30 chuỗi chuyển hóa hữu cơ

1 Xác định cấu trúc (1) Hợp chất hydrocarbon A, có công thức phân tử là C7H10, khi được hydrogen hoá có xúc tác thì thu được B (C7H14) A phản ứng với nước dưới sự hiện diện của xúc tác HgSO4 thì tạo t.

1 Xác định cấu trúc (1) Hợp chất hydrocarbon A, có cơng thức phân tử C7H10, hydrogen hố có xúc tác thu B (C7H14) A phản ứng với nước diện xúc tác HgSO4 tạo thành ancol (ancol khơng có cấu trúc enol, nghĩa khơng chuyển hố tiếp thành ketone được) A phản ứng mãnh liệt với KMnO4 tạo thành hợp chất C có cơng thức cấu tạo sau: Xác định cơng thức cấu tạo có A Hướng dẫn: Các cơng thức cấu tạo có A: Tổng hợp hữu (1) Hợp chất C có cơng thức phân tử C11H12O2 tổng hợp theo đường sau: Chuỗi tổng hợp ví dụ có liên quan đế ba phản ứng hữu tiếng sau đây: Phản ứng I - Diels-Alder đien liên hợp với anken ankin điều kiện đun nóng, tạo thành dẫn xuất xiclohexen, chẳng hạn: Phản ứng II - cộng đóng vịng [2+2] hai phân tử olefin điều kiện chiếu sáng tạo thành dẫn xuất xiclobutan, chẳng hạn có vị trí thích hợp phân tử hai liên kết –C=C– tham gia đóng vịng [2+2] nội phân tử: Phản ứng III: khử-ghép mạch (reductive coupling) xeton với tác nhân khử samari điiot, chẳng hạn hai phân tử xeton sau khử-ghép mạch để tạo thành hợp chất điol: Hãy cho biết công thức cấu tạo chất A, B C, trình bày rõ cấu trúc dạng không gian ba chiều chúng Cho biết đặc điểm “hoá học xanh” thể qua chuỗi phản ứng gì? Hướng dẫn: Công thức cấu tạo hợp chất A, B C: Trong chuỗi phản ứng trên, nguyên tử hợp chất đầu tham gia phản ứng để tạo thành trung gian A B, thoả mãn nguyên lý “tiết kiệm nguyên tử” hoá học xanh Hơn nữa, ba phản ứng để tổng hợp nên hợp chất có dạng khung C đề cập đề có nguồn ngun liệu ban đầu độ tính có phản ứng phụ xảy ra, thoả mãn u cầu hố học mơi trường Tổng hợp ciprofloxacin Ciprofloxacin thuốc kháng sinh bán tổng hợp, có phổ kháng khuẩn rộng, thuộc nhóm quinolone, cịn gọi chất ức chế ADN girase Do ức chế enzim ADN girase nên thuốc ngăn cản chép nhiễm sắc thể khiến cho vi khuẩn không sinh sản nhanh chóng Ciprofloxacin có tác dụng tốt với vi khuẩn kháng lại kháng sinh thuộc nhóm khác (aminoglycoside, cephalosporin, tetracyclin, penicillin…) coi thuốc có tác dụng mạnh nhóm flouroquinolon Nó tổng hợp thơng qua chuỗi phản ứng đây: • Xác định cấu trúc hợp chất A, B, D, E, F • Tại chuyển hoá A thành B người ta phải sử dụng NaH, chuyển hố B thành C lại dùng NaOC2H5 ? • Phản ứng chuyển hoá từ C thành D gồm hai giai đoạn, cho biết giải thích ngắn gọn hai giai đoạn Hướng dẫn: Cơng thức cấu trạo hợp chất A, B, D, E F: Do A hợp chất carbonyl nên tính acid nguyên tử hydrogen carbon alpha kém, cần base mạnh NaH để bứt hydrogen Ngược lại B có hai nhóm carbonyl rút điện tử mạnh hơn, làm cho hydrogen carbon alpha (ở nhóm methylene) có tính acid mạnh hơn, nên cần dung NaOC2H5 đủ Phản ứng từ C tạo thành D qua hai giai đoạn cộng – tách: Tổng hợp macmiror Dưới sơ đồ tổng hợp loại dược phẩm có tên gọi Macmiror: Xác định cấu trúc hợp chất B, C D Gọi tên theo danh pháp hợp chất