tại dưới hai dạng đồng phân

Hợp chất D có tính spiral chirality và bốn tâm bất đối, với cơ chế liên tục trong phản ứng Diels-Alder xác nhận rằng các nguyên tử bất đối này có cấu hình tương đối cố định Cụ thể, hai liên kết a và b nằm ở vị trí cis do định hướng cis trong dienophile, trong khi liên kết c và d cũng có vị trí cis nhờ vào hình học của diene ban đầu.

Trong phản ứng này, hai đồng phân dia của D được hình thành, tồn tại dưới dạng hỗn hợp của hai đối quang Tổng số đồng phân lập thể trong phản ứng này là 4.

5) Tương tác giữa X và 1,3,5-trinitrobenzene tạo thành phức chất chuyển điện tích (phức chất π)

I là đồng phân của X với công thức phân tử C24H12, trong đó silicon có ái lực cao với fluorine, cho phép giả thiết rằng Bu4NF có vai trò loại bỏ nhóm silicon Các nhóm được thêm vào phân tử trong giai đoạn G → H, dẫn đến việc hợp chất đối xứng anthraquinone chuyển thành sản phẩm đối xứng cao hơn X thông qua các trung gian đối xứng Nhiều ví dụ về sự vòng hoá alkyne dưới sự hiện diện của phức chất kim loại chuyển tiếp, như sự tạo thành benzene và các dẫn xuất của cyclooctadiene, minh chứng cho điều này Cấu trúc của các chất trung gian thể hiện rõ sự chuyển hóa này.

Tổng hợp prostaglandin

Prostaglandins (PG) là hormon có mặt với lượng nhỏ trong hầu hết các mô của con người, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chu kỳ thai nghén, tăng huyết áp, ung thư và hen suyễn Hình ảnh dưới đây minh họa một phương pháp tổng hợp prostaglandin PGF2α và PGE2.

1) Xác định cấu trúc các hợp chất A – E và prostaglandin PGE 2

Dưới điều kiện nhiệt độ -55 °C, từ B chỉ tạo ra một sản phẩm C duy nhất Ngược lại, ở nhiệt độ phòng, sản phẩm thu được lại là một hỗn hợp các đồng phân Cần xác định cấu trúc của các đồng phân này.

Khi xử lý chất E với axit meta-cloropeoxibenzoic, ta thu được hỗn hợp sản phẩm F và G Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng H2O2 và NaOH dẫn đến việc tạo ra duy nhất sản phẩm F, trong khi đó, với CF3COOH chỉ tạo thành sản phẩm G Dựa vào các dữ liệu này, có thể đề xuất cơ chế hình thành sản phẩm F.

The molecular formula and chemical properties of compounds A and B indicate that B is cyclopentadiene, while A is its dimer, formed through a retro-Diels-Alder reaction Strong bases deprotonate cyclopentadiene, resulting in a well-performing nucleophile This anion then reacts with alkyl halides via a nucleophilic substitution reaction.

Sản phẩm alkyl hoá C phản ứng với α-chloroacrylonitrile qua phản ứng cộng đóng vòng [4+2] Nitrile trong dung dịch kiềm bị thuỷ phân chậm, trong khi nhóm này kích thích phản ứng thế chlorine bởi tác chất nucleophile tại nguyên tử carbon α Cyanohydrin tạo ra không ổn định trong điều kiện phản ứng và phân huỷ thành ketone E.

Bước tiếp theo là oxi hoá ketone E bằng meta-chloroperbenzoic acid để tạo ra hai đồng phân với công thức phân tử C9H12O3 Khi xử lý E với dung dịch hydrogen peroxide trong môi trường kiềm, ta thu được một trong hai đồng phân Đồng phân còn lại được tạo ra khi E tác dụng với CF3CO3H Hai đồng phân này hình thành từ hai tác nhân và cơ chế khác nhau, do đó không phải là các đồng phân lập thể Một sản phẩm là epoxide, trong khi đồng phân còn lại là sản phẩm của phản ứng oxi hoá Baeyer-Villiger nhóm ketone Ngoài ra, peracid cũng được sử dụng trong phản ứng epoxi hoá Prilezhaev, cho thấy sản phẩm G là epoxide, và do đó F là ester vòng (lactone).

Lactone F được thuỷ giải trong dung dịch kiềm, sau đó phản ứng với iodine để tạo ra iodolacton Hai trong ba bước chuyển hoá iodolactone thành G khá rõ ràng: acetic anhydride chuyển nhóm OH thành OAc, và quá trình demethyl hoá (CH2OMe → CH2OH) diễn ra khi xử lý với BBr3 Cuối cùng, hệ n-Bu3SnH/AIBN được sử dụng để khử liên kết C – I thành liên kết C – H.

Hợp chất bicyclic J được oxi hoá bằng CrO3 để tạo ra aldehyde K, sau đó chuyển hóa thành enone L thông qua phản ứng Wittig Enone L được khử bằng kẽm borohydride, dẫn đến sự hình thành các đồng phân dia với công thức phân tử C17H26O5 Phân tích cấu trúc của L và PGF2α cho thấy M1 và M2 là các alcohol đồng phân, với cấu hình tuyệt đối của nguyên tử carbon liên kết với nhóm OH tương tự như trong prostaglandins.

M1 được thủy giải bởi kali carbonate, tạo ra hai nhóm ester là lactone và alkyl acetate Phản ứng với kali carbonate dẫn đến thủy giải chọn lọc nhóm ROAc, trong khi lactone thủy giải chậm hơn Xử lý alcohol với i-Bu2AlH sẽ khử ester thành aldehyde, sau đó, phản ứng Wittig chuyển hóa aldehyde này thành prostaglandin PGF2α Để ngăn chặn tương tác giữa aldehyde và các nhóm hydroxyl, các nhóm này được bảo vệ bằng dihydropyran với xúc tác acid Cuối cùng, gỡ nhóm bảo vệ bằng acid hoàn tất chuỗi phản ứng tạo ra sản phẩm đích.

2) Tại nhiệt độ phòng, cyclopentadiene có nhóm thế monoalkyl đồng phân hoá nhanh tạo thành hỗn hợp ba đồng phân:

Chuyển hoá của terpene (1)

Terpene là nhóm hợp chất được hình thành từ các đơn vị isoprene (2-methyl-1,3-butadiene) và có thể chứa các nhóm chức như hydroxyl Những hợp chất này nổi bật với hương thơm dễ chịu và chủ yếu được tìm thấy trong tinh dầu thực vật.

Terpene A là một dẫn xuất của cyclohexane, khi oxi hoá bởi chromic acid thì tạo thành ketone B Tiến hành dehydrate hoá hợp chất A thì thu được C có chứa

Hợp chất D được hình thành khi carbon (86.96%) trải qua quá trình hydro hóa Khi ozon phân tách carbon, sản phẩm thu được là E Dưới điều kiện khắc nghiệt, E được oxi hóa để tạo ra hỗn hợp các acid và CO2 Từ hỗn hợp này, 3-methylpropan-1,3-dicarboxylic acid (acid Beta-methylglutaric) được tách ra.

Hãy xác định cấu trúc các hợp chất từ A đến E và cho biết các hợp chất A-E có trong những loài thực vật nào

A – menthol có trong tinh dầu bạc hà

B – menton có trong tinh dầu bạc hà, cây phong lữ

C – menten có trong tình dầu bạc hà

Chuỗi chuyển hoá (2)

Hợp chất A (C16H15NO2) chỉ hòa tan trong acid sulfuric đậm đặc và khi tác dụng với hydrazine, nó tạo thành kết tủa Thủy phân A trong môi trường kiềm dẫn đến sự hình thành hợp chất B, được tách ra bằng ether Sau khi acid hóa phần dung dịch còn lại, chất rắn C với khối lượng phân tử 164 g/mol được tạo ra.

A và C phản ứng với dung dịch iodine trong kiềm tạo ra kết tủa D Khi C được acid hóa, nó chuyển thành acid E, với 83g E phản ứng với 1 mole NaOH Đun nóng E sẽ thu được hợp chất F, mà không phản ứng với NaHCO3 Nếu đun sôi lâu dung dịch F, E sẽ lại được thu hồi.

Hợp chất B có mùi khó chịu và tan trong dung dịch HCl 5% Khi B phản ứng với dung dịch HCl và natri nitrite, khí được sinh ra và tạo thành chất G.

G không tan trong nước nhưng có phản ứng với natri (Na) Khi G được oxi hoá bằng hỗn hợp dichromate và axit sulfuric, hợp chất H sẽ được hình thành Đun nóng chảy H với natri hydroxit (NaOH) sẽ thu được benzene.

Xác định công thức cấu tạo các chất từ A – H

Chuỗi chuyển hoá (3)

Hợp chất A (C13H15NO) phản ứng với iodine trong dung dịch kiềm, tạo ra hai sản phẩm: một chất kết tủa màu vàng B chứa 96.70% iodine và một acid C (C12H13NO2).

Thuỷ phân hợp chất C trong môi trường acid và sau đó kiềm hoá thì thu được hai sản phẩm D và E Công thức phân tử của E là C7H7NO2

Hợp chất A có thể được thủy phân trong môi trường acid, tạo ra hai sản phẩm D và F Khi F tác dụng với iodine và natri hydroxide, sau đó acid hóa bằng hydrochloric acid, sẽ tạo thành E và B Đun nóng E với NaOH dẫn đến phản ứng phân hủy, phân tách được hợp chất G (C6H7N) G phản ứng với dung dịch nước brom tạo ra một chất kết tủa Hợp chất D (C5H8O) không làm mất màu dung dịch kali permanganate và không phản ứng với Na kim loại cũng như Ag2O trong dung dịch.

