bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học thpt chuyên đề xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao về hóa lập thể hợp chất hữu cơ

Tên đề tài Xây dựng hệ thống tập mở rộng nâng cao hóa lập thể hợp chất hữu MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Hóa học lập thể nghiên cứu cấu trúc khơng gian chất ảnh hưởng cấu trúc đến tính chất chúng Nhiều tính chất hóa-lý chất giải thích rõ biết cấu trúc khơng gian chất Để học tập giảng dạy tốt hóa học hữu chuyên sâu cần có sở lý thuyết hóa học hữu thật vững chắc, mà hóa học lập thể kiến thức tảng quan trọng Trong thực tế giảng dạy trường phổ thơng nói chung trường chun, việc dạy học Hóa lập thể gặp số khó khăn: - Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa, nội dung kiến thức chưa đủ cịn có khoảng cách xa so với nội dung chương trình thi Olympic Quốc gia, đặc biệt Olympic Quốc tế - Có nhiều tài liệu tham khảo kiến thức nằm rải rác - Đặc trưng tư hóa học lập thể tưởng tượng cấu trúc hình học khơng gian Vấn đề gây nhiều đa số học sinh chun hóa khơng có nhiều thời gian rèn tư mơn hình học khơng gian - Nội dung hóa lập thể khơng dừng xác định cấu hình, cấu dạng mà yêu cầu nâng cao hơn: Định lượng hóa thông số cấu trúc, xét cấu trúc không trạng thái tĩnh mà phản ứng hóa học Để rút ngắn khoảng cách nội dung kiến thức học trường chuyên với yêu cầu ngày cao nội dung học tập hóa học hữu cơ, cần thiết phải trang bị cho giáo viên học sinh kiến thức nâng cao ngang tầm chương trình đại học, đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học sinh phổ thông Từ thực tế trên, với mục đích cung cấp tài liệu tham khảo hóa học lập thể mức độ mở rộng nâng cao cho giáo viên (GV) học sinh (HS) tham dự đội tuyển thi học sinh giỏi đặc biệt HSG Quốc tế, chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống tập mở rộng nâng cao hóa lập thể hợp chất hữu cơ” II Mục tiêu nghiên cứu: Vận dụng lý thuyết hóa học lập thể hợp chất hữu để phân loại, xây dựng tiêu chí tập cấu hình, cấu dạng hợp chất hữu trạng thái tĩnh trạng thái động, phục vụ cho giảng dạy học tập hóa học hữu chương trình hóa học phổ thơng chun III Nhiệm vụ nội dung đề tài: 1- Nghiên cứu lí thuyết hóa học lập thể hợp chất hữu chương trình hóa học hữu đại cương đại học, khoa Hoá Đại học Sư phạm Hà Nội tìm hiểu nội dung giảng dạy hóa học hữu nói chung trường chuyên 2- Thống kê, phân loại tập tài liệu giáo khoa, sách tập cho sinh viên, tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến hóa lập thể, từ phân tích việc vận dụng nội dung lí thuyết cấu trúc khơng gian hợp chất hữu giảng dạy hoá học trường chuyên xây dựng tiêu chí, cấu trúc tập liên quan 3- Phân tích nội dung hóa học lập thể đề thi Olympic Quốc gia nước Olympic Quốc tế để thấy mức độ yêu cầu vận dụng sở lí thuyết ngày cao đề thi, từ đặt nhiệm vụ cho giáo viên phải có khả tự bồi dưỡng nâng cao trình độ để trang bị kiến thức bản, nâng cao cần thiết cho em mà phải biết dạy cách học, dạy chất vấn đề để giúp học sinh học có hiệu PHẦN 1: TỔNG QUAN I- TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỌC LẬP THỂ Hóa học lập thể nội dung hóa học hữu đại Hiểu rõ kiến thức hóa học lập thể nghiên cứu vấn đề khác hóa học hữu như: Hiệu ứng cấu trúc, chế phản ứng, tổng hợp chất hữu với cấu hình mong muốn, xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ, dự đốn tính chất lý hóa chất