Bài 10 Cấu tạo và hoạt tính 1) So sánh độ dài liên kết C=O trong ba hợp chất sau đây và giải thích ngắn gọn 2) Giải thích tốc độ dung môi phân của các hợp chất sau đây trong acetic acid (rel rate = tố.
Bài 10 - Cấu tạo hoạt tính 1) So sánh độ dài liên kết C=O ba hợp chất sau giải thích ngắn gọn: 2) Giải thích tốc độ dung môi phân hợp chất sau acetic acid (rel rate = tốc độ tương đối.) X rel rate X H L H 1 OMe 130 Me Cl 0.2 3) Giải thích hướng phản ứng sau đây: 4) Khi hoàn tan đồng phân cis trans hợp chất vào axit sunfuric 60% đồng phân cis tạo dung dịch màu vàng đậm, đồng phân trans cho dung dịch suốt Hãy giải thích điều Hướng dẫn 1) Độ dài liên kết chất tăng dần theo thứ tự: Để so sánh độ dài liên kết ta phải xét khả cộng hưởng cặp e dị tố N vào C=O Ở A tham gia cộng hưởng (vi phạm quy tắc Bredt) nên liên kết C=O hồn tồn liên kết đơi nên A phải có liên kết C=O ngắn C dài A ngắn B khả tham gia cộng hưởng N tốt O, thành liên kết C=O B có nhiều tình chất liên kết đơn nên dài 2) Phản ứng dung mơi phân có tạo thành carbocation khơng cổ điển (hình vẽ), ổn định hóa nhóm dồn electron dẫn đến bảng kết 3) Phản ứng tạo thành carbocation không cổ điện ổn định hóa liên kết đơi qua tương tác không gian Điều dẫn đến việc mặt sau liên kết C - OTs bị chắn nên phản ứng xảy theo hướng bảo tồn cấu hình 4) Ở đồng phân cis tạo thành carbocation ổn định obitan pi liên kết đôi, cộng thêm việc nhóm phenyl trợ màu dẫn đến tạo thành dung dịch có màu Đồng phân trans khơng có hỗ trợ từ liên kết đơi bên vịng xiclohexen nên khơng có màu: Bài 11 - Cộng hưởng 1) Cấu trúc cộng hưởng mô tả trạng thái hợp chất sau tốt hơn? 2) Vẽ cấu trúc cộng hưởng phân tử/ion sau: 3) Vẽ cấu trúc cộng hưởng có hợp chất sau: 4) Các liên kết carbon-carbon naphthalene không Sử dụng cấu trúc cộng hưởng để giải thích liên kết (a) ngắn liên kết (b) 5) Khi xử lí indene với NaNH2 tạo thành base liên hợp Vẽ cấu trúc cộng hưởng có base liên hợp indene giải thích pKa indene lại thấp hầu hết hydrocarbon 6) Trong 5-methyl-1,3-cyclopentadiene (A) 7-methyl-1,3,5-cycloheptatriene (B), nguyên tử H đánh dấu có tính acid mạnh nhất? Ngun tử có tính acid yếu nhất? Giải thích 7) a Giải thích phản ứng proton hóa pyrrole diễn C2 để tạo thành A thay nguyên tử N để tạo thành B? b Giải thích A có tính acid C, acid liên hợp pyridine 8) Giải thích chất A bền hợp chất B nhiều? 9) Giải thích triphenylene giống với benzene không xảy phản ứng cộng với Br2 phenanthrene phản ứng với Br2 tạo thành sản phẩm cộng (như hình vẽ)? (Gợi ý: Vẽ cấu trúc cộng hưởng hai chất sử dụng chúng để xác định giải tỏa liên kết π.) Hướng dẫn 1) Cấu trúc bên phải nguyên tử đạt bát tử 2) 3) (cấu trúc thứ có sức căng vơ lớn) 4) Naphthalene có cấu trúc cộng hưởng: số cấu trúc cộng hưởng có (a) liên kết đơi, (b) liên kết đơn Do đó, liên kết (b) có nhiều đặc trưng liên kết đơn nên dài 5) Base liên hợp indene có 10 π electron nên có tính thơm bền Do đó, tính acid indene mạnh hầu hết hydrocarbon 6) Hb có tính acid mạnh base liên hợp có tính thơm (6 π electron) Hc có tính acid yếu base liên hợp phản thơm (8 π electron) 7) a Sự proton hóa C2 tạo thành acid liên hợp A điện tích dương giải tỏa cộng hưởng Trong trường hợp B, điện tích dương khơng bền hóa cộng hưởng b Việc tách proton khỏi A (khơng có tính thơm) để lại electron cho N tạo thành pyrrole, có π electron, giải tỏa vịng