NH3 Khi đun nóng mạnh, nó được oxi hoá thành hợp chất C5H8O4

Viết công thức cấu tạo các hợp chất từ A đến G

Tổng hợp malic acid

Từ R(+)-glyceraldehyde, malic acid (2-hydroxybutanoic acid) có thể được điều chế qua một quy trình gồm nhiều bước Đầu tiên, R(+)-glyceraldehyde phản ứng với hydrogen cyanide để tạo ra hai đồng phân A và B, sau đó được phân tách bằng phương pháp kết tinh chọn lọc Đồng phân B được sử dụng cho các chuyển hoá tiếp theo Khi B được thuỷ phân, ta thu được hợp chất C (C4H8O5), tiếp theo là quá trình oxi hoá với nitric acid đậm đặc tạo thành D (C4H6O6) D tiếp tục phản ứng với phosphorus tribromide để tạo ra E (C4H5BrO5) Cuối cùng, khi E phản ứng với Zn trong môi trường acid yếu, sản phẩm thu được là (-)-malic acid.

Viết sơ đồ các phản ứng xảy ra ử dụng công thức hình chiếu Fishcher

Chỉ có một đồng phân E được tạo thành từ D do cơ chế phản ứng hạn chế các cấu hình có thể Nếu xét đến các yếu tố cấu trúc và vị trí của các nhóm thế trong phân tử, số lượng đồng phân E có thể hình thành sẽ phụ thuộc vào cách sắp xếp các nguyên tử và nhóm chức Tuy nhiên, trong trường hợp này, chỉ một đồng phân E duy nhất là khả thi.

A được sử dụng trong chuỗi tổng hợp này

Phản ứng từ D → E theo cơ chế SN2 dẫn đến sự nghịch đảo cấu hình Khi hợp chất A được sử dụng trong chuỗi tổng hợp, sẽ thu được hai đồng phân E do D có hai tâm lập thể với cấu hình khác nhau Do đó, quá trình phản ứng này tạo thành một cặp đối quang của E.

Tổng hợp adipic acid

Hợp chất A (C8H15Cl) là một hỗn hợp racemate, không làm mất màu brom trong carbon tetrachloride và dung dịch kali permanganate Khi xử lý A với Zn và acetic acid, thu được hai sản phẩm B và C có cùng công thức phân tử, trong đó B là một racemat Tác dụng A với natri methoxide (CH3ONa) trong ethanol tạo thành hợp chất D Hydrogen hóa D với xúc tác platinum cho sản phẩm C Ozon hóa D và xử lý với Zn và nước tạo thành dione E Hợp chất E phản ứng với iod trong dung dịch NaOH, tạo sản phẩm X và iodoform Sau khi tách iodoform và acid hóa sản phẩm X, thu được adipic acid (1,4-butanedicarboxylic acid).

Xác định cấu trúc các hợp chất A, B, C, D và E Đề nghị cơ chế cho phản ứng chuyển hoá từ A thành D

Tổng hợp novocaine

Novocaine được sử dụng làm thuốc gây tê cục bộ Thông thường được điều chế từ toluene theo sơ đồ sau:

Trong thí nghiệm, Novocaine phản ứng với dung dịch HCl chứa natri nitrit và 2-naphtol, tạo ra một kết tủa có màu đậm Phương trình phản ứng có thể được viết như sau: Novocaine + HCl + NaNO2 + 2-naphtol → Kết tủa màu đậm.

Chuyển hoá urishiol

Urushiol là một hợp chất gây kích ứng có trong cây thường xuân và cây sồi độc, gây ra ngứa và ửng đỏ trên da khi tiếp xúc Cấu trúc của urushiol được xác định là C21H34O2, thuộc nhóm các hợp chất gây khó chịu cho con người.

Urushiol được methyl hoá và ozon phân để tạo ra hai hợp chất Để tổng hợp aldehyde A, methoxybenzene được tác dụng với sulfuric acid bốc khói, sau đó nitrat hoá với nitric acid trong sự hiện diện của sulfuric acid để thu được hợp chất B (C7H7NSO6) Đun nóng B trong dung dịch acid loãng sẽ tạo thành hợp chất C (C7H7NO3) Khi xử lý C với Zn trong HCl và thêm NaNO2 trong môi trường acid, sau đó đun nóng, hợp chất D (C7H8O2) được hình thành Phản ứng Kolbe của D với CO2 và KHCO3 tại áp suất cao tạo ra hợp chất E (C8H8O4), sau đó E tác dụng với CH3I và NaOH để tạo thành hợp chất F (C9H10O4) Khử F bằng LiAlH4 và oxy hoá với MnO2 cho hợp chất G (C9H10O3) Phản ứng Wittig của G với C6H5CH2O(CH2)6CH=P(C6H5)3 dẫn đến hợp chất bất bão hoà H (C25H30O3) Hydrogen hoá H với hydro có xúc tác Pd thu được hợp chất I (C16H26O3) Cuối cùng, oxi hoá I với pyridinium chlorochromate tạo thành aldehyde A, xác định cấu trúc và công thức phân tử của urushiol.

Chuyển hoá của terpene (2)

Tecpen là các hợp chất cacbon được hình thành từ nhiều đơn vị isopren liên kết theo kiểu “đầu-đuôi”, phổ biến trong tự nhiên và mang lại mùi hương đặc trưng cho tinh dầu Ví dụ, geraniol và nerol là hai ancol đồng phân có hai liên kết đôi, được tìm thấy trong tinh dầu hoa hồng, hương diệp, sả Java, và cỏ chanh Geraniol có thể chuyển hóa thành α-tecpineol dưới tác động của axit, trong khi nerol có phản ứng tương tự nhưng nhanh hơn.

Cấu trúc và danh pháp của các hợp chất geraniol và nerol được xác định rõ ràng Tốc độ vòng hoá của nerol nhanh hơn so với geraniol do sự khác biệt trong cấu trúc phân tử, ảnh hưởng đến khả năng tạo liên kết và ổn định của sản phẩm vòng.

Tecpineol dehydrate hoá tạo thành tecpinolen - hợp chất có chứa trong tinh dầu cây tràm Manila, rau ngò, cam Hãy đề nghị cấu trúc hợp lí nhất của tecpinolen

Trong môi trường axit, tecpinolen phân hóa thành ba dạng đien đơn vòng, được gọi là tecpinen, với α-tecpinen là sản phẩm chủ yếu Chất này có mặt nhiều trong tinh dầu của cây kinh giới, bạch đậu khấu và rau ngò Chỉ α-tecpinen có khả năng tham gia tốt vào phản ứng Diels-Alder Tuy nhiên, khi xử lý với lượng dư axit clohiđric ở nhiệt độ thấp, cả ba dạng tecpinen đều tạo thành một sản phẩm duy nhất.

Hãy vẽ cấu trúc của α-tecpinen và gọi tên theo danh pháp IUPAC

Viết sản phẩm của phản ứng Diels-Alder của α-tecpinen với anhiđrit maleic (anhiđrit butenđioic)

Hãy vẽ cấu trúc hai đồng phân còn lại của tecpinen

Khi lượng dư hiđro clorua tác dụng với tecpinen, sản phẩm tạo thành là các hợp chất clor hóa Các đồng phân của sản phẩm này bao gồm: clorotecpin, clorotecpin-1 và clorotecpin-2 Tất cả các đồng phân này cần được gọi tên theo danh pháp hóa học phù hợp.

Cấu trúc và tên theo danh pháp các hợp chất geraniol và nerol:

79 Нерол: nerol: (Z) -3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-ol Гераниол: Geraniol: (E) -3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-ol

Nerol có cấu hình Z tại liên kết đôi ở vị trí số 2, dẫn đến sự gần gũi giữa các nguyên tử tham gia phản ứng, từ đó làm tăng tốc độ phản ứng.

Cấu trúc của α-tecpinen và tên theo danh pháp IUPAC:

Cấu trúc của sản phẩm cần tìm:

Cấu trúc hai đồng phân còn lại của tecpinen:

Công thức các đồng phân của sàn phẩm cần tìm và tên gọi theo danh pháp IUPAC:

Cis-1,4-dichloro-1-methyl-4-(1-methylethyl) cyclohexane

Trans-1,4-dichloro-1-methyl-4-(1-methylethyl) cyclohexane

Hoá học về steroid

Steroit là các hợp chất quan trọng trong cấu trúc và chức năng sinh lý của cơ thể người, đóng vai trò chính trong việc kiểm soát sự phát triển hormon sinh dục và khả năng sinh sản Cholesterol là hợp chất steroit phổ biến nhất, có mặt trong hầu hết các mô của cơ thể Cấu trúc của steroit bao gồm bốn vòng được sắp xếp đặc trưng, với các liên kết giữa các vòng thường ở cấu hình trans, và được kí hiệu lần lượt là A, B.

C, D và các nguyên tử carbon được đánh số tuần tự một cách rõ ràng Nhiều hợp chất steroid chứa các nhóm methyl tại vị trí C10 và C13, cùng với nguyên tử oxy tại vị trí C3.

Hãy vẽ hình chiếu phối cảnh của khung steroit trên, cấu dạng thể hiện được vòng 6 cạnh

Xác định các tâm bất đối trong cấu trúc đó

Tính số đồng phân xuyên lập thể có thể có

Cholesterol – là một steroit trong đó R = OH, R 1 = CH(CH3)CH2CH2CH2CH(CH3)2, R 2

Cholesterol, với cấu trúc R 3 = H và liên kết đôi giữa hai cacbon C5 và C6, là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh liên quan đến hệ tuần hoàn Sự tích tụ cholesterol trong mạch máu dẫn đến xơ cứng động mạch và các bệnh tim mạch Việc xác định cấu hình (R, S) tại các tâm lập thể của cholesterol là cần thiết để hiểu rõ hơn về tác động của nó đối với sức khỏe.

Trong cơ thể người, cholesterol được chuyển hóa thành coprostanol dưới tác động của các loại vi khuẩn đường tiêu hóa Khi coprostanol được xử lý với Cr(VI), sẽ tạo ra hợp chất mới.

Cholesterol phản ứng với H2 dưới tác dụng của xúc tác Pt để tạo ra một đồng phân lập thể của coprostanol, được gọi là B (IR: 1710 cm -1 ; UV: max(ε) = 281(22)) Khi xử lý B với tác nhân Cr (VI), hợp chất C được hình thành, có tín hiệu trong phổ UV tương tự như hợp chất A với UV: max(ε) = 258 (23) Do đó, C cũng là một đồng phân lập thể.