thiên nhiên hợp chất tổng hợp Việc đưa nội dung vào chương trình có ý nghĩa lớn, giúp cho học sinh hiểu đầy đủ sâu sắc kiến thức tảng hóa học hữu Bước đầu cho học sinh tiếp cận với hóa học hữu nâng cao so với chương trình hóa học phổ thơng II- TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC HÓA LẬP THỂ TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH Trong tài liệu hành, lý thuyết hóa học lập thể tương đối đầy đủ, dạng tập chưa phong phú chưa phân loại rõ ràng bó hẹp dạng xác định cấu hình, cấu dạng liên quan tới kiến thức khác hóa học hữu mức độ đơn giản Hơn nữa, tập vận dụng lý thuyết hóa lập thể chưa có dạng tổng hợp để bồi dưỡng lực tư duy, chưa định lượng hóa Các vấn đề liên quan đến hóa lập thể tiến trình phản ứng nghiên cứu theo góc độ chế phản ứng chưa tách thành mảng kiến thức độc lập III- VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Để đặt yêu cầu cho học sinh (HS) trình giảng dạy việc lựa chọn, xây dựng tập việc làm quan trọng cần thiết GV Thông qua tập, GV đánh giá khả nhận thức, khả vận dụng kiến thức HS Bài tập phương tiện để dạy HS tập vận dụng kiến thức vào thực hành, thực tế vận dụng kiến thức thông qua tập có nhiều hình thức phong phú Chính nhờ việc giải tập mà kiến thức củng cố, khắc sâu, xác hóa, mở rộng nâng cao Cho nên, tập vừa nội dung, vừa phương pháp, vừa phương tiện để dạy tốt học tốt PHẦN II: CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HÓA HỌC LẬP THỂ HỢP CHẤT HỮU CƠ CHƯƠNG I: CÁC CÔNG THỨC BIỂU DIỄN CẤU TRÚC KHÔNG GIAN I.1 Lý thuyết Mỗi chất hữu biểu diễn nhiều công thức cấu trúc khác Tuy nhiên, cần hiểu rõ nguyên tắc biểu diễn cấu trúc công thức để chọn công thức biểu diễn phù hợp Hơn cần trang bị tốt cho học sinh kỹ tưởng tượng để thấy tương đồng công thức khác loại loại cơng thức thay đổi góc nhìn trạng thái chất cần biểu diễn cấu trúc I.1.1 Công thức Fischer − Chiếu phân tử vị trí quy ước lên mặt phẳng giấy: Các liên kết từ nguyên tử trung tâm hướng phía gần người quan sát biểu diễn trục nằm ngang, liên kết hướng phía xa người quan sát biểu diễn nằm trục thẳng đứng; đường để biểu diễn mạch cacbon với ngun tử cacbon có số oxi hóa cao phía − Chỉ xoay công thức Fischer 180 O mặt phẳng Nếu xoay 90O mặt phẳng 180O mặt phẳng cơng thức tạo cơng thức biểu diễn cấu trúc không gian chất khác (là đồng phân đối quang chất xét) − Dùng cơng thức Ficher để biểu diễn cấu hình C* Không biểu diễn cấu dạng I.1.2 Công thức phối cảnh a) Công thức phối cảnh loại (Chỉ gồm nét đều) Phân tử mô tả không gian ba chiều, liên kết nguyên tử cacbon biểu diễn đường gấp khúc Quy ước: từ đường chéo từ trái sang phải biểu diễn liên kết C−C hướng xa người quan sát c a a b a b a a b c b c b c b c c a - Công thức phối cảnh loại biểu diễn đầy đủ cấu trúc khơng gian, có nhược điểm cồng kềnh b) Công thức phối cảnh loại (Gồm nét đều, nét đậm, nét đứt) - Nét biểu diễn liên kết nằm mặt phẳng giấy, nét đậm biểu diễn liên kết phía gần người quan sát, nét đứt biểu diễn liên kết xa dần người quan sát I.1.3 Cơng thức Newman Khi nhìn dọc theo trục liên kết C1−C2, thấy nguyên tử cacbon C2 phía sau bị che khuất, biểu diễn nguyên tử cacbon vòng tròn, nguyên tử C nằm tâm Các liên kết xuất phát từ nguyên tử cacbon tạo thành góc 120 O (Csp3); 180O (Csp2) mặt phẳng giấy a b b a a a a b b b c c c cc c b Dạng che khuất c a b b a c a Dạng xen kẽ - Công thức Newman thường