B D Hợp chất CH3SH điều kiện nhiệt độ áp suất phịng bình thường tồn trạng thái (rắn, lỏng hay khí) Tại ? Hướng dẫn: Công thức cấu tạo chất B, C D: Tên gọi B: 3-thiomethyl-1,2-epoxypropane methyl-2,3-epoxypropyl sulfide Tên gọi C: 2-hydroxy-3-thiomethylpropylhydrazine 1-thiomethyl-3hydrazino-2-propanol H2O CH3OH tồn trạng thái lỏng có diện liên kết hydrogen liên phân tử H2S khơng có liên kết hydrogen nên trang thái khí CH3SH khơng tạo liên kết hydrogen nên tồn trạng thái khí Tổng hợp ibuprofen Năm 1997, công ty BHC cải tiến quy trình thơng dụng để sản xuất dược phẩm ibuprofen giành giải thưởng hoá học xanh Hoa Kỳ Dưới chuỗi chuyển hoá để tổng hợp ibuprofen Con đường tổng hợp cũ: Con đường tổng hợp mới: • Xác định cơng thức cấu tạo hợp chất A, B, C D • Gọi tên theo danh pháp ibuprofen Hướng dẫn: Công thức cấu tạo hợp chất A, B, C D: Tên gọi theo danh pháp ibuprofen: 2-(4-Isobutylphenyl)propionic acid 2[4-(2-Methylpropyl)phenyl]propionic acid Tổng hợp 2,3,4,5,6-pentaphenylbenzaldehyde Một hợp chất có cấu trúc khơng gian đặc biệt cồng kềnh 2,3,4,5,6phentaphenylbenzaldehyde – nguyên liệu phát huỳnh quang đỏ chất trung gian quan trọng việc tổng hợp nhiều hợp chất khác phức tạp Nó tổng hợp theo chuỗi phản ứng sau: Hợp chất A điều chế nhờ phản ứng: Một nhà hố học sau nghiên cứu tài liệu thích hợp, từ nguyên liệu có sẵn anđehic cinnamic (F), đề nghị đường tổng hợp 2,3,4,5,6pentabenzealdehyde theo sơ đồ sau: Trong phương trình p-TsOH, DMSO TCQ tương ứng axit ptoluensulfonic, đimetyl sulfoxit cloranil • Viết cơng thức phân tử A • Vẽ cấu trúc hợp chất A, C, E, G, H, I, J chuỗi tổng hợp • Gọi tên hợp chất A E • Cho biết phản ứng tổng hợp C A thuộc loại phản ứng ? • Hãy cho biết mục đích việc chuyển hoá F thành G ? Tại khơng sử dụng HCl khơ thay p-TsOH)? Hướng dẫn: • Công thức phân tử A: C29H20O • Công thức cấu tạo hợp chất A, C, E, G, H, I, J: • Tên gọi theo danh pháp hợp chất A: tetraphenylcyclopentadienone 2, 3, 4, - tetraphenylcyclopentadienyl ketone • Tên gọi theo danh pháp hợp chất E: dibenzyl ketone α, α'diphenylacetone,1,3-diphenyl-2- propanone • Phản ứng tổng hợp C: phản ứng Diels-Alder • Phản ứng tổng hợp A: phản ứng ngưng tụ • Mục đích chuyển hố F thành G để bảo vệ nhóm aldehyde F Khơng sử dụng HCl HCl phản ứng với ketone aldehyde bất bão hồ • Xác định công thức cấu tạo A, C đồng phân hợp chất C (không quan tâm đến lập thể) • Xác định cơng thức cấu tạo caryophyllen isocaryophyllen • Chỉ khác cấu trúc caryophyllen isocaryophyllen Hướng dẫn: Công thức cấu tạo hợp chất A C: Hợp chất A: Hợp chất C: Đồng phân C: Công thức cấu tạo caryophylen: Công thức cấu tạo isocaryophylene: Sự khác biết cấu trúc caryophylene isocaryophyllen nằm cấu hình liên kết đơi vịng cạnh, với caryophyllen, cấu hình trans Ngược lại, với isocaryophyllen, cấu hình cis 24 Chuỗi chuyển hố (4) Hợp chất A (C10H12O3) hợp chất có tính quang hoạt, tan dung dịch NaHCO3, tham gia phản ứng idoform Hợp chất B tạo thành đun nóng A khơng có tính quang hoạt tan dung dịch NaHCO3 Ozon phân B