A Thêm cẩn thận tác nhân Cr(VI) vào cholesterol thì tạo thành D: UV: max(ε) = 286

(109) Hiđro hoá D xúc tác Pt thu được C Xác định cấu trúc các hợp chất A – D

Cholesterol là tiền chất quan trọng của axit mật trong cơ thể, được sản xuất tại gan và tiết vào tá tràng để hỗ trợ quá trình nhũ hoá, tiêu hoá và hấp thụ chất béo Một ví dụ tiêu biểu là axit cholic, với cấu trúc hóa học đặc trưng, có tác dụng cải thiện tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng Ngoài ra, axit cholic còn được sử dụng trong điều trị các bệnh lý về gan và mật như viêm túi mật và viêm gan.

Steroid được tổng hợp trong phòng thí nghiệm thông qua phản ứng vòng hoá Robinson, diễn ra giữa enolat của xeton và hợp chất α,b-không no, tiếp theo là quá trình ngưng tụ aldol Để tổng hợp steroid từ hợp chất xeton nhị vòng, cần sử dụng phản ứng Robinson cùng với các tác chất cần thiết khác Cần đề xuất cơ chế phản ứng cho giai đoạn chuyển hoá cuối cùng.

Hình chiếu phối cảnh của hợp chất:

Các tâm bất đối được đánh dấu “*”

Số đồng phân lập thể của phân tử này là 2 8 = 256

Cấu trúc và cấu hình (R, S) tại các tâm lập thể của cholesterol: f) Cấu trúc các chất từ A – D:

Chuyển hoá của triopinic aicd

Axit tropinic (C8H13O4) là sản phẩm phân huỷ của atropine, một alkaloid tự nhiên chiết xuất từ cây cà độc dược (Atropa belladonna, Jimson weed) và các loại thảo mộc khác thuộc họ Solanaceae Axit này không phản ứng với dung dịch KMnO4 loãng lạnh, Br2/CCl4 và benzensulfonyl clorua Khi thực hiện quá trình methyl hoá hoàn toàn, sẽ thu được các sản phẩm cụ thể.

D + H2/Ni ® axit heptanđioic (axit pimelic)

Axit tropinic có thể được tạo thành khi cho tropinon phản ứng với tác nhân oxi hoá mạnh CrO3

Hãy đề nghị cấu trúc thích hợp cho axit tropinic và viết sơ đồ các phản ứng từ a – e

Khi khử tropinon, tropin và pseudotropin với công thức phân tử C8H15ON được thu được Tropin có khả năng chuyển hoá thành pseudotropin khi đun nóng trong môi trường kiềm Cần vẽ cấu trúc của cả hai hợp chất và giải thích quá trình chuyển hoá này, đồng thời đánh dấu * vào các tâm bất đối trên tropinon Tropinon hình thành từ sự oxi hoá hygrin bởi enzym NAD+ hoặc các tác nhân oxi hoá Cần đề xuất cơ chế hợp lý cho sự đóng vòng này.

Chuỗi phản ứng từ a – e như sau:

Oxi hoá tropinone dẫn tới việc tái mở vòng

Khử hoá tropinone tạo ra hai ancol đồng phân là tropine và pseudotropine, khác nhau về vị trí exo- và endo- của nhóm hydroxyl Hai hợp chất này có khả năng chuyển hoá qua lại trong môi trường kiềm.

Tổng hợp tropinone từ hygrine được tiến hành như trong sơ đồ cuối cùng.

Thuốc giảm đau hạ sốt paracetamol

Paracetamol hay acetaminophen là một dược chất có công dụng làm giảm đau và hạ sốt, được Harmon Northrop Morse tổng hợp nhân tạo lần đ62u tiên vào năm

Paracetamol, được phát hiện vào năm 1878 và được Bernard Brodie cùng Julius Axelrod thuộc sở y tế New York đưa ra chủ trương sử dụng trong điều trị từ năm 1948, đã trở thành một trong những thuốc giảm đau và hạ sốt phổ biến nhất Sản phẩm paracetamol đầu tiên, Tylenol Children’s Elixir, được McNeil Laboratories giới thiệu vào năm 1955 dành cho trẻ em Hiện nay, paracetamol được biết đến với nhiều tên biệt dược khác nhau và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

Vì nó có rất ít tác dụng phụ với liều điều trị nên được cung cấp không cần kê đơn ở hầu hết các nước

Khi hợp chất A phản ứng với O3 trong môi trường nước, hai hợp chất B và C được hình thành Cả B và C đều phản ứng với PCl5, tạo ra hai sản phẩm tương ứng.

Hợp chất D phản ứng với paracetamol để tạo ra các sản phẩm F và G, trong khi hợp chất E cũng tương tác với paracetamol để tạo thành H Khi dẫn hơi F qua AlCl3 khan, hợp chất I được hình thành Ngoài ra, dưới tác động của hỗn hợp HF và SbF5, hợp chất H sẽ trải qua quá trình đồng phân hóa.

J và K Đun nóng I trong dung dịch axit sunfuric loãng, thu được hợp chất L Trong cùng điều kiện, hợp chất J và K chuyển hoá thành M

• Hãy vẽ công thức cấu tạo của các hợp chất trên

• Cho biết vai trò của AlCl3 trong quá trình này

• Vai trò của HF + SbF5 trong quá trình đồng phân hợp chất H ?

Công thức cấu tạo các hợp chất:

AlCl3 acts as a Lewis acid and serves as a catalyst that stabilizes carbocation intermediates Similarly, the combination of HF and SbF5 functions as a superacid, also contributing to the stabilization of carbocation intermediates.

Phản ứng chuyển vị Favorskii

Phản ứng tái cấu trúc vòng của các phân tử hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và cơ chế phản ứng Những phản ứng này thay đổi liên kết giữa các nguyên tử và nhóm chức thông qua chuỗi chuyển hoá Một trong những phản ứng nổi bật là phản ứng chuyển vị Favorskii, được phát hiện cách đây hơn một thế kỷ, minh họa cho sự thú vị của loại phản ứng này.

Phản ứng chuyển vị Favorskii có thể xảy ra với nhiều tác nhân nucleophin khác như ankoxit hoặc ion xianua Hai cơ chế đã được đề xuất để giải thích sự hình thành sản phẩm trong phản ứng chuyển vị này Để xác định cơ chế thực sự, các nhà nghiên cứu đã áp dụng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ C-14 trong chuỗi chuyển hoá.

Vẽ cấu trúc của tất cả các hợp chất 1 – 10 và đánh dấu * trên nguyên tử cacbon đồng vị

Sau khi khử hợp chất 5, hai đồng phân 6 và 7 được hình thành, nhưng chỉ có hợp chất 7 tham gia phản ứng để tạo ra hợp chất 8 Cần vẽ công thức lập thể cho hai hợp chất 6 và 7, đồng thời viết cơ chế để giải thích sự hình thành của hợp chất 8.

Phản ứng của hợp chất 10 với NaOMe xảy ra sự chuyển vị Favorskii và thu được sản phẩm là hợp chất 11

Xác định vị trí của đồng vị phóng xạ C 14 trong hợp chất 11 tương ứng theo hai cơ chế A và B

Sản phẩm 11 được tiến hành giảm cấp theo chuỗi chuyển hoá sau:

Trong quá trình giảm cấp trên, tổng lượng khí chứa nguyên tử đồng vị phóng xạ được giải phóng ít hơn 25% so với lượng đồng vị phóng xạ có trong este ban đầu Cần đề xuất một cơ chế hợp lý để giải thích hiện tượng này.

Trong nhiều quá trình chuyển hóa, chuyển vị Favorskii đóng vai trò quan trọng Hãy xác định cấu trúc của các hợp chất 12 – 14 chưa biết và đề xuất cơ chế hợp lý cho sự hình thành của chúng Đặc biệt, hợp chất 13 được ghi nhận có một dao động mạnh tại mũi, điều này cần được xem xét kỹ lưỡng trong nghiên cứu.

Cho biết các sản phẩm phụ nào có thể thu được khi một α-halogen xeton tham gia phản ứng trong cùng điều kiện của chuyển vị Favorskii

Cấu trúc các hợp chất 1-10

Cơ chế giải thích sự tạo thành hợp chất 8

Tổng hợp hợp chất bicyclo (2)

Khung sườn bixiclo của hợp chất X có mặt trong nhiều ankaloit tự nhiên Bài viết này trình bày một phương pháp đơn giản để tổng hợp hợp chất X, tập trung vào phản ứng nitro-andol giữa benzalđehit và nitrometan.

Hãy giải thích tại sao nitrometan lại có tính axit đủ để đảm bảo cho phản ứng andol xảy ra ?

Trong môi trường kiềm, benzalđehit và nitrometan tham gia phản ứng nitro-andol, tạo ra hợp chất A với công thức phân tử C8H7NO2 Dựa trên kiến thức về phản ứng ngưng tụ andol, chúng ta có thể xác định cấu trúc của hợp chất A.

Hợp chất B, có công thức phân tử C8H11N, được tạo ra từ quá trình khử hoàn toàn A bằng hiđro với xúc tác platin trên than hoạt tính B là một hợp chất có tính kiềm tương đối và dễ dàng tạo thành muối khi phản ứng với axit Hãy vẽ cấu trúc của hợp chất B.

B trong môi trường axit phản ứng với fomanđehit để tạo thành hợp chất sau cùng X

Trong quá trình chuyển hoá, một chất trung gian C (C9H11N) được hình thành và tham gia vào phản ứng đóng vòng để tạo ra bixiclo X (C9H11N) X có tính kiềm tương đối và thường được tách ra dưới dạng muối Dựa trên hoạt tính của các hợp chất cacbonyl, có thể đề xuất cấu trúc cho các hợp chất C và X.

Tính acid của nitromethane cao là do sự hình thành các công thức công hưởng làm bền anion

Phản ứng chuyển vị sigmatropic

Các phản ứng peri hoá (pericyclic) là quá trình biến đổi liên tục và phối hợp các electron và liên kết thông qua trạng thái vòng chuyển tiếp, trong đó nhiều liên kết được tạo thành hoặc phá vỡ cùng lúc Chuyển vị sigmatropic là một nhóm lớn trong các phản ứng peri hoá, với chuyển vị [3,3]-sigmatropic là phổ biến nhất trong tổng hợp hữu cơ Chuyển vị này liên quan đến sự chuyển hoá 1,5-điene và hệ cacbon, nổi tiếng với tên gọi chuyển vị Cope; trong trường hợp allyl vinyl ete, nó được gọi là chuyển vị Claisen.