dùng để minh họa cấu dạng, thể góc khơng gian nhóm nguyên tử cách định lượng Muốn chuyển công thức Newman công thức phối cảnh sang công thức Fiser, cần chiếu công thức cấu dạng che khuất hoàn toàn theo quy ước nêu I.2 Bài tập vận dụng Bài I.1: Các cặp công thức sau liên quan với (đồng phân cấu tạo, đồng phân cấu hình, chất): Phân tích: HS cần phân biệt hai chất đồng phân cấu trúc chúng có công thức cấu tạo, khác cách xếp nguyên tử xung quanh tâm bất đối xứng, mặt phẳng đối xứng, trục đối xứng GV cần lưu ý HS khơng nên xác định cấu hình chất thời gian máy móc Cần quan sát để nhận điểm khác a) A1 A2 khác vị trí nhóm –OH → đồng phân cấu tạo b) B1 B2 giống nguyên tử C phía trước, khác cách xếp nhóm nguyên tử C phía sau → chúng đồng phân quang học không đối quang c) C1 C2 khác vị trí nguyên tử Cl lại đối xứng trục → chất d) D1 D2 khác cách xếp nhóm CH3- C2H5- → đồng phân hình học Bài I.2: Chuyển công thức sau sang công thức Fischer: a) (A1) (A2) (A3) b) (B1) (B2) (B3) Phân tích: Ngun tắc cơng thức Fischer đặt mạch theo phương thẳng đứng, nhóm có số oxi hóa cao thường để phía Về nguyên tắc, cần chuyển cơng thức dạng che khuất hồn tồn cơng thức phối cảnh xác định cấu hình tuyệt đối nguyên tử C* Tuy nhiên, cách làm thời gian GV nên hướng dẫn HS xác định vị trí tương đối nhóm ngun tử C để biết nhóm phía bên trái hay bên phải công thức Fischer a) b) Bài I.3: Viết công thức Fischer dạng HOCH 2CHOHCHO thực phép quay góc 90O, 180O mặt phẳng mặt phẳng theo hướng vng góc Các cơng thức thu có biểu diễn cơng thức chất ban đầu khơng? Phân tích: Bài tập giúp HS hiểu công thức Fischer quay 180 O Khi xoay công thức, không xác định cấu hình mà cần đối chiếu với cơng thức phối cảnh tương ứng Như vậy, xoay 90O cấu hình chất bị chuyển sang dạng đối quang Như vậy, xoay 180O cấu hình chất khơng thay đổi Bài I.4: Chuyển công thức sau sang cơng thức Newman Phân tích: GV cần hướng dẫn HS xác định cấu dạng xen kẽ hay che khuất thống hướng nhìn (thường từ trái sang phải) để từ viết cơng thức Newman biết chắn vị trí nhóm sau tưởng tượng vị trí đặt mắt a) Nguyên tử C bên trái: Br hướng 4h, H hướng 8h, nhóm CH hướng 12h Nguyên tử C bên phải: 2H hướng 2h 10h, nhóm CH hướng 6h → Cơng thức Newman: b) Các nhóm vị trí che khuất hồn tồn: Br – Cl hướng 4h; Br – H hướng 8h; H – Cl hướng 12h c) Các nhóm vị trí xen kẽ anti: Nguyên tử C bên trái: Cl hướng 4h, H hướng 8h, nhóm C 2H5 hướng 12h Nguyên tử C bên phải: Cl hướng 10h, H hướng 2h, nhóm C 2H5 hướng 6h Bài I.5: Chuyển công thức Fischer sau sang cơng thức phối cảnh cơng thức Newman Phân tích: Cần dựa vào cơng thức Fischer để biết vị trí tương đối nhóm nguyên tử, từ điền vào cơng thức phối cảnh - C* thứ (phía trên): Nhóm CH3 phía bên phải, sang cơng thức phối cảnh phía bên phải → hướng nhìn từ phía → nhóm CH2OH phía - C* thứ hai: cơng thức phối cảnh nhóm C 2H5 phía → hướng nhìn từ phía dưới, Br bên trái cơng thức Fischer phải phía bên trái so với hướng nhìn → nằm đường nét đậm: Từ cơng thức phối cảnh, xoay nguyên tử C góc cho tương ứng với cơng thức Newman từ xác định vị trí nhóm chưa biết: Bài I.6: 3-Brombutan-2-ol có đồng phân lập thể? Viết CT Fisơ đồng phân Hãy biểu diễn đối quang Erythro-3-Brom-2-butanol dạng CT Fischer, công thức phối cảnh cơng thức Newman Phân tích: Từ công thức cấu tạo, HS dễ dàng xác định 3-Brombutan-2-ol có 2C* từ suy có đồng phân quang