cạnh (hợp chất có tính thơm) Do deproton hóa A thuận lợi Trong đó, C base pyridine liên hợp có tính thơm Do tách proton khơng có nhiều tác động lớn đến tính thơm hệ nên C có tính acid A Thực tế pKa A = 0.4 C = 5.2 8) Cấu trúc cộng hưởng thứ hai A cho thấy có vịng liên hợp hồn tồn với π electron, vịng có tính thơm bền Tương tự, với cấu trúc B vịng liên hợp có π electron (phản thơm), bền 9) Các cấu trúc cộng hưởng triphenylene: Các cấu trúc cộng hưởng A-H có liên kết đôi liên kết đơn vịng cạnh Điều có nghĩa vịng có tính chất vịng benzene lập, xảy phản ứng thay phản ứng cộng mật độ π electron giải tỏa Chỉ có cấu trúc cộng hưởng I khơng có dạng Mỗi liên kết C-C triphenylene có (hoặc 5) cấu trúc cộng hưởng mà liên kết đơn (hoặc 5) cấu trúc cộng hưởng mà liên kết đôi Các cấu trúc cộng hưởng phenanthrene: Tuy nhiên, với phenanthrene, số cấu trúc cộng hưởng có liên kết đơi ngun tử carbon đánh dấu (chỉ có C khơng.) Điều có nghĩa nguyên tử C có nhiều đặc trưng liên kết đôi liên kết C-C khác phenanthrene, chúng dễ tham gia vào phản ứng cộng thay phản ứng Bài 12 - Cộng hưởng Giải thích tượng sau: Các amide (R2NCOR) có tính nucleophile O mạnh N Nhóm ester có tính electrophile C so với ketone Các acyl chloride (RCOCl) có tính acid mạnh ester Hợp chất có moment lưỡng cực lớn đồng phân Hợp chất có tính acid mạnh Imidazole có tính base mạnh đáng kể so với pyridine Fulvene có tính electrophile carbon gắn ngồi vịng (exocyclic) Cyclohexadienone dễ bị hỗ biến (tautomer hóa) đa số hợp chất carbonyl (Chú ý: Sự hỗ biến hợp chất carbonyl hầu hết diễn nhanh, câu hỏi xu hướng nhiệt động học, động học.) i) Cyclopentadienone bền j) Chênh lệch pKa PhSH EtSH nhỏ nhiều so với PhOH EtOH k) Furan 10 công electrophile C2, không C3 a) b) c) d) e) f) g) h) Hướng dẫn a) Cả N O amide có cặp electron chưa liên kết, phản ứng với electrophile Khi O phản ứng với tác nhân electrophile E+, tạo thành sản phẩm có cấu trúc cộng hưởng tốt Cịn N phản ứng tạo thành sản phẩm có cấu trúc cộng hưởng Phản ứng O: Phản ứng N: b) Các ester có lượng thấp ketone bền hóa cộng hưởng từ nguyên tử O Khi cộng tác nhân nucleophile vào ester ketone, tiểu phân trung gian tứ diện tạo thành mà cộng hưởng gần khơng quan trọng Do đó, sản phẩm tứ diện từ ester có lượng gần giống với sản phẩm từ ketone Kết cần nhiều lượng để cộng nucleophile vào ester ketone c) Lập luận ý b áp dụng vào trường hợp tính acid acyl chloride so với ester Chú ý Cl O có độ âm điện gần nhau, chênh lệch tính acid acyl chloride ester khơng phải hiệu ứng cảm ứng mà hiệu ứng cộng hưởng d) Hợp chất có cấu trúc cộng hưởng mà điện tích tách riêng Thơng thường, cấu trúc có phần mang điện tách riêng có đóng góp nhỏ, trường hợp này, hai vịng tạo thành có tính thơm, chúng quan trọng bình thường e) Khác biệt chất đầu có vịng Việc H có tính acid từ γ C tạo thành tiểu phân có cấu trúc cộng hưởng thơm khơng có tính chất tương tự f) Cả imidazole pyridine hợp chất thơm Cặp electron chưa liên kết N gắn với H imidazole cần có để trì tính thơm, ngun tử N cịn lại, có cặp chưa liên kết orbital sp2, tâm base Sự proton hóa nguyên tử N tạo thành hợp chất có hai cấu trúc cộng hưởng tốt Cịn proton hóa pyridine tạo thành hợp chất thơm có cấu trúc cộng hưởng tốt g) Các liên kết π C=C hydrocarbon đơn giản thường có tính nucleophile, khơng có tính electrophile Tuy nhiên, nucleophile cơng