diện Zn/CH3COOH thu hợp chất C D C tham gia phản ứng iodoform D đun nóng giải phóng khí CO2 thu E (C7H6O), E tham gia phản ứng tráng gương Xác định công thức cấu tạo hợp chất A, B, C, D E Xác định công thức cấu tạo chất F, G, H, I theo chuỗi chuyển hố sau: Hướng dẫn Cơng thức cấu tạo hợp chất A, B, C, D E: Công thức cấu tạo chất F, G, H, I: 25 Chuyển hoá caryophyllene Tổng hợp polymer loại polyacetylene có tính dẫn truyền với hệ liên hợp electron pi lón cho phép vật liệu polymer trở thành “kim loại tổng hợp” “mảnh nhựa electron” Tính dẫn truyền polyacetylene pha tạp với iod tương tự kim loại đồng, ứng dụng rộng rãi vật liệu quang dẫn, vật liệu quang học phi tuyến tính, tế bào quang điện lĩnh vực khác Tuy nhiên polyacetylene có đặc tính khó tan dung mơi hữu cơ, khơng tan chảy đốt nóng, khơng bền khơng khí, làm giới hạn ứng dụng chúng Những nghiên cứu chuyển hoá cấu trúc phân tử polyacetylelen trở thành vấn đề quan trọng lĩnh vực Dưới đường tổng hợp vật liệu polyacetylen đơn vị tinh thể lỏng Hãy hồn thành tác chất cần thiết cịn thiếu dãy chuyển hoá Khi phân tử polyacetylene gắn với thuốc, amino acid, đường phân tử nhỏ khác có hoạt tính sinh học định Dưới vài dẫn xuất polyacetylene tổng hợp năm gần đây: Hãy viết cấu trúc phân tử thuốc carboxylic acid A gọi tên theo danh pháp/ Hãy viết cấu trúc amino acids B gọi tên theo danh pháp Hãy viết cơng thức hình chiếu Fischer cho phân tử đường C gọi tên theo danh pháp Hướng dẫn Các tác chất cịn thiếu: Cơng thức chất tên gọi: 26 Chuyển hoá nepetalactione Nepetalactone hợp chất hữu phân lập từ catnip (Nepeta cataria) vào năm 1941, sử dụng làm thuốc ngủ, thuốc chống co giật, thuốc hạ sốt … Dihydronepetalactone thu cách hydro hố nepetalactione, chất xua đuổi trùng hiệu Khi tiến hành nghiên cứu trình tổng hợp tính chất dihidronepetalactone, phản ứng sau thực hiện: (丙酮: acetone, 过氧化物: peroxide, 无水四氢呋喃: anhydrous tetrahydrofuran) Xác định công thức cấu tạo hợp chất A, B, C, D E (không cần quan tâm đến lập thể) Hướng dẫn: Lưu ý cấu trúc khác có E: 27 Xác định cấu trúc (3) Các hợp chất A, B, C đồng phân Phân tích ngun tố ta thấy hàm lượng carbon chiếm 92,3% hydrogen chiếm 7,7% Đốt cháy hoàn toàn mol A oxygen thu 179.2 L carbon dioxide (điều kiện chuẩn) Biết rằng: A hợp chất thơm, tất nguyên tử phân tử A nằm mặt phẳng B hợp chất mạch thẳng có hai nhánh, có hai loại nguyên tử hydrogen phân tử, moment lưỡng cực phân tử C ankan, có loại carbon phân tử • Viết cơng thức phân tử hợp chất A, B C • Viết cơng thức cấu tạo hợp chất A, B C Hướng dẫn: Công thức phân tử hợp chất A, B C: C8H8 Công thức cấu tạo A: Công thức cấu tạo B: Công thức cấu tạo C: 28 Các phân tử tự nhận biết kết nối Năm 1967, C J Pedersen công bố báo tổng hợp ete vương miện tạo phức chọn lọc với ion kim loại kiềm, mở lãnh vực hố học siêu phân tử Gần nhà hoá học tổng hợp siêu phân tử có cấu trúc đặc biệt, ý tưởng thiết kế dựa vào khả tự nhận biết tự kết nối phân tử Ba hợp chất vịng gắn vào phân tử có khung dạng chữ Y, sau mạch nhánh ba vòng tham gia phản