học Tương tự 5, viết công thức sau: Bài I.7: Cho đồng phân sau đây: 10 SO2H SO2Cl HSO2Cl ClCl - Cl +SO2+Cl- Bài V.2: a) Phản ứng este hóa axit (+) lactic ( [α ] D = +3,3O) CH3OH thu (−) Metyl lactat ( [α ] D = −8,2O) Hỏi phản ứng có làm thay đổi cấu hình hay khơng? b) Oxi hóa D (+) glyxeranđehit thu axit (−) glyxeric Hỏi phản ứng có làm thay đổi cấu hình hay khơng? Phân tích: HS cần nắm góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực phụ thuộc vào cấu trúc nhóm quanh nguyên tử C khơng phải phụ thuộc danh pháp cấu hình a) Sự biến đổi góc quay cực riêng từ dương sang âm nhóm OH COOH bị thay nhóm OCH3, khơng liên quan đến ngun tử C* b) Nhóm CHO chuyển thành nhóm COOH khơng liên quan đến liên kết C*-C Bài V.3: Dưới tác dụng HBr: Treo-3-bromobutan-2-ol biến đổi thành hỗn hợp raxemic (±) 2,3-dibromobutan Eritro-3-bromobutan-2-ol biến thành meso-2,3-dibromobutan Kết có phù hợp với chế [SN1] hay [SN2] không? Nếu không, giải thích Phân tích: Phản ứng diễn theo chế SN1 Nguyên tắc raxemic hóa nguyên tử C chứa nhóm –OH Nhưng sản phẩm cuối lại khơng làm thay đổi cấu hình sản phẩm HS dễ hiểu nhầm phản ứng SN2 làm quay cấu hình Tuy nhiên, điều kiện phản ứng (xúc tác H +) kết (biến đổi cấu hình hồn tồn) khơng phù hợp với đặc điểm phản ứng SN2 Do GV cần gợi ý cho HS cấu tạo ion trung gian, theo cấu trúc tạo ion vòng → bắt buộc hướng kết hợp Br- phải ngược hướng với nguyên tử Br có sẵn (Hiệu ứng nguyên tử liền kề có cặp electron chưa liên kết) a) Đồng phân etrio: (OH Cl hướng công thức Fischer nên ngược hướng công thức phối cảnh) 49 +H+ HO Br -H2O Br- Br Br Br Br Br Vì xác suất Br- kết hợp vào hai nguyên tử C ion vòng → tạo hỗn hợp raxemic b) Đồng phân Threo: Br HO +H+ -H2O Br- Br Br Br Bài V.4: Dự đoán sản phẩm tạo thành phản ứng SOCl2 với: OH a) R-1-phenyletanol b) Phân tích: Bài tập nhằm giúp HS củng cố lại kiến thức phản ứng SNi, HS cần nắm chế phản ứng SNi để biết sản phẩm phản ứng khơng đổi cấu hình: a) b) OH Cl +SOCl2 OH Cl +SOCl2 Bài V.5: Biểu diễn cấu trúc không gian chất sơ đồ phản ứng sau: Cho biết tác chất cần thiết giai đoạn Phân tích: 50 Trong tập này, HS cần xác định tác nhân, chế phản ứng để từ suy cấu trúc chất a) Phản ứng (1) tách HBr theo chế S N2 nội phân tử có nguyên tử Oxi chứa cặp electron Do nhóm OH Br phải khác phía Xúc tác cho phản ứng bazơ Phản ứng (2) theo chế SN2 CN- thay cho Br- Tác nhân phản ứng CN- CN Br CN OH O OH OH b) Phản ứng (1) tạo hợp chất kim sau cộng với CO 2, có raxemic hóa sản phẩm → chất ban đầu dạng cis dạng trans Phản ứng (2) theo chế SN2 nội phân tử có nhóm -COO - đẩy Cl- Do phải chọn chất ban đầu đồng phân trans Br Br Br MgI I MgI Br Br COOH COOH Br O COOH O Bài V.6: Khi metyl hóa tối đa tách Hofmann, amin (A) cho cis-1,2-diphenylpropen; amin (B) cho trans-anken Cho biết hóa học lập thể phản ứng tách Hofmann Phân tích: Mục đích tập minh họa chế phản ứng Hofmann ảnh hưởng hiệu ứng không gian lên sản phẩm tạo thành Lưu ý HS nhóm C 6H5 có kích thước lớn đẩy 51 a) Vì phản ứng có định hướng lập thể rõ ràng nên suy chế phản ứng E 2, nhóm N(CH3)3 bị tách H anti C bên cạnh C chứa N A: N(CH3)3+ H C6H5 N(CH3)3+ C6H5 CH3 C6H5 CH3 C6H5 C6H5 H CH3 C6H5 H H H B: N(CH3)3+ H CH3 N(CH3)3+ H3C CH3 C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 H C6H5 C6H5 H H H Bài V.7: Tác dụng ion iodua I- 1,2-dibromo ankan tạo thành anken theo sơ đồ: Trong bốn