bài tập hóa hữu cơ 2

tài liệu tham khảo bài tập hóa hữu cơ

volcmttl@yahoo.com.vn – copyright © 2010 Tài liệu dành cho:  Học sinh chuyên Hóa.  Sinh viên các trư ờng Đại học.  Giáo viên Hóa h ọc. 02  2010 TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 1 Lời nói đầu Hóa học hữu cơ là một trong những bộ môn rất quan trọng trong lĩnh vực Hóa học nói riêng và phạm trù Khoa học tự nhiên nói chung. Tuy nhiên hiện nay, các tài liệu tham khảo về bài tập hóa học hữu cơ là không nhiều. Vì vậy việc tổng hợp các t ư liệu để có một tài liệu tham khảo bổ ích v à dễ tiếp thu hơn là việc rất cần thiết. Bài tập Hóa học hữu cơ là một tài liệu được biên soạn dựa trên việc tổng hợp lại từ nhiều nguồn t ư liệu khác nhau theo từng chuy ên đề để học sinh, sinh viên dễ nắm bắt. Tài liệu gồm hai phần: Phần bài tập theo từng chuyên đề và phần hướng dẫn giải. Các b ài tập trong từng chuyên đề được tuyển chọn kĩ lưỡng nhằm mục đích đảm bảo cho các dạng b ài tập không trùng lặp và học sinh, sinh viên có thể tiếp cận nhiều hướng ra đề khác nhau từ cùng một dữ liệu kiến thức. Bài tập Hóa học hữu cơ bao gồm hai tập: - Tập 1: Gồm bảy chuyên đề tương ứng với nội dung thuộc phần đại c ương hóa học hữu cơ và phần kiến thức hóa hữu c ơ từ bài alkane đến cetone (theo chương trình hóa học phổ thông). - Tập 2: Gồm các phần từ acid carboxylic đến các hợp chất dị v òng. Ngoài ra còn minh họa thêm một số bài tập nâng cao tổng hợp các chuy ên đề. Vì là tài liệu tổng hợp lại các b ài tập nằm trong các giáo tr ình, sách tham khảo bài tập hữu cơ, các đề thi học sinh giỏi nên đáp án cho từng bài không thay đổi theo đáp án của từng t ài liệu tham khảo. Vì vậy Bài tập Hóa học hữu cơ không phải là một tài liệu do một nhóm tác giả bi ên soạn mà chỉ là tài liệu tổng hợp có chọn lựa từ các nguồn t ư liệu sẵn có. (Tổng hợp từ nguồn Internet – copyright © volcmttl@yahoo.com.vn ). TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 2 Part 1: AXIT CACBOXYLIC – ESTE COOH OH O O CH 3 CH 3 C C H HOOC H COOH ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bài 1: Đôi khi hoá học lập thể của các hợp chất hữu c ơ có thể được xác định bằng cách khảo sát tính chất hóa học đặc trưng của chúng. Cấu tạo của một trong các đồng phân của axit 5 -norbonen-2,3-dicacboxylic, hợp chất X (kí hiệu ~ để chỉ không n êu rõ hóa học lập thể) được hình thành nhờ các thí nghiệm sau: COOH COOH X Khi đun nóng X nóng ch ảy và tách nước để tạo ra hợp chất mới Y. Hợp chất Y tan chậm trong lượng dư dung dịch nước của NaOH để tạo X 1 , cùng một sản phẩm như X tạo thành trong lượng dư dung dịch nước của NaOH. Dung dịch thu được của X 1 trong NaOH được tác dụng với iot, tạo thành các hợp chất có chứa iot. Axit hóa dung d ịch tạo một hỗn hợp hai chất đồng phân triệt quang (ti êu triền hay raxemic) A và B theo tỉ lệ 3:1. Chuẩn độ 0,3913g hợp chất A với NaOH 0,1000M có mặt phenolphtalein cần d ùng 12,70mL bazơ. Cần cùng một thể tích NaOH 0,1000M NaOH để chuẩn độ 0,3913g hợp ch ất B. Khi đun nóng, hợp chất A chuyển chậm thành hợp chất mới C không chứa iot v à có thể phản ứng với nước. Trong cùng điều kiện, hợp chất B không xảy ra chuy ển hóa này nhưng khi đun nóng v ới axit clohydric thì chuyển chậm thành A. Viết và cân bằng mọi phương trình phản ứng. Không cần viết cơ chế phản ứng. 1. Đánh dấu (*) các nguyên tử cacbon phi đối xứng (asym metric) trong axit 5- norbonen-2,3- dicacboxylic. 