ứng tạo thành vòng thứ tư theo minh hoạ sau đây: Biết cấu trúc hợp chất A B cho sau, cho biết vai trò “tự nhận biết” “tự kết nối” thể ? Trong trường hợp sử dụng catechol 1,8-dicloro-3,6-dioxooctane để tổng hợp ete vương miện A phản ứng vịng hố [2+2], hai phương pháp sử dụng để làm tăng hiệu suất sản phẩm, chẳng hạn pha lỗng them vào ion kim loại giải thích them kim loại lại làm tăng hiệu suất sản phẩm, ví dụ Na+, K+, Rb+, Cs+ Ion làm tăng hiệu suất cao ? Tại ? K hợp chất ban đầu để tổng hợp nên A Dưới sơ đổ tổng hợp hợp chất K từ E Xác định công thức cấu tạo hợp chất F, G, H, I, J, K Hợp chất K tổng hợp theo đường Hoàn thành sơ đồ tổng hợp K từ hợp chất L cách xác định sản phẩm thiếu L, M, N, O Hướng dẫn Vài trò “tự nhận biết” “tự kết nối” thể thông qua: tương tác lưỡng cực ion điện tích dương nguyên tử N phân tử B điện tích âm nguyên tử oxygen phân tử A; nguyên tử H N tạo liên kết hydro với nguyên tử oxy vòng ete crown Trong giai đoạn cuối q trình đóng vịng hai đầu phân tử nằm xa nhau, xác suất va chạm thấp Khi them ion kim loại vào, nguyên tử oxygen phân tử tạo tương tác lưỡng cực ion (tính tự kết nối) với ion kim loại Vì làm tăng xác suất va chạm hai đầu tận phân tử, làm cho q trình đóng vịng xảy với hiệu suất cao Ion Cs+ làm tăng hiệu suất cao đường kích ion Cs+ khoảng ete crown Công thức cấu tạo chất F, G, H, I, J, K:\ Công thức cấu tạo chất L, M, N, O: 29 Tổng hợp chất huỳnh quang Hoàn thành chuỗi phản ứng sau để tổng hợp hợp chất huỳnh quang FL6 (C32H21N2O7Cl): Hướng dẫn Cơng thức cấu tạo chất cịn thiếu: 30 Tổng hợp hydrocarbon có cấu tạo đặc biệt Năm 1964, Woodward đề nghị sử dụng hợp chất A (C10H10) làm tiền chất để tổng hợp nên hợp chất đặc biệt B (C10H6) Hợp chất A có ba loại nguyên tử hydrogen khác theo tỉ lệ 6:3:1 Tuy nhiên nguyên tử hydrogen hợp chất B thuộc loại, B có thời gian tồn khoảng microgiây vùng tự máy khối phổ phân lập nhiệt độ phịng Sau ba thập niên, nhà hố học cuối tổng hợp dianion thơm [C10H6]2- từ A Các nguyên tử hydrogen hợp chất C có tính chất hố học (cùng loại) chuyển hố thành B điều kiện thích hợp Qúa trình chuyển hố từ A thành C thể sơ đồ sau: • Xác định cơng thức cấu tạo hợp chất A • Xác định cơng thức cấu tạo hợp chất B • Xác định cơng thức cấu tạo hợp chất C • Hợp chất B có tính thơm hay khơng ? Tại sao? Hướng dẫn: Công thức cấu tạo A: Công thức cấu tạo B: Công thức cấu tạo C: B hợp chất có tính thơm khơng thoả mãn quy tắc 4n+2 ... sau: Hướng dẫn: Cấu trúc hợp chất A, B, C, D chuỗi tổng hợp: Cấu trúc hợp chất E, F, G, H, I chuỗi tổng hợp: 17 Chuỗi chuyển hoá (2) Hồn thành chuỗi chuyển hố đây, xác định rõ cấu hình lập thể... hợp thơng qua chuỗi phản ứng đây: • Xác định cấu trúc hợp chất A, B, D, E, F • Tại chuyển hố A thành B người ta phải sử dụng NaH, chuyển hố B thành C lại dùng NaOC2H5 ? • Phản ứng chuyển hoá từ... chất A: 16 Chuỗi chuyển hoá (1) Xác định cấu trúc hợp chất A – D chuỗi phản ứng sau: Gợi ý: Tổng hợp loại thuốc có liên quan đến phản ứng sau đây: Cho biết cấu trúc hợp chất từ E – I chuỗi phản