đồng phân lập thể 3-t-butyl-1,2-dibromoxiclohexan, có đồng phân tham gia phản ứng Viết cấu hình đồng phân cho biết đồng phân cho phản ứng Giải thích Phân tích: HS cần nhận chế phản ứng theo chế E2, hai nguyên tử Br phải vị trí anti Thêm nữa, qua tập chương 3, HS biết nhóm t-butyl phải vị trí e Trên sở này, chọn đồng phân phù hợp với yêu cầu phản ứng - Bốn đồng phân lập thể: Br Br C4H9 Br C4H9 Br C4H9 Br C4H9 Br Br Br - Đồng phân phù hợp đồng phân thứ Bài V.8: Sắp xếp hợp chất sau theo thứ tự tăng dần phản ứng E2 Giải thích 52 Phân tích: Ngồi đặc thù chế E2 tách hai nguyên tử tách vị trí anti, cần thêm điều kiện chuyển hóa nguyên tử Csp3 thành Csp2 Chất A: Không tham gia phải ứng nguyên tử C chung vịng, khơng thể chuyển thành Csp2 Chất C: hai ngun tử Cl vị trí che khuất, khó tham gia phản ứng Chất B: dễ tham gia phản ứng hai Cl vị trí anti Bài V.9: Dùng công thức phối cảnh để biểu thị cấu lập thể hợp chất sơ đồ sau: Phân tích: Trước hết, HS cần xác định chế phản ứng tiến trình lập thể, từ xác định cấu hình sản phẩm tạo thành (1) Cơ chế SN2 có dung mơi bazơ Làm quay cấu hình (2) Cơ chế SN2 Làm quay cấu hình (3) Cơ chế E2 Tách anti (4) Cơ chế AE Cộng trans (5) Cơ chế E2 Tách anti Các sản phẩm lần lượt: H (1) TsO H3C C6H5 C6 H5 H H3C H (2) C6H5 C6H5 C6H5 H Br 53 H (3)(5) C6H5 CH3 H3C Br (4) C6 H5 C6 H5 Br H Br H C6 H5 C6 H5 CH3 Br Bài V.10: a) Tác dụng C2H5ONa Eritro-3,4-dimetyl-3-bromohexan quang họat môi trường C2H5OH đưa đến hỗn hợp sản phẩm làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực, có chất (chứa liên kết đơi C=C chứa ete) Viết cấu trúc sản phẩm phản ứng giải thích chế b) Tác dụng C2H5ONa treo-2-bromo-3-metylpentan quang họat C 2H5OH cho hỗn hợp làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực, hỗn hợp chứa hai chất (có nối đơi C=C chứa ete) Cho biết hóa học lập thể sản phẩm phản ứng Phân tích: Bài tập dựa phản ứng đơn giản tách HBr theo chế E2 Br theo chế SN2 HS dễ dàng từ cấu hình chất ban đầu để viết cấu trúc sản phẩm CH3 a) C2 H5 Br C2H5 CH3 CH3 H → C2H5 OH C2H5 CH3 H (thế SN2, quay cấu hình sản phẩm quang hoạt) Phản ứng tách HBr tạo ra: trans-C2H5-C(CH3)=C(CH3)C2H5; trans s-C4H9-C(CH3)=CH-CH3, s-C4H9-C(C2H5)=CH2 H Br CH3 H H OH H3C CH3 CH3 b) C2 H5 → C2 H5 (thế SN2, quay cấu hình sản phẩm quang hoạt) H Phản ứng tách HBr tạo cis C2H5-C(CH3)=CH-CH3 Bài 11 Các phản ứng sau thực với cis trans-stilben: a) Cộng brom b) Cộng axit performic, kế thủy giải hợp chất nhận mơi trường axit c) Hidro hóa có xúc tác 54 d) Hidroxyl hóa H2O2 với có mặt OsO4 e) Cộng HBr dung môi C2H5OH Phản ứng cho sản phẩm giống với hai đồng phân, phản ứng không cho sản phẩm giống nhau? Giải thích kết nhận Phân tích: Mỗi trường hợp, HS cần dựa vào chế phản ứng để xác định cấu hình sản phẩm a) Phản ứng cộng khác phía tạo tiểu phân trung gian cation vòng cạnh, đồng phân cis cho sản phẩm threo, đồng phân trans cho sản phẩm erythro b) Phản ứng cộng tạo vịng cạnh sau OH theo chế SN2 → đồng phân cis cho sản phẩm threo, đồng phân trans cho sản phẩm erythro c) Cho sản phẩm giống sản phẩm khơng có đồng phân cấu hình d) Phản ứng cộng phía, đồng phân cis cho sản phẩm erythro, đồng phân trans cho sản phẩm threo e) Phản ứng tạo cacbocation bậc bền, khơng tạo vịng cạnh Xác suất tạo ion hai C liên kết đôi xác suất tiếp cận Br- từ hai phía ion âm Br- → sản phẩm hai chất hỗn hợp raxemic Bài 12 