2. Viết công thức hóa học lập thể của từng đồng phân lập t hể có thể có của hợp chất X và cấu tạo của sản phẩm tách nước nếu có xảy ra. 3. Viết các phương trình phản ứng của một đồng phân lập t hể bất kỳ của X và hợp chất tương ứng Y với lượng dư dung dịch NaOH trong nước. 4. Tính khối lượng mol phân tử của chất A. Viết các phương trình phản ứng từ X 1 đến A. 5. Viết phương trình phản ứng tạo thành C từ A và phản ứng của C với nước. 6. Viết công thức hóa học lập thể của hợp chất X thoả mãn tất cả các dữ kiện đã cho. 7. Viết các phương trình phản ứng dẫn từ B đến A. 8. A và B có phải là các đồng phân không đối quang (diastereoiso mers)? TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 3 BÀI GIẢI: 1. Các trung tâm bất đối của X: * * COOH * CO OH * 2. Công thức cấu tạo của các đồng phân lập thể của X được ghi ở bên trái, cột bên phải là cấu tạo của sản phẩm tách nước tương ứng (nếu sản phẩm không tồn tại có dấu gạch ngang). COOH OC O COOH OC COOH CO O COOH CO COOH COOH COOH COOH 3. Phản ứng của một đồng phân lập thể của X với NaOH: COOH COOH + 2NaOH COONa COONa + 2H 2 O Phản ứng của một đồng phân lập thể của Y với NaOH: OC O + NaOH oc COONa COONa + H 2 O TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 4 4. M A = 0,3913/(12,7.0,100/1000) = 308 (g/ mol -1 ) Các phản ứng từ X đến A: COONa COONa I 2 -NaI I O CO COONa HCl -NaCl I COOH O CO 5. Chuyển hóa A thành C: I COOH O CO + HI O CO O CO Phản ứng của C với n ước O CO + 2 H 2 O HO COOH O CO HO COOH 6. Cấu tạo của X là: COOH COOH 7. Chuyển hóa B thành A I I I HOOC CO + H 2 O COOH – H 2 O O COOH OH COOH O CO 8) Không, A và B không p hải là các đồng phân không đối quang. TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 5 Bài 2: Các nhà hóa học của công ty Merck Frosst Cana da ở Montréal đã phát triển một dược phẩm rất có triển vọng và hữu hiệu để trị bệnh suyễn. Cấu tạo của MK-0476 như sau. COOH CH 3 H 3 C OH S Cl N MK – 7406 Trong quá trình kiểm tra, họ phát minh một qúa trình tổng hợp đơn giản và hiệu quả, mô tả dưới đây cho sự thiol hóa một phần của MK – 0476 bắt đầu từ este dietyl A 1. Hãy cho biết cấu tạo của các sản phẩm trung gian B – F trong qúa trình tổng hợp này. 6 5 3 2 2 5 3 4 3 C H COCl 1) CH -SO Cl/(C H ) N 1.LiAlH 12 14 3 12 13 2 Pyridin 2.NaCN 2.H O B C(C H O ) D(C H O N)     (aq) 3 2 2 5 3 - + 3 3 1.NaOH 1. CH -SO Cl/(C H ) N 9 14 3 2.H O 2.CH COS Cs F(C H O S) E    Một trong những giai đoạn cuối của qúa tr ình tổng hợp MK – 0476, muối diliti của thiol axit (G) ở trên được ghép với mạch của phân tử n êu dưới đây (sơ đồ dưới) 2. Căn cứ trên hóa học lập thể quan sát được của phản ứng trên, gọi tên cơ chế của qúa trình ghép này? 3. Nếu qúa trình phản ứng xảy ra theo cơ chế được đề nghị như trên thì tốc độ toàn phần (chung) sẽ thay đổi như thế nào nếu nồng độ của cả muối thiolat và chất nền đều cùng lúc tăng gấp ba? 4. Các nghiên cứu mẫu được tiến hành với việc sử dụng brom etan như là một chất nền để tối ưu hóa qúa trình ghép nói trên. V ẽ cấu tạo sản phẩm chính của phản ứng giữa một mol