Chuyển vị sigmatropic đã được sử dụng rất nhiều trong việc tổng hợp các phân tử phức tạp cũng như được ứng dụng trong các quy trình công nghiệp

Giai đoạn then chốt trong quá trình tổng hợp ankaloit strychnine nhờ vào phản ứng này:

Công ty hoá học BASF tiến hành sản xuất xitral (một chất trung gian trong quá trình tổng hợp vitamin A) theo con đường như sau:

Hãy viết cơ chế phản ứng (ngoại trừ phần tách nước ở ví dụ 2) và các chất trung gian có thể có cho cả hai ví dụ trên

Ví dụ 1, đầu tiên, ion iminium được tạo thành do sự ngưng tụ giữa amine bậc hai và aldehyde:

Chuyển vị [3.3]-sigmatropic tạo thành trung gian enol, sau đó nó tham gia phản ứng vòng hoá với ion iminium mới để tạo thành sản phẩm ketone

Phản ứng giữa ancol và aldehyde trong điều kiện khử nước sẽ tạo ra enol ether Enol ether sau đó tham gia vào hai chuyển vị [3,3]-sigmatropic liên tiếp, bắt đầu với chuyển vị Claisen và tiếp theo là chuyển vị Cope.

Một hợp chất “hoa mỹ” ở thế kỉ trước

Bài viết đề cập đến việc tổng hợp một hợp chất hiđrocacbon thơm đa vòng, lần đầu tiên được thực hiện bởi giáo sư Erich Clari tại đại học Glasgow vào năm 1964 Sự tổng hợp này có liên quan chặt chẽ đến nghiên cứu và phát triển lý thuyết về tính thơm Hiện nay, nhờ vào sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ nano, các hợp chất này được kỳ vọng sẽ trở thành nguyên liệu mới trong các tinh thể lỏng và trong quá trình tổng hợp "kim loại" Bài viết cũng yêu cầu xác định cấu trúc các hợp chất từ A đến G trong dãy chuyển hoá.

Axit đicacboxylic A là sản phẩm chính trong tất cả các sản phảm có thể có của phản ứng axyl hoá

Trong hợp chất B chỉ có một vòng mới được tạo thành

Hợp chất D có chứa năm vòng

Dữ kiện phổ 1 H-NMR của hợp chất E cho thấy có 3 tín hiệu với cường độ tích phân (các diện tích) là 2:2:3

Sự chuyển hoá cuối cùng có hiệu suất không đáng kể và bất thường nhưng sẽ dẫn đến sự tạo thành một cấu trúc “hoa mỹ”

Lồng đại phân tử

Chúng ta đã biết rõ phản ứng giữa este của axit cacboxylic với amin bậc ba:

1 Viết sản phẩm phản ứng và giải thích sự tạo thành nó bằng cơ chế phản ứng

Phản ứng (1) diễn ra chậm, kéo dài từ nhiều giờ đến nhiều ngày Lý do phản ứng này xảy ra nhanh hơn trong các dung môi phân cực như dimetylfomamit so với dung môi không phân cực như heptan là do sự tương tác mạnh mẽ giữa các phân tử trong dung môi phân cực, giúp tăng cường khả năng hòa tan và thúc đẩy quá trình phản ứng.

Các chất A và B là những este có khả năng phản ứng với quinuclidine C tương tự như trong phản ứng (1) Đáng chú ý, các nhóm nguyên tử gần nhóm este trong hai hợp chất này có vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng.

Quinuclidin có phản ứng nhanh với este A trong mesitylene, chỉ mất 3 phút, trong khi phản ứng với hợp chất B diễn ra rất chậm đến mức không thể quan sát được trong cùng điều kiện.

Cấu trúc ba chiều của hai hợp chất A và B cho dưới đây:

(Chú ý có một số đoạn axit propan không vẽ ra để không chắn sự quan sát nhóm chức este)

3 Giải thích tại sao este A trong mesitylene không có cấu trúc phẳng mà lại có dạng lồng?

Quá trình tổng hợp quinuclidin được hoàn chỉnh bằng cách xác định các sản phẩm trung gian I và II Cơ chế tạo thành sản phẩm trung gian I cần được trình bày rõ ràng, đồng thời cấu trúc của tác nhân X ở bước cuối cũng cần được chỉ ra.

Vẽ cấu trúc không gian của quinuclidine C và gọi tên nó theo IUPAC Xác định các nguyên tử bất đối trong cấu trúc của II và C

Vẽ cấu trúc ba chiều của phức chất hoạt động giữa este A và quinuclidine, trong đó A có cấu trúc lồng Chỉ cần thể hiện sơ đồ mà không cần chi tiết hóa từng liên kết hay nguyên tử Hãy chỉ ra hình dạng chính của phân tử, đồng thời xác định vị trí của nhóm este metyl và nhóm cacboxyl so với nguyên tử nitơ của quinuclidine.

Thể tích của este lồng A được tính là 160 ų, với giả định lồng có hình dạng cầu Sử dụng công thức thể tích hình cầu 4/3πr³, và biết rằng độ dài liên kết trong phân tử quinuclidine là 1,2 Å cùng với bán kính nguyên tử hydro cũng là 1,2 Å, chúng ta có thể ước lượng kích cỡ của phân tử quinuclidine Từ đó, có thể tính toán số lượng phân tử quinuclidine có thể được chứa trong một “lồng”.

7 Tính nồng độ quinuclidine trong lồng (mol/L)

8 Khi trộn quinuclidine với este A trong cloroform (triclometan) thì phản ứng sẽ trở nên chậm như khi cho quinuclidine phản ứng với este B Giải thích kết quả thu được

Dung môi phân cực có khả năng solvat hóa các tiểu phân, giúp phức chất hoạt động với cấu trúc tích điện một phần trên nguyên tử N và C trở nên bền vững hơn Sự hiện diện của dung môi phân cực làm giảm năng lượng hoạt hóa, từ đó ưu tiên sự tồn tại của cấu trúc lưỡng cực.

3 Lý do ở đây là liên kết hydro giữa các nhóm propanamit khác nhau (-C=O ∙ ∙ ∙ H- N-), nhưng ở gần nhau trong không gian khi phân tử có cấu trúc lồng

Thể tích khối cầu được tính bằng công thức 4/3πr³, với đường kính của lồng este là 6,74 Å Trong phân tử quinuclidine, khoảng cách xa nhất giữa các liên kết là 5 liên kết, tương đương 6 Å Nếu giả định rằng carbon sp³ có góc liên kết 109°, khoảng cách thực tế sẽ thấp hơn, khoảng 4 Å, nằm trong khoảng từ 3,5-4,5 Å Khi thêm hai nguyên tử hydro, đường kính của quinuclidine đạt từ 5,9-6,9 Å, cho thấy không gian trong lồng chỉ đủ cho một nguyên tử duy nhất.

Phân tử mesitylene lớn hơn quinuclidine, do đó không thể nằm gọn trong cấu trúc lồng chỉ đủ cho một phân tử quinuclidine Trong khi đó, phân tử clorofom đủ nhỏ để chiếm chỗ quinuclidine trong lồng Với nồng độ clorofom cao hơn quinuclidine, phân tử clorofom sẽ chiếm vị trí trong lồng, ngăn chặn sự hình thành phức chất hoạt động đại phân tử.

Những hợp chất vòng nhỏ chống bệnh tiểu đường

Sơ đồ dưới đây minh họa một phương pháp công nghiệp hiệu quả trong việc tổng hợp dược phẩm mới dành cho điều trị bệnh tiểu đường tuýp 2 Phương pháp này nổi bật với sự đơn giản và dễ dàng trong quá trình tinh chế sản phẩm, thường được sử dụng để sản xuất dược phẩm với khối lượng vài kilogam phục vụ cho chữa trị và nghiên cứu lâm sàng.

Xác định cấu trúc của các hợp chất A, B, C, D và E là bước đầu tiên trong nghiên cứu Đề xuất cơ chế phản ứng cho quá trình hình thành D từ C bao gồm ba giai đoạn Đầu tiên, một tác chất hoạt động được hình thành từ phản ứng giữa hợp chất sulfua và bazơ mạnh Sau đó, tác chất này sẽ cộng vào hợp chất C, và cuối cùng là quá trình tách loại sản phẩm phụ để tạo thành D.

Sử dụng và lạm dụng các hợp chất chứa nitrogen

Khi phân huỷ ure ở nhiệt độ khoảng 175°C, thu được hợp chất A có tính axit (pKa1 = 7) và cấu trúc đối xứng cao, với thành phần bao gồm C: 27,9%, H: 2,3%, N: 32,6%, O: 37,2% Quá trình này cũng giải phóng khí không màu B Hợp chất A tồn tại dưới dạng hỗn hợp các đồng phân A1 và A2 trong dung dịch.

A1 có tính thơm là dạng ưu đãi hơn

A có thể được chuyển hoá thành hai hợp chất clorua là C1 (N: 22,8%) và C2 (N: 18,1%) C1 phản ứng tốt với nhiều tác nhân nucleophin, tạo ra các sản phẩm đa chức và thường được sử dụng làm tiền chất trong thuốc trừ sâu và phẩm nhuộm huỳnh quang Ngược lại, C2 được sử dụng phổ biến làm chất khử trùng nước và chất tẩy trắng.

Hợp chất D, mặc dù không có mặt trên thị trường, có thể được tổng hợp từ phản ứng giữa C1 và khí B, với hàm lượng nitơ cao lên tới 66,6% Việc sử dụng D để tăng cường hàm lượng protein trong sản phẩm sữa đã dẫn đến một vụ bê bối lớn tại Trung Quốc vào năm 2008.

C1 được ứng dụng phổ biến trong tổng hợp hữu cơ, cho phép chuyển hóa đơn giản từ axit cacboxylic thành amit, este hoặc ancol nhờ vào sự có mặt của nhiều hợp chất có cấu trúc tương tự.