a) Tác dụng axit peoxiaxetic cis-1-xiclohexylpropen cho hợp chất A Cho biết chế phản ứng A với dung dịch NaOH hóa học lập thể sản phẩm B thu (sản phẩm chính) b) Có thể dùng tác chất để biến đổi trans-1-xiclohexylpropen thành sản phẩm B? c) Cho biết chế phản ứng A với dung dịch HCl hóa học lập thể sản phẩm nhận Phân tích: Tương tự tập trên, HS dựa vào tiến trình lập thể phản ứng để xác định cấu hình sản phẩm a) Do đặc thù phản ứng, A gồm hai chất đối quang C6H11 C6H11 O O (A1) (A2) C6H11 Do B sinh từ hai chất tron hỗn hợp A Do hiệu ứng không gian mà OHsẽ công vào C có nhóm nhỏ (nhóm CH3) Sản phẩm cuối cặp đồng phân 55 threo đối quang Tương ứng với hai chất A hai chất sản phẩm B CH3 CH3 H HO (B1) HO OH H H H OH C6H11 C6H11 (B2) b) Muốn thu sản phẩm B từ trans-1-xiclohexylpropen, cần dùng tác nhân cộng phía → dùng KMnO4 lỗng, lạnh c) A phản ứng với HCl theo chế SN1, sản phẩm trung gian ion vòng mật độ điện dương cation tập trung C có nhóm lớn (nhóm C6H11) Do nhóm OH cơng vào C bên nhóm C6H11 Sản phẩm thu tương ứng B2 B1 Bài V.13 Một andehit quang hoạt A (C9H10O) cấu hình R tác dụng với CH3MgBr cho hai đồng phân đia B C (C10H14O) (B nhiều C) Các bromua B C PBr3 cho tác dụng với KOH ancol nhiệt độ cao cho hai anken tương ứng làD E (C10H12) Ozon D cho axetophenon andehit axetic Biểu diễn công thức hợp chất A, B, C giải thích phản ứng xảy Phân tích: Trước hết, cần dựa vào phản ứng để xác định công thức cấu tạo A Có thể suy ngược từ D Ozon phân D cho axetophenon andehit axetic → D, E công thức cấu tạo C6H5-C(CH3)=CH-CH3 → A có cơng thức cấu tạo: C6H5-CH(CH3)-CHO Bài tập nhằm minh họa việc dùng quy tắc Cram để xác định cấu hình B C, GV nên lưu ý HS dùng công thức Newman để biểu diễn trình tạo B C Căn vào đặc thù lập thể phản ứng S Ni (Brom hóa PBr3); tách E2 (kiềm/ancol) dễ dàng xác định cấu trúc chất lại 56 H H C6H5 H C6H5 HO CH3 H CH3 C6H5 CH3 CH3 (B) Br CH3 H (D) H H O C6H5 C6H5 CH3 C6H5 H3C OH (C) H3C H C6H5 CH3 Br (E) H Bài V.14 Sự brom hóa axit succinic tạo thành axit 2-bromo succinic (A) không quang hoạt tách hai Sự thủy phân (A) khử nước thu B (C4H4O4) Dưới tác dụng brom, (B) biến thành (C) C 4H4Br2O4 không quang hoạt không tách hai Đun khan (B) cao nhiệt độ nóng chảy, B tạo thành (D) C4H2O3, thủy phân dễ dàng cho (E) đồng phân (B) Khi đun nhẹ, (E) tái sinh (D) nhanh chóng, đun dung dịch nước, (E) biến đổi chậm thành (B) Tác dụng brom (E) cho (F) đồng phân (C) tách hai Biểu diễn cấu trúc hợp chất từ (A) đến (F) Phân tích: Từ chế phản ứng, HS suy cấu hình sản phẩm viết cơng thức cấu trúc - Axit succinic HOOC-CH2-CH2-COOH khơng có C*, bị brom hóa thu cặp đối quang HOOC-CH2-CHBr-COOH - Thủy phân A hai ancol tương ứng, từ tách nước B → dễ dàng tìm cấu tạo B HOOC-CH=CH-COOH, D anhidrit maleic - D dễ dàng tạo thành E đồng phân B → E đồng phân cis, B đồng phân trans - C không tách hai → C đồng phân meso F tách hai → F đồng phân threo GV cần lưu ý cho HS tìm cấu trúc B từ phản ứng tạo E tạo C Công thức chất từ A đến F H H A: HOOC COOH Br H H Br HOOC 57 H COOH H Br H B: HOOC D: COOH O O O HOOC H HOOC H Br COOH E: HOOC Br Br F: C: COOH H H H HOOC COOH COOH Br Br Bài 15 Cho hợp chất (A) C6H5 C2H5 C2H5 OCH3 a) Tác dụng với HOCl, sau xà phịng hóa sản phẩm tạo thành Cho biết cấu trúc hợp chất (B) nhận b) Đun (B) môi trường axit Hợp chất (C) tạo thành có tính quang hoạt khơng? Viết chế phản