đương lượng brom etan với: a. G thêm hai mol đương lượng bazơ. b. G thêm một mol đương lượng bazơ. 1. KOH (aq) 2. CH 2 N 2 COOC 2 H 5 COOH COOC 2 H 5 SH TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 6 5. Qúa trình ghép có thể trở nên phức tạp do sự nhị hợp oxi hóa (dime hóa – oxy hóa của G). Viết công thức cấu tạo Lewis, chỉ rõ tất cả các electron khô ng liên kết của sản phẩm nhị hợp - oxy hóa trên. SƠ ĐỒ GHÉP MẠCH BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo của các chất: CH 2 OH O CH 2 O O CH 2 OH B CH 2 OH C H 2 C C N D CH 2 OH CH 2 S C CH 3 CH 2 CO 2 CH 3 E O CH 2 CO 2 CH 3 F Cl N S O O CH 3 O CH 3 CH 3 OH 1. - S + Li - CO 2 + Li 2. H + Cl N S COOH CH 3 CH 3 OH CH 2 O TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 7 2. S N 2: thế nucleophin lưỡng phân tử. 3. v = k[tác nhân][tác chất nucleophin] Tốc độ chung tùy thuộc vào nồng độ của cả tác nhân lẫn tác chất nucleophin. Như vậy, gấp ba nồng độ của các chất tham gia phản ứng sẽ dẫn đến tốc độ chung của phản ứng t ăng gấp 9 lần. 4. Với hai đương lượng bazơ: CH 2 SCH 2 CH 3 CH 2 CO 2 H Với một đương lượng bazơ: CH 2 SH CH 2 CO 2 CH 2 CH 3 5. Công thức Lewis của sản phẩm dime: CH 2 S SCH 2 CH 2 H 2 C HO O O OH Bài 3: Nấm Aspergillus nidulans tạo ra hai lacton (este v òng) thơm A và B (C 10 H 10 O 4 ) mỗi đồng phân tan trong dung dịch NaOH lạnh trong nước nhưng không tan trong dung dịch NaHCO 3 trong nước. Cả A và B đều cho màu tím với dung dịch FeCl 3 trong nước. Phản ứng của A với C H 3 I có mặt K 2 CO 3 tạo thành C (C 11 H 12 O 4 ) mà phổ 1 H NMR của nó thấy có chứa ba nhóm metyl không giống nhau, một nhóm liên kết trực tiếp với vòng thơm. Sự tách loại nhóm metyl có chọn lọc của C với BCl 3 rồi xử lý kế tiếp trong nước tạo ra D là một đồng phân mới của A. Phổ 1 H NMR của hợp chất D cho thấy rõ sự hiện diện của một nhóm hydroxyl có tạo liên kết hydro nội phân tử tại  = 11,8pm OH H 3 C H 3 C CO 2 CH 3 O HO E I TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 8 Hợp chất D được tổng hợp như sau: Phenol E được metyl hóa (MeI/K 2 CO 3 ) để tạo F(C 9 H 12 O 2 ) sau đó F được khử bằng liti ki m loại trong amoniac lỏng v à 2 – metylpropan – 2 –ol để cho một dien đối xứng và không liên hợp G. Có thể chuyển dien này thành liên hợp bằng phản ứng với KN H 2 trong amoniac lỏng rồi xử lý kế tiếp trong nước, qúa trình này chỉ tạo một sản phẩm H. Sự ozon phân H rồi xử lý không khử lế tiếp tạo ra nhiều sản phẩm, trong đó có xetoeste I. Th ực hiện phản ứng Diels – Alder hợp chất H với dimetyl but – 2 –indioat J tạo thành K (C 15 H 20 O 6 ) mà khi đun nóng sẽ loại eten để tạo ra một este thơm L. Thủy phân L trong môi trường bazơ rồi axit hóa dung dịch tạo thành M(C 11 H 12 O 6 ) mà khi đun nóng trong chân không tạo ra N (C 11 H 10 O 5 ). Khử N bằng NaBH 4 trong dimetylfomamit tạo thành C và một lacton O đồng phân, O cũng có thể thu đ ược nhờ metyl hóa B. 1. Viết công thức cấu trúc của tất cả các hợp chất từ A đến O. 2. Hãy trình bày một cấu trúc khác của B. BÀI GIẢI: 1. Công thức cấu tạo của các chất: H 3 C OCH 3 O H 3 C OCH 3 H 3 C OCH 3 O O HO A OH O HO B OH O H 3 CO O O C OCH 3 H 3 C H 3 C H 3 C O H 3 CO D HO H 3 CO E F G H I J OCH 3 CH 3 H 3 CO H 3 CO CH 3 OCH 3 H 