Khi xử lý C1 với metanol và sau đó là N-metylpiperiđin (NMP) tạo nên một sản phẩm ghép nối E (N 20,4%) dưới dạng muối clorua

Sản phẩm E chủ yếu được sử dụng để tổng hợp các loại amit khác nhau Mặc dù E có giá thành rẻ và dễ sử dụng, cho phép điều chế trên quy mô vài kilogam, nhưng nó có nhược điểm lớn là dung môi phản ứng phải được chọn lọc là tetrahydrofuran Trong các dung môi khác như clorofom hoặc axetonitril, E sẽ tham gia phản ứng giảm cấp nhanh chóng, tạo ra hợp chất trung tính F (N: 25,0%) và khí G.

Xác định cấu trúc của các hợp chất A1, A2, B, C1, C2, D, E, F và G Đề nghị một giải pháp đơn giản để tránh sự giảm cấp của tác chất E

Sử dụng cơ chế phản ứng để giải thích sự chuyển hoá một axit cacboxylic RCOOH thành amit RCONHR’ sử dụng tác chất E

Cấu trúc của các hợp chất A1, A2, B, C1, C2, D, E, F và G

Thay thế clorua bằng một anion không có tính nucleophile (BF4 -, PF6 -)

Nước hoa Channel No.5

Chanel No 5, loại nước hoa huyền thoại được ra mắt vào năm 1921, vẫn duy trì vị thế phổ biến cho đến ngày nay Nước hoa này nổi tiếng không chỉ vì hương thơm độc đáo mà còn nhờ vào lời thú nhận của nữ diễn viên Marilyn Monroe, người đã chia sẻ rằng cô chỉ có thể ngủ ngon sau khi xức vài giọt Chanel No 5 Một trong những lý do được cho là do người trợ lý của cô đã thêm quá nhiều chất 2-metylunđecanan vào công thức nước hoa này.

2-metylunđecanan là một hợp chất tổng hợp nhân tạo, và do đó, một phương pháp tổng hợp hiệu quả đã được đề xuất Việc sử dụng đồng vị 13C giúp nghiên cứu cơ chế phản ứng một cách dễ dàng hơn.

Hãy vẽ cấu trúc của các hợp chất A và B Đề nghị cơ chế thích hợp cho phản ứng thứ nhất và thứ ba

Phương pháp tổng hợp có chọn lọc lập thể hợp chất (R)-2-metylunđecanan G được đề xuất nhằm xác định đối quang có mùi thơm cần thiết cho nước hoa Sự hình thành tâm bất đối xứng được thực hiện nhờ tác nhân bất đối 2-(metoxymetyl)-piroliđin-1-amin C.

Hãy vẽ cấu trúc của hợp chất (R)-2-methylundecanal G Đối quang nào của C 2-(metoxymetyl)piroliđin-1-amin được sử dụng trong tổng hợp này? Tại sao?

Hãy vẽ cấu trúc các hợp chất D – F

Sau khi hoàn tất quá trình tổng hợp, người ta nhận ra rằng cả hai đồng phân đều có một mùi hương tương tự nhau:

Hướng dẫn sử dụng đối quang (S) cho quá trình tạo imine D, trong đó nhóm methoxy cồng kềnh ngăn cản methyl cộng vào imine từ mặt Si Kết quả là methyl sẽ cộng vào imine từ mặt ít cản trở hơn, dẫn đến quá trình thủy phân tạo thành (R)-methylundecanal.

Bất đối mà không có tâm bất đối

Allen không chỉ là nguyên liệu đa năng trong tổng hợp hữu cơ mà còn là một ví dụ thú vị về tính đối xứng của phân tử Việc tổng hợp allen một cách chọn lọc về mặt lập thể gặp nhiều khó khăn, dẫn đến việc chúng thường được thu nhận dưới dạng hỗn hợp racemix và sau đó tách ra thành các đối quang riêng biệt Một trong những phương pháp tổng hợp allen sẽ được trình bày dưới đây.

Cấu trúc của A cần được xác định, tuy nhiên, phản ứng này không đạt hiệu quả cao và A chỉ là một trong số ít sản phẩm khả thi Do đó, cần đề xuất cơ chế chuyển hoá A thành allen.

Một trong những phương pháp hiệu quả để thu được allen ở dạng đối quang tinh khiết là tách ra khỏi hỗn hợp racemix thông qua cân bằng động Phương pháp này tận dụng sự epime hoá nhanh chóng và độ tan thấp của một trong các đồng phân lập thể Epime hoá là quá trình nghịch đảo cấu hình của một đối quang thành một đối quang khác thông qua một chất trung gian phổ biến Khi tất cả các hợp chất ở trạng thái cân bằng, vị trí cân bằng sẽ dịch chuyển về phía tạo ra đồng phân ít tan hơn, cho phép thu được nó dưới dạng kết tủa Điều kiện phản ứng bao gồm nhiệt độ phòng, Et3N (0,05 eq), pentan, với R* là (-)-methyl.

Cho biết cấu trúc của chất B

Modafinil - Làm việc mà không buồn ngủ

Modafinil ban đầu được phát triển để điều trị chứng ủ rũ, một tình trạng khiến người bệnh dễ rơi vào giấc ngủ không kiểm soát Hiện nay, loại thuốc này đã trở thành phổ biến trong cộng đồng học sinh và doanh nhân, nhờ vào khả năng tăng cường sự tỉnh táo và tập trung.

Modafinil không chỉ giúp tăng cường hiệu quả làm việc sau một đêm không ngủ mà còn được sử dụng để điều trị trầm cảm và cải thiện trí nhớ So với caffein, modafinil có ít tác dụng phụ hơn, nhưng do hiệu quả lâu dài của nó chưa được kiểm chứng, nên vẫn cần phải có đơn thuốc để sử dụng Mặc dù vậy, nhiều người vẫn tìm mua modafinil từ các cửa hàng trực tuyến hoặc nơi kinh doanh bất hợp pháp mà không lo ngại.

Phương pháp tổng hợp Modafinil trong công nghiệp được mô tả qua sơ đồ dưới đây Trong phổ 1 H NMR, hợp chất A xuất hiện với một mũi đơn tại 6,0 ppm, có cường độ lớn gấp 10 lần so với mũi khác tại 7,3 ppm Phổ khối lượng cho thấy hai mũi với hàm lượng bằng nhau cho ion phân tử ở 246 và 248 m/z Để ngăn chặn sự hình thành sản phẩm phụ C’ khi xử lý A với natri hiđrosunfit, một giai đoạn bổ sung đã được thêm vào chuỗi phản ứng.

Vẽ cấu trúc các hợp chất chưa biết trong sơ đồ trên Đề nghị cơ chế cho phản ứng D ® E

Modafinil trong thực tế tồn tại ở dạng hỗn hợp hai đối quang, trong đó đồng phân R có hoạt tính sinh học đã đề cập

Vẽ cấu trúc của đối quang có hoạt tính của Modafinil

Các hợp chất polyhydroxyl xiclohexanoid bất đối xứng

Các hợp chất polyhydroxyl xiclohexanoid có thể mang lại lợi ích trong việc điều trị bệnh tiểu đường, nhiễm khuẩn và ung thư nhờ vào các đối quang tinh khiết của chúng.

Sơ đồ dưới đây cho thấy việc tách đối quang B nhờ xúc tác enzim

Hãy tìm các tâm lập thể của hợp chất B và chỉ rõ cấu hình của chúng

C Tanyeli từ Đại học Công nghệ Trung Đông Ankara, Thổ Nhĩ Kỳ, một trong những người tổ chức cuộc thi ICHO 43, đã sử dụng B làm nguyên liệu ban đầu để tổng hợp hai đối quang tinh khiết của hợp chất polyhydroxyl là G1 và G2.

Xác định cấu trúc các hợp chất D – G

Cho biết mối quan hệ giữa hai hợp chất G1 và G2 là gì ? (đối quang, đồng phân cấu tạo, xuyên lập thể phân, cấu dạng)

Hướng dẫn Đồng phân cấu tạo

Cuộc săn tìm carbon phẳng

Giữ một nguyên tử cacbon phẳng trong phân tử lai hoá sp3 là một thành công lý thuyết thú vị Cấu trúc hình học này tạo ra sức căng lớn, đồng thời đặt ra thách thức hấp dẫn trong việc duy trì sự ổn định của các nguyên tử trong phân tử "bền".

Fenestrane, một nhóm hợp chất đặc biệt, có thể là giải pháp cho những thách thức khoa học hiện nay Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hợp chất fenestrane C9 đối xứng, với hy vọng được tổng hợp ở dạng đối xứng phẳng, vẫn chưa được thực hiện.

Bài viết này giới thiệu một phương pháp tổng hợp fenestrane C13 đối xứng, mặc dù góc giữa các liên kết trong phân tử bị biến dạng đáng kể, nhưng mặt phẳng đối xứng quanh nguyên tử cacbon vẫn chưa được đạt được.

Bazơ cồng kềnh = lập thể lớn khoảng 2 lần so với bazơ như LDA (lithium diisopropilamide)

Lượng bazơ cần thiết để thu được D theo lý thuyết là 1 mol

Bazơ được sử dụng trong việt đeproton hoá hợp chất C không phản ứng với ankin đầu mạch

D được hình thành trong phản ứng SN2 ban đầu và có chứa nguyên tử photpho, trong môi trường axit, hợp chất này không bền và chuyển hoá thành E

E là một hợp chất vòng 8

Việc xây dựng tiếp khung cacbon yêu cầu sử dụng phản ứng Pauson-Khand, trong đó các tác chất ankin, anken và carbon monoxide, dưới sự hiện diện của xúc tác cobalt, sẽ tạo ra các vòng xiclopentenon Để ứng dụng phản ứng này trong quá trình tổng hợp hiện tại, cần gỡ bỏ nhóm cacbonyl trong E để chuyển đổi thành F.