ứng c) Cho (C) tác dụng với LiAlH 4, sau đun mơi trường axit Cho biết cấu trúc hợp chất (D) tạo thành (D) có hồn tồn giống (A) khơng? Phân tích: a) Cơ chế phản ứng AE SN1 → sản phẩm cộng HClO hỗn hợp đồng phân, sản phẩm đồng phân I, II hiệu ứng +C nhóm CH3O- định hướng OH vào C dương điện Sản phẩm cộng HClO C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 C2H5 Cl Cl C2H5 C2H5 OH HO C2H5 C2H5 OH HO C2H5 C2H5 Cl Cl C2H5 C6H4 OCH3 C6H4OCH3 Sản phẩm thủy phân: 58 C6H4OCH3 C6H4 OCH3 C6H5 C6H5 C2H5 OH HO C2H5 C2H5 OH HO C2H5 C6H4OCH3 C6H4 OCH3 b) Đun B axit xảy phản ứng chuyển vị pinacol, nhóm bị chuyển vị nhóm đẩy e mạnh (có thể C6H5 CH3OC6H4)→ sản phẩm C6H5 ∗ C2 H5 H3COC6H4 O C2 H5 Đây chất có C* Tuy nhiên trình chuyển vị có cacbocation trung gian tạo → sản phẩm hỗn hợp raxemic c) Khi khử C tách nước thu đồng phân cấu tạo A có chuyển vị làm thay đổi cấu trúc mạch C Sản phẩm cuối đồng phân trans chế E1 C6H5 D: ∗ C2 H5 H3COC6H4 59 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, đề tài thu kết sau: Đã phân tích chương trình hóa học chuyên, để đánh giá mức vai trò, vị trí nội dung hóa lập thể việc hình thành kiến thức hóa học tảng cung cấp kiến thức hóa học hữu cho học sinh chuyên Tiến hành phân loại tập liên quan đến nội dung hóa học lập thể Trong dạng tập trên, tiến hành phân loại phân tích đặc điểm, đánh giá mức độ kiến thức, phân tích cách vận dụng lý thuyết hóa lập thể để giúp cho học sinh có cách giải phù hợp với trình độ người học phù hợp với loại tập, phản ánh chất q trình xảy hệ hóa học, giúp rèn luyện tư hóa học: a) Các loại cơng thức biểu diễn cấu trúc không gian b) Xác định danh pháp cấu hình c) Cấu dạng tính tốn định lượng d) Quan hệ cấu trúc tính chất hóa lý e) Hóa lập thể chế phản ứng Đã phân tích 55 tập cấu trúc không gian hợp chất hữu phục vụ thiết thực cho việc bồi dưỡng HSG quốc gia, quốc tế 60 ĐỀ XUẤT TIÊU CHÍ VỀ CẤU TRÚC VÀ XÂY DỰNG BÀI TẬP Trên ta thấy rõ vị trí vai trị lý thuyết hóa lập thể chương trình hóa học phổ thơng chun chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia Quốc tế, phân tích vấn đề hóa lập thể việc vận dụng chúng Nhưng điều quan trọng thực tế học sinh nắm bắt vấn đề nào, việc giảng dạy GV phải thay đổi để đáp ứng nội dung kiến thức Đặc điểm trường chuyên nước ta nơi tập trung đào tạo rèn luyện học sinh giỏi, thông minh để có đủ kiến thức, lực trình độ thi Đại học mà mục tiêu cao tham dự kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia Quốc tế Mà yêu cầu việc thi học sinh giỏi học sinh giỏi quốc tế ngày cao, ngày rộng theo xu hướng phát triển khoa học đại; kiến thức đòi hỏi học sinh phải nắm bắt nhiều, với số lượng dạy lớp cịn hạn chế, giáo viên khơng thể cung cấp hết kiến thức cho học sinh mà hướng dẫn HS tìm tịi, khám phá Vì vậy, giáo viên dạy trường chuyên phải có phương pháp thích hợp để phát triển lực tư học sinh Giáo viên việc trình bày kiến thức chắn cịn phải cung cấp kiến thức nâng cao cho em, đặc biệt học sinh đội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, đội tuyển dự thi Olympic Hóa học Quốc tế Giáo viên phải xác định rõ kiến thức để xây dựng tập minh họa nhằm khắc sâu dạng đồng thời phải hình thành tình vận dụng phức tạp khác nhau, liên hệ tình nhằm phát triển học sinh lực tư sáng tạo Đối với tập cho học sinh chuyên phải thay đổi đối tượng học sinh chuyên em có trí tuệ phát triển, có khả tự