vào ngun tử C ngồi vịng (exocyclic) hợp chất thơm fulvene electron từ liên kết π C=C đến nguyên tử C vòng (endocylic) tạo thành hệ thơm h) Dạng hỗ biến 2,4-cyclohexadienone, hợp chất không thơm phenol, hợp chất thơm i) Nhóm carbonyl C=O có hợp phần cộng hưởng C+-O- quan trọng Trong cyclopentadienone, hợp phần cộng hưởng cấu trúc phản thơm (Chính vậy, đề xuất tổng hợp đừng lựa chọn cyclohexadienone cyclopentadienone làm nguyên liệu đầu!) j) PhOH có tính acid mạnh đáng kể so với EtOH (pKa = 10 17) bền hóa cộng hưởng base liên hợp PhOH S lớn O, xen phủ S(p)-C(p) PhS - nhỏ nhiều so với xen phủ O(p)-C(p) PhO- Sự xen phủ giảm xuống PhS- dẫn đến bền hóa cộng hưởng bị gảm xuống, đó, vịng phenyl gây khác biệt tính acid RSH so với ROH k) Sự cơng electrophile E+ vào C2 tạo thành carbocation có cấu trúc cộng hưởng tốt Cịn cơng vào C3 tạo thành cấu trúc cộng hưởng tốt Bài 13 - Sự hỗ biến 1) Tại pKa proton Ha 1-acetylcyclohexene cao pKa proton Hb? 2) Tại 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione chủ yếu tồn dạng enol 2,2-dimethyl1,3-cyclohexanedione khơng? Hướng dẫn 1) Sự tách loại Ha tạo thành cấu trúc cộng hưởng mà điện tích âm khơng O Sự tách loại Hb tạo thành cấu trúc cộng hưởng mà số có điện tích âm O, làm cho base liên hợp bền Chính Hb có tính acid mạnh (pKa thấp hơn.) 2) 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione chủ yếu tồn dạng enol liên kết C=C enol liên hợp với nhóm C=O khác Sự liên hợp làm bền hóa enol Enol 2,2-dimethyl-1,3cyclohexanedione khơng liên hợp với nhóm carbonyl cịn lại Bài 14 - Xác định tâm hoạt động Trong hợp chất sau, nguyên tử cụ thể xác định mũi tên Xác định liệu ngun tử có tính nucleophile, electrophile hay acid Một số ngun tử khơng có có nhiều tính chất Trong này, “tính acid” định nghĩa pKa ≤ 25 Hướng dẫn A = tính acid; E = tính electrophile; N = tính nucleophile; none = khơng Bài 15 - Hóa lập thể 1) Methylphenidate (tên thương mại: Ritalin) dùng điều trị chứng rối loạn tăng động giảm ý (ADHD) Ritalin hỗn hợp đồng phân R,R S,S có đồng phân R,R có hoạt tính điều trị ADHD (Đối quang tinh khiết R,R, gọi dexmethylphenidate, bán với tên thương mại Focalin.) Vẽ cấu trúc đồng phân R,R S,S methylphenidate 2) Artemisinin mefloquine sử dụng rộng rãi điều trị sốt rét Hãy tâm bất đối hai chất xác định cấu hình tuyệt đối chúng (*) theo R/S Chỉ rõ trạng thái lai hóa nguyên tử N mefloquine cho biết nguyên tử bị proton hóa phản ứng mefloquine với HCl 3) Saquinavir (tên thương mại Invirase) thuộc nhóm thuốc ức chế protease, sử dụng để điều trị HIV (virus gây suy giảm miễn dịch người) Hãy tâm bất đối Saquinavir xác định cấu hình tuyệt đối chúng (*) theo R/S 4) Phản ứng acid-base (R)-sec-butylamine với hỗn hợp racemic 2-phenylpropanoic acid tạo thành sản phẩm có nhiệt độ nóng chảy khác độ tan khác Vẽ cấu trúc sản phẩm Xác định cấu hình tuyệt đối (R/S) tâm lập thể Hai sản phẩm có mối liên hệ nào? Hướng dẫn 1) 2) Phản ứng mefloquine với HCl: 3) 4) ... (tautomer hóa) đa số hợp chất carbonyl (Chú ý: Sự hỗ biến hợp chất carbonyl hầu hết diễn nhanh, câu hỏi xu hướng nhiệt động học, động học.) i) Cyclopentadienone bền j) Chênh lệch pKa PhSH EtSH nhỏ... tỏa cộng hưởng Trong trường hợp B, điện tích dương khơng bền hóa cộng hưởng b Việc tách proton khỏi A (khơng có tính thơm) để lại electron cho N tạo thành pyrrole, có π electron, giải tỏa vịng