G đã có khung sườn cacbon trong hợp chất J

Hợp chất J rất đối xứng

Cho biết cấu trúc của các hợp chất A – J Đề nghị cơ chế cho sự chuyển hoá D ® E

Tổng hợp Proline

Prolin là một α-aminoaxit quan trọng trong 20 loại amino axit được ADN mã hóa, với nhiều dẫn xuất có hoạt tính sinh học đáng kể Trong suốt thời gian qua, nhiều phương pháp tổng hợp các dẫn xuất của prolin đã được nghiên cứu, bao gồm cả các phản ứng vòng hoá của các chất trung gian cation.

Xác định cấu trúc của các hợp chất A, B, C, D và E (Gợi ý: 2 mol B thu được từ 1 mol A, các hợp chất D và E đều chỉ chứa một nhóm thế trên liên kết đôi)

Trước khi tiến vào giai đoạn chính trong chuỗi tổng hợp prolin, hãy xem xét một ví dụ đơn giản về quá trình chuyển hóa Hợp chất xiclobutan, với hai nhóm thế dưới đây, sẽ chuyển hóa thành chất X khi được đun nóng.

Vẽ cấu trúc của X Tất cả các liên kết đôi trong X đều có cấu hình Z

Để đảm bảo thu được cấu hình Z trong sản phẩm X, cần vẽ lại cấu trúc của hợp chất xiclobutan ban đầu và chỉ rõ hóa học lập thể của nó.

X được sử dụng để điều chế 9-BBN, một tác nhân khử phổ biến, thông qua phản ứng với phức borane-dimethyl sulfide Cấu trúc của 9-BBN, được biết đến theo danh pháp IUPAC là 9-borabixiclo[3.3.1]nonan, có đặc điểm độc đáo trong hóa học hữu cơ.

Hoàn thành các giai đoạn tiếp theo để tổng hợp prolin theo sơ đồ sau:

Khi B kết hợp với E, hai phản ứng liên tiếp xảy ra, được gọi là phản ứng domino hay phản ứng "kiểu thác nước" Phản ứng đầu tiên tương tự như loại đã đề cập trước đó, và cả F lẫn G đều là các ion iminium.

Vẽ cấu trúc của các hợp chất F, G và H

Cho biết tên của các phản ứng F ® G và G ® H trong chuỗi chuyển hoá trên Đề nghị cơ chế hợp lí giải thích sự tạo thành hợp chất H từ B và E

Loại tảo chống bệnh ung thư

Loài tảo đỏ thuộc chi Laurencia, như Laurencia carilaginea, nổi bật với khả năng sản xuất nhiều hợp chất sinh học có hoạt tính Qua quá trình sàng lọc chiết xuất từ loài này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện hai hợp chất thuộc họ chamigrane, có khả năng gây độc tế bào chọn lọc và tiềm năng trong nghiên cứu chống khối u, đặc biệt hiệu quả trong việc chống lại ung thư ruột kết Dưới đây là sơ đồ đề nghị tổng hợp hợp chất majosculone thuộc họ chamigrane.

Dữ kiện về phổ NMR của hợp chất A:

Trong phổ 1 H NMR tín hiệu tại 0,9 ppm biến mất khi thêm vào một ít CD3OD

Tỉ lệ diện tích phía dưới các mũi trong 1 H NMR là 1:1:2:2:3:1

Hợp chất A có khối lượng phân tử là 86,07

D’ là sản phẩm phụ của phản ứng

Xác định cấu trúc của các hợp chất A – E Đề nghị các tác chất và điều kiện phản ứng cần cho bước F

G là một chất trung gian trung tính rất hoạt động, được hình thành trong phản ứng tách loại α, với cấu trúc bao gồm một nguyên tử carbon và sáu electron hóa trị KHMDS, một bazơ mạnh và cồng kềnh, đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng hóa học liên quan đến G.

1 Xác định cấu trúc chất trung gian G và các hợp chất I và J

Sản phẩm cuối cùng có thể là đối xứng hoặc bất đối xứng Nếu sản phẩm là bất đối xứng, cần vẽ cấu trúc của một trong các đồng phân lập thể và xác định cấu hình tuyệt đối tại các tâm lập thể.

3 Cho biết số đồng phân lập thể có thể có của hợp chất H

4 Đề nghị cơ chế hợp lí để giải thích sự tạo thành hợp chất G và quá trình chuyển hoá I ® J

Kháng sinh Fortamin

Thuốc kháng sinh Fortamin sở hữu cấu trúc độc đáo với tất cả các nguyên tử carbon đều bất đối xứng Việc xác định cấu hình tuyệt đối của chúng là điều cần thiết, bên cạnh việc trả lời các câu hỏi liên quan khác Thông tin về hóa học lập thể cần được trình bày một cách rõ ràng cho tất cả các hợp chất.

Khi nguyên liệu A phản ứng với m-chloroperoxybenzoic acid và methylamine, hợp chất B được hình thành Tiếp theo, B phản ứng với methylchloroformate và NaH/MeI, tạo ra hỗn hợp racemic D Để thu được Fortamine là một đối quang tinh khiết, cần sử dụng các trung gian B1 và B2, là các đồng phân dia của nhau Trong quá trình phân tách B1 và B2, hợp chất (S,S,S) được tách ra và xử lý với natri trong ammonia lỏng, dẫn đến việc tạo ra đối quang tinh khiết C1.

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất B, B1, B2, C và C1

Sự chuyển hoá từ D thành E là một cải tiến của phản ứng kinh điển, trong đó carboxyacid được sử dụng thay cho ester Cả ester và acid đều tạo ra sản phẩm tương tự, nhưng việc sử dụng carboxyacid mang lại những lợi ích nhất định trong quá trình phản ứng.

127 thành cùng một sản phẩm E Khi xử lý E với một base không có tính nucleophile như DBU thì tạo thành sản phẩm tách loại F

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất D và E

• Đề nghị cơ chế cho phản ứng hình thành D → E

Khác với mCPBA và các peroxyacids khác, CF3CO3H có khả năng tạo phức với cả chất cho liên kết hydrogen và các ancol đã được bảo vệ, dẫn đến phản ứng chọn lọc lập thể Khi xử lý G với PhSNa và tách loại, hợp chất H được thu được Qua một số phản ứng tiếp theo, chất này sẽ tạo ra đối quang tinh khiết Fortamine.

• Xác định cấu trúc của các phân tử phức chất trung gian của phản ứng F → G

• Vẽ công thức cấu tạo các hợp chất G – J

• Xác định cấu hình tại các carbon bất đối của Fortamin sử dụng danh pháp R/S

Dẫn xuất nocaine

Nocaine tác động lên hệ thần kinh trung ương giống như cocaine, nhưng với khả năng gây nghiện thấp hơn nhiều, nên được ứng dụng trong điều trị nghiện cocaine Một số dẫn xuất của nocaine có hoạt tính sinh học mạnh mẽ.

Phổ NMR của hợp chất B:

1H NMR (500 MHz) : 2.37 (2H, dt, J = 6.0, 3.0 Hz), 2.41 (3H, s), 2.50 (2H, t, J = 6.0 Hz), 3.15 (2H, s), 3.74 (3H, s), 7.00 (1H, t, J = 4.0 Hz)

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất A và B

Trong phân tích NMR, cần xác định rõ các tín hiệu NMR tương ứng với từng nguyên tử Cần lưu ý rằng một số tín hiệu của nguyên tử carbon-13 (13C) có thể không phân biệt rõ ràng giữa các nguyên tử khác nhau.

Dẫn xuất 1, 2, 4-oxadiazoline X vừa có hoạt tính cao hơn vừa ít bị chuyển hoá hơn nocaine nên có thể được dùng ở liều thấp hơn

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất C, D và X

• Đề nghị cơ chế cho sự hình thành của vòng 1, 2, 4-oxadiazoline (D → X)

Dẫn xuất JZ-IV-10 của nocaine không gây ra cảm giác khoan khoái và kích thích như cocaine, nhưng nó có khả năng tăng cường sự tỉnh táo và giảm nhu cầu ngủ Vì vậy, JZ-IV-10 có thể được sử dụng trong điều trị chứng ngủ rũ.

• Hãy vẽ cấu trúc cho các hợp chất E – G

• Đồng phân lập thể 3R, 4S của các dẫn xuất nocaine thường có hoạt tính cao nhất Hãy vẽ cấu trúc của JZ-IV-10 thoả cấu hình tuyệt đối này

• Đề nghị cơ chế cho sự chuyển hoá từ E → F Phản ứng này cũng tạo thành triphenylphosphine oxide và imidazolium iodide

• Hãy cho biết, về mặt lý thuyết, phương pháp nào có thể được sử dụng để phân tách (3R,4S)-nocaine và (3S,4R)-nocaine ?

131 Kết tinh lại tinh thể nocaine lactate

Dược chất LSD

Vào năm 1967, bài hát "Lucy in the Sky with Diamonds" của nhóm nhạc huyền thoại The Beatles đã thu hút sự chú ý của giới trẻ khi nhiều người nhận ra rằng tên bài hát viết tắt cho chữ LSD LSD, một hợp chất hóa học được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1938 bởi nhà hóa học người Thụy Sĩ Albert Hofmann, đã được sử dụng như một loại thuốc an thần và cho mục đích nghiên cứu cho đến những năm 1980.

Bạn có cơ hội tổng hợp một hợp chất có hoạt tính sinh học cao với khung sườn carbon gồm 4 vòng Việc tiếp cận tổng hợp từ nguyên liệu đơn giản sẽ là một thách thức lớn, vì vậy bạn sẽ bắt đầu từ hợp chất bicyclic indole-3-propionic để thực hiện quá trình này.

Gợi ý: Hợp chất 1 có ba vòng, hợp chất 7 có 4 vòng, hợp chất 9 có một tâm lập thể

• Hãy vẽ cấu trúc của tất cả các hợp chất từ 1-11 (lưu ý về các đồng phân lập thể nếu có)

• Đề nghị cơ chế cho phản ứng 8 + TsCH2NC tạo thành 9

Theo quan điểm sinh hóa, lysergic acid diethylamide (LSD) liên kết với thụ thể serotonin trong cơ thể, gây ra hiệu ứng sinh ảo giác kéo dài từ 6 đến 8 tiếng, cho thấy quá trình chuyển hóa của nó diễn ra nhanh chóng Nghiên cứu cho thấy quá trình chuyển hóa này diễn ra trong các cơ quan của cơ thể thông qua trung gian O-H-LSD Mặc dù cơ chế hình thành O-H-LSD đã được đề xuất, nhưng vẫn còn một số thông tin chưa đầy đủ.