học, tự tìm tịi nghiên cứu nên giáo viên khơng thể giảng dạy cách máy móc, thụ động Trong giai đoạn nay, để đáp ứng với phát triển nội dung kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia nâng lên với yêu cầu ngày cao Do đó, giáo viên dạy trường chuyên phải có đổi nội dung phương pháp để đáp ứng yêu cầu Trong q trình nghiên cứu đề tài chúng tơi thấy mảng kiến thức hóa lập thể có tầm quan trọng lớn việc bồi dưỡng học sinh giỏi Tùy theo trình độ giáo viên mà tạo tình phức tạp khác để rèn khả vận dụng, lực thích ứng nên khơng thể máy móc mà phải thay đổi đối tượng, tình Vì vậy, qua việc phân tích ví dụ trên, bước đầu mạnh dạn đề xuất số tiêu chí để cấu trúc 61 tập hóa lập thể nhằm phục vụ cho việc nâng cao chất lượng giảng dạy hóa học trường phổ thông bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia quốc tế sau: 1- Bài tập phải minh họa lí thuyết Từ tạo tập nâng cao qua khắc sâu cho học sinh kiến thức 2- Bài tập nhằm mục đích rèn luyện lực tư học sinh Đối với việc tập dạng địi hỏi giáo viên phải có kiến thức sâu sắc vấn đề Tính phức tạp toán phụ thuộc vào lực giáo viên 3- Tình đa dạng phong phú phương pháp giải đơn giản mà đảm bảo tính xác mặt khoa học, tượng, không nặng toán học 4- Bài tập xây dựng để rèn cho học sinh kĩ năng, lực tự học từ hình thành phương pháp chung giải toán cho dạng 5- Bài tập minh họa thực tế phong phú, gần gũi với học sinh làm tăng hứng thú học tập 6- Bài tập xây dựng để phát huy tính độc lập sáng tạo học sinh Từ tiêu chí tập thiết kế có tính định hướng từ đến vận dụng phát triển thành nâng cao Từ kiến thức phải thay đổi tình để buộc học sinh phải suy nghĩ phân tích Tình xây dựng đảm bảo xác có độ phức tạp khác Do đó, thay đổi cách nghĩ học sinh trước vấn đề 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Sơn (2009), Tài liệu giáo khoa chuyên hóa lớp 11, 12 tập NXB Giáo dục [2] Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng (2003), Hóa học hữu tập NXB Giáo dục [3] Trần Quốc Sơn (1985) Giáo trình sở lý thuyết hóa học hữu NXB Giáo dục [4] Hồng Trọng Yêm, Trịnh Thanh Đoan, Nguyễn Đăng Quang, Dương Văn Tuệ (1999) Hóa học hữu tập 1,2 NXB Khoa học kỹ thuật [5] Đặng Như Tại, Trần Quốc Sơn (1999) Hóa học hữu NXB Đại học quốc gia Hà Nội [6] Võ Thị Thu Hằng (2002) Hóa học lập thể Giáo trình khoa hóa học, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [7] Đề thi học sinh giỏi quốc gia mơn hóa học từ năm 1996 đến năm 2013 [8] David G Morris (2001) Stereochemistry The Royal Society of chemistry, Cambridge CB40WF, UK [9] Christian Wolf (2007), Dynamic Stereochemistry of Chiral Compounds The Royal Society of chemistry, Cambridge CB40WF, UK [10] Ernest L Eliel, Samuel H Wilen (1994) Stereochemistry of Organic Compounds Mc.GrawHill, New York 63 ... khảo hóa học lập thể mức độ mở rộng nâng cao cho giáo viên (GV) học sinh (HS) tham dự đội tuyển thi học sinh giỏi đặc biệt HSG Quốc tế, chọn đề tài: ? ?Xây dựng hệ thống tập mở rộng nâng cao hóa lập. .. giảng dạy học tập hóa học hữu chương trình hóa học phổ thơng chun III Nhiệm vụ nội dung đề tài: 1- Nghiên cứu lí thuyết hóa học lập thể hợp chất hữu chương trình hóa học hữu đại cương đại học, khoa... nâng cao hóa lập thể hợp chất hữu cơ? ?? II Mục tiêu nghiên cứu: Vận dụng lý thuyết hóa học lập thể hợp chất hữu để phân loại, xây dựng tiêu chí tập cấu hình, cấu dạng hợp chất hữu trạng thái tĩnh