Xác định cấu trúc của X và Y là bước quan trọng, đồng thời đề xuất enzyme (ENZ) cho giai đoạn cuối cùng ENZ thuộc nhóm enzyme oxidoreductases, vì vậy có thể chọn các enzyme như deaminase hoặc oxidase để thực hiện chức năng cần thiết trong quá trình này.

Các nhà sinh hoá đã chỉ ra rằng LSD và tiền chất của nó ergotamine ERG liên kết cùng thụ thể serotonin với vị trí hoạt động của nó

Dựa trên dữ liệu cho thấy LSD và ERG liên kết với cùng một vị trí thụ thể, chúng ta cần xác định phần mang hoạt tính sinh lý trong mỗi phân tử Việc phân tích cấu trúc của LSD và ERG sẽ giúp làm rõ những yếu tố quyết định khả năng tương tác của chúng với thụ thể, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của các chất này trong hệ thần kinh.

• Hãy đặt phân tử LSD vào vị trí hoạt hoá của thụ thể serotonin và biểu diễn các tương tác phân tử

Thuốc trừ sâu carbofuran

Carbofuran là một trong những loại thuốc trừ sâu độc hại nhất và đã bị cấm tại Canada và Châu Âu Mặc dù vậy, nó vẫn được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia khác để kiểm soát côn trùng trong các cây trồng như khoai tây, bí và hoa hướng dương.

Carbofuran có thể được sản xuất từ các hóa chất đơn giản, nhưng quy trình này có nhược điểm về chi phí sản xuất và độc tính Trong thập niên 1980, nhiều phương pháp thay thế an toàn hơn và chi phí nguyên liệu thấp hơn, như acetone, đã được phát triển để điều chế carbofuran Sơ đồ tổng hợp carbofuran, một hợp chất bicyclic, được minh họa như hình sau đây.

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất A và B và cơ chế của phản ứng từ A sang B

Vẽ cấu trúc của hợp chất C và hỗn hợp các đồng phân D Liệt kê tất cả các đồng phân khả thi của D được hình thành từ C, đánh dấu các tâm lập thể bằng dấu * và xác định rõ cấu hình của chúng theo quy tắc R/S.

Phản ứng D → E được thực hiện bằng cách sử dụng hợp chất đối quang tinh khiết D’, có tất cả các tâm lập thể với cấu hình R Cấu trúc của hợp chất E cần được vẽ rõ ràng, đồng thời các đồng phân lập thể được tổng hợp từ phản ứng này cũng cần được thể hiện Việc xác định và mô tả các đồng phân lập thể là bước quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của hợp chất E.

• Vẽ cấu trúc các hợp chất F, G, H và I

• Đề nghị cơ chế cho phản ứng từ G → H

Khi hợp chất E được đun nóng với Pd/alumina trong môi trường khí nitơ, nó tạo ra chất trung gian I Nếu tiếp tục đun nóng chất này trong cùng điều kiện, sẽ hình thành hợp chất J bền hơn, và từ đó thu được hợp chất bicyclic K Mặc dù các chất trung gian không được phân lập trong quá trình phản ứng, nhưng chúng vẫn được đun nóng để cuối cùng tạo ra hợp chất L Cần vẽ cấu trúc của các hợp chất J, K và L.

• Hãy viết tên theo danh pháp hệ thống của hợp chất J sử dụng danh pháp IUPAC

• Trong phản ứng tạo chuyển hoá J → K, một vòng mới được tạo thành Hãy cho biết tên của vòng này ? (oxyfuran, dehydrofuran, benzofuran, dihydrofuran hay ketofuran)

• Giai đoạn cuối cùng cho ta sản phẩm mong muốn, carbofuran Hãy vẽ cấu trúc của carbofuran này

Thuốc điều trị sốt rét artemisinin

Artemisinin là thuốc trị sốt rét hiệu quả nhất, được phát hiện vào năm 1970 bởi nhà khoa học Trung Quốc Tu Youyou Phát hiện quan trọng này đã giúp bà nhận giải Nobel.

Vào năm 2015, bà là người Trung Quốc đầu tiên nhận giải thưởng danh giá về artemisinin, một hợp chất được chiết xuất từ thảo dược Artemisa Annua Do nguồn nguyên liệu này khan hiếm, năm 1992, Avery và các cộng sự đã công bố một phương pháp tổng hợp artemisinin.

- Công thức phân tử của các hợp chất lần lượt là B (C13H16O2S), D (C16H28O3),

Tất cả các bước từ B đến I đều có tính chọn lọc lập thể, ngoại trừ phản ứng tạo thành A và B Do đó, cần chú ý vẽ các đồng phân đối quang chính của tất cả các chất trung gian từ C đến I.

- LDA và LDEA là những base cồng kềnh

- Chuyển hoá G thành H là phản ứng chuyển vị Claisen

• Hãy vẽ cấu trúc các hợp chất từ A đến E, lưu ý đến hoá học lập thể của các hợp chất C, D và E

• Đề nghị cơ chế cho chuyển hoá từ A tạo thành B

Đề xuất cơ chế cho quá trình chuyển hóa từ E thành F, với lưu ý rằng DMF không đóng vai trò là dung môi trong phản ứng và không xảy ra hiện tượng racemic hóa.

• Động lực chính thúc đẩy phản ứng từ E đến F là gì ?

• Vẽ cấu trúc của các hợp chất G và H, lưu ý đến hoá học lập thể

• Đề nghị cơ chế cho sự chuyển hoá từ G tạo thành H

• Xác định cấu hình tuyệt đối (R hay S) của tất cả các tâm lập thể của hợp chất

Nitrogen được tạo thành và giải phóng trong quá trình phản ứng

Tổng hợp harmala alkaloid

Ayahuasca là một loại rượu được ủ từ nho B cappi, thường được sử dụng như một loại thuốc tinh thần trong các nghi lễ tại Nam Mỹ Khi được trộn với lá chứa DMT, Ayahuasca tạo ra hiệu ứng ảo giác mạnh mẽ DMT, hay N,N-dimethyltryptamine, là một hợp chất gây ảo giác thuộc họ tryptamin, có cấu trúc tương tự như serotonin và melatonin.

Khi sử dụng DMT qua đường uống, nó sẽ bị phân giải bởi enzyme monoamine oxidase thông qua quá trình deamin hoá, dẫn đến việc nhanh chóng mất hoạt tính Tuy nhiên, DMT có thể duy trì hiệu lực nếu được kết hợp với chất ức chế enzyme monoamine oxidase.

Harmala alkaloid là các chất ức chế monoamine oxidase, trong đó harmine và harmaline là hai loại được nghiên cứu nhiều nhất từ loài nho B caapi Dưới đây là sơ đồ tổng hợp của harmine và harmaline.

Anethole có hai đồng phân cis và trans, với sản phẩm 1 và 2 đều là các hợp chất thơm Rh2(O2CC3F7)4 được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng liên phân tử Hợp chất 5 thể hiện tín hiệu rộng trên phổ IR ở khoảng 3000 cm -1, trong khi hợp chất 6 không có tín hiệu này.

Hãy phân tích phổ 1 H NMR của anethole, nguyên liệu ban đầu Vẽ cấu trúc phân tử và chỉ định các proton bằng cách sử dụng mũi tên Đánh dấu độ bội tín hiệu với ký hiệu "s" cho mũi đơn, "d" cho mũi đôi, và "dd" cho mũi đôi đôi.

• Đề nghị một cách khác để tổng hợp p-anisaldehyde (hợp chất 2), sử dụng nguyên liệu ban đầu là p-cresol (4-methylphenol)

• Cho biết tên của quy trình tinh chế có thể được sử dụng để tách hỗn hợp các sản phẩm 1 và 2

• Xác định công thức cấu tạo các sản phẩm 1-10 và 12

DMT trong miệng có thể được chuyển hóa theo hai cách khác nhau, trong đó một con đường bị ảnh hưởng bởi hoạt tính của enzyme monoamine oxidase và aldehyde dehydrogenase (MAO-ADH) Các sản phẩm khác nhau được tạo ra thông qua những quy trình chuyển hóa khác nhau.

• Hãy cho biết MAO-ADH enzyme hiện diện ở đâu ?

(A, B,cả hai hoặc không có)

Câu trả lời trong dãy chuyển hoá ở trên

Tổng hợp physostigmine

Physostigmine là một ancaloit từ Châu Phi, có khả năng đảo ngược ức chế enzym acetylcholinesterase Hợp chất này được sử dụng trong điều trị bệnh Alzheimer và tăng nhãn áp, đồng thời có tác dụng cải thiện trí nhớ ngắn hạn Physostigmine được tổng hợp từ một chất X.

Bản thân chất X được tổng hợp theo hai cách:

1 Xác định cấu trúc các chất chưa biết

2 Cho biết tên phản ứng chuyển 1 thành 2

3 Bộ khung ba vòng của Physostigmine cũng được tạo thành khi cho tryptamin phản ứng với S-adenosyl methionin (SAM) Hãy cho biết cấu trúc của F trong phản ứng này

Phản ứng chuyển 1 thành 2 là chuyển vị Claisen

Hoá học của benzyne

Benzyne là một tiểu phân trung gian rất thú vị có cấu trúc như sau:

Phổ IR cho thấy benzyne có dải hấp thụ nối ba ở 1846 cm-1, khác biệt so với ankin thông thường ở khoảng 2100 cm-1 Điều này chỉ ra rằng liên kết ba của benzyne có sự khác biệt so với liên kết ba thông thường.

Benzyne, do khả năng phản ứng cao, thường được tạo thành tại chỗ (in situ) dưới tác dụng của một base mạnh với aryl halogenua Quá trình tổng hợp 3-brom-1-metoxybenzen cần được hoàn thiện theo sơ đồ phù hợp.

Khi xử lý hợp chất này với NaNH2/NH3 dư, sẽ tạo ra một hỗn hợp đa dạng các sản phẩm Cần vẽ cấu trúc của các sản phẩm có thể hình thành trong quá trình này.

Gần đây, giáo sư Thomas Hoye từ đại học Minnesota (Mỹ) đã phát hiện ra phản ứng Hexadehydro Diels-Alder (HDDA), trong đó một ankin phản ứng với 1,3-diin theo cơ chế [4+2] để tạo ra benzyne Cấu trúc trung gian R trong phản ứng này cần được xác định để hiểu rõ hơn về cơ chế và sản phẩm của phản ứng.

5 Xác định cấu trúc các chất chưa biết trong sơ đồ phản ứng sau:

Có thể có hai sản phẩm I được tạo thành là I1 và I2

Phức hai nhân của kim loại chuyển tiếp

Gần đây, các nhà hóa học đã phát minh ra một lớp chất xúc tác mới, đó là phức chất 2 nhân của kim loại chuyển tiếp, với các nguyên tử kim loại liên kết qua cầu nối halogen Một ví dụ điển hình là phức chất I, hoạt động như một xúc tác hiệu quả cho phản ứng oxy hóa rượu bằng axeton khi có mặt K2CO3, trong đó A và B đại diện cho các kim loại chuyển tiếp.

Phức I được tổng hợp theo sơ đồ sau:

1 Hình đa diện tạo thành xung quanh nguyên tử kim loại B trong phức 1 thuộc loại nào? Hợp chất I có phải là chất hoạt động quang học không?

2 Xác định kim loại A và B, biết rằng khối lượng mol của phức I là 1276.5 g/mol và thành phần phần trăm của clo trong II và III khác nhau 3.219 lần

Trong phức chất I, cần xem xét liệu các kim loại A và B có tuân theo quy tắc Sidgwick hay không Các kim loại nhóm d thường có xu hướng hình thành lớp vỏ 18 electron giống như khí hiếm trong cấu trúc phức chất Điều này cho thấy sự liên kết và ổn định của các phức chất này.

Để điều chế 1,3,5-triethylbenzol từ các chất có chứa không quá 2 nguyên tử carbon, có thể áp dụng hai phương pháp sau: Phương pháp đầu tiên là tổng hợp từ ethylene và benzen qua quá trình alkyl hóa, trong đó ethylene được phản ứng với benzen để tạo ra triethylbenzol Phương pháp thứ hai là sử dụng ethyl bromide và benzen, thông qua phản ứng Friedel-Crafts alkyl hóa để tạo ra 1,3,5-triethylbenzol Mỗi phương pháp này có thể thực hiện trong không quá 4 giai đoạn.

Cấu tử trong phức III là 2,3,4,5-tetraphenylcyclopentadienone, được điều chế từ benzaldehyde và ethyl phenylacetic, trong đó ở bước đầu tiên benzaldehyde được chuyển hóa thành benzyl (1,2-diphenylethan-1,2-dione)

5 Hãy đề nghị sơ đồ tổng hợp 2,3,4,5-tetraphenylcyclopentadienone từ các chất trên

Bát giác lệch là một hợp chất hoạt động quang học, trong đó phức I không có các yếu tố đối xứng như mặt phẳng, trục hay trung tâm đối xứng, do đó không trùng với ảnh của nó trong gương.

2 Từ khối lượng mol của phức I thu được (MA+MB) = 204 Thành phần của chlorine trong phức II là 142/(466+2MB), còn trong phức III là 71/(839+2MA)

Từ đó, Giải hệ phương trình thu được MA = 103, MB = 101 Kim loại A – Rhodium, B – ruthenium

3 Phức I эл = electron, выполняется = tuân thủ

Ruthenium có số oxy hóa +2 với cấu hình electron 4d6, trong đó mỗi trong 6 phối tử xung quanh nguyên tử ruthenium cung cấp một cặp electron không phân chia vào một orbital chưa bị chiếm Tương tự, rhodium có số oxy hóa +1 với cấu hình electron 4d8; ba nguyên tử chlorine xung quanh rhodium cung cấp ba cặp electron không phân chia, trong khi mỗi liên kết đôi của vòng cyclopentadiene cung cấp 2 electron π.

Tất cả các phương pháp đều dựa trên việc tạo ra vòng benzene, mà có thể được sản xuất thông qua quá trình trimer hóa acetylene sử dụng xúc tác than hoạt tính.

Giai đoạn thứ nhất có thể được thực hiện bằng cách sử dụng xúc tác nikel NiX2 kết hợp với triphenylphosphine, với nhiệt độ phản ứng thấp hơn đáng kể Trong giai đoạn thứ hai, ethyl hóa theo phương pháp Fridel-Crafts diễn ra, mặc dù phản ứng này có độ chọn lọc kém Tuy nhiên, sản phẩm chính thu được là đồng phân 1,3,5- bền nhiệt động hơn do các nhóm ethyl được sắp xếp xa nhau nhất có thể.

Các phương pháp tổng hợp butyne-1 bao gồm việc sử dụng acetylene và trimer hóa, trong đó đồng phân 1,3,5 chiếm ưu thế so với đồng phân 1,2,4 Ngoài ra, quá trình hydrat hóa cũng có thể tạo ra butanone-2, chất này sau đó được chuyển đổi thành 1,3,5-triethylbenzene dưới tác dụng của H2SO4.

5 Benzaldehyde dưới sự tác dụng của KCN chuyển thành sản phẩm ngưng tụ benzoin, sau đó có thể oxy hóa thành 1,2-diphenylethan-1,2-dione

Dễ thấy sản phẩm cuối có thể thu được từ dibenzylketone và 1,2- diphenylethan-1,2-dione bằng phản ứng ngưng tụ croton

Dibenzylketone có thể được tổng hợp thông qua quá trình chuyển hóa ethyl phenylacetate thành sản phẩm ngưng tụ ester Sau khi thực hiện thủy phân ester và decarboxyl hóa, sản phẩm cuối cùng thu được là dibenzylketone.

Tổng hợp twistane

Dưới đây là hai sơ đồ tổng hợp twistane (T) пиридин = Pyridine; ДМФА = DMF; атм = atm

1 Hoàn thành sơ đồ phản ứng, viết cấu trúc các chất trung gian A-N

Twistane có phải là hợp chất chiral hay không? Nếu đúng, hãy xác định trung tâm bất đối và chỉ ra cấu hình theo danh pháp R/S của twistane trong sơ đồ tổng hợp.

3 Twistane có thể có bao nhiêu dẫn xuất monochloride?

4 Dưới đây là cấu trúc của một trong số các đồng phân có trong tự nhiên của twistane – (-)-β-pinene Chất này có thể có bao nhiêu dẫn xuất monochloride?

5 Viết công thức cấu tạo đồng phân của twistane mà có thể có 16 dẫn xuất monochloride (không tính đồng phân cấu hình)

Phản ứng của 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

1 Viết phản ứng của N,N-dimethylhydrazine và N-methylhydroxylamine với một đương lượng methyl iodide, acetyl chloride và acetone

Phản ứng của anhydride phthalic (A) với hydrazine tạo ra các đồng phân B hoặc C tùy thuộc vào điều kiện phản ứng Hợp chất B có thể chuyển hóa thành C khi được đun nóng hoặc đun sôi trong nước trong 15 phút, và quá trình này được tăng tốc khi có mặt acid hoặc kiềm Đặc biệt, B dễ dàng phản ứng với benzaldehyde để tạo ra sản phẩm ngưng tụ D Khi có mặt acid H2SO4 10% nóng, D nhanh chóng chuyển hóa thành C.

2 Viết cấu trúc các chất B, C, D

3 Phản ứng chuyển hóa D thành C xảy ra trong hai giai đoạn Chỉ ra cấu trúc của hợp chất tạo thành trong giai đoạn đầu tiên

Hiệu suất sản phẩm B theo sơ đồ trên đạt 35-40% Về sau một phương pháp khác điều chế B với hiệu suất tổng cộng lên đến 88%:

4 Viết cấu trúc các chất E, F và G và phản ứng của F với cyclohexanone

Oxy hóa B bằng chì tetraacetate trong dung môi trơ như dichloromethane và sym-tetrachloroethane tạo ra tiểu phân I có khả năng phản ứng mạnh Ở nhiệt độ phòng, I chuyển hóa gần như hoàn toàn thành G trong vòng 10 phút Khi đun nóng ở 145°C trong 19 giờ, quá trình này tạo ra hỗn hợp phức tạp các sản phẩm, bao gồm G (34%) và J (12%) Phổ IR của G và J cho thấy các dải hấp thụ dao động hóa trị ở 1670 cm-1 (G) và 1855 cm-1 (J).

Hợp chất J trong dung dịch SO2ClF phản ứng với acid FSO3H-SbF5 theo tỉ lệ 5:1 để tạo ra sản phẩm K Dưới đây là dữ liệu phổ NMR của các chất J và K, trong đó J được xác định với các tín hiệu s (singlet), m (multiplet), và br.m (multiplet rộng).

5 Viết cấu trúc tiểu phân I, hợp chất J và K

Khi oxy hóa B bằng chì tetraacetate trong sự có mặt của hydrocarbon C8H8, có thể nhận thấy từ phổ 1H-NMR với 3 multiplet tại 5.22, 5.74, 6.69 ppm và một multiplet phức tạp ở 7.1-7.5 ppm (tỉ lệ cường độ 1:1:1:5) rằng: a) Nếu phản ứng được thực hiện ở -30 o C, chỉ tạo ra chất L, và khi nâng nhiệt độ lên phòng, chất này sẽ đồng phân hóa hoàn toàn thành M b) Nếu phản ứng diễn ra ở 20 o C trong 10 phút, sẽ tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm, và trong quá trình bảo quản, hỗn hợp này sẽ chuyển hóa thành M.

Phổ 1H-NMR của hai hợp chất L và M có đặc điểm tương đồng, với các multiplet phức tạp xuất hiện trong vùng 7-7.5 ppm có cường độ tương đối bằng 9 Ngoài ra, L có ba multiplet với cường độ đơn vị tại các vị trí 2.97, 3.73 và 3.75 ppm, trong khi M có các multiplet tương ứng ở 2.72, 2.86 và 3.52 ppm.

6 Viết cấu trúc các chất L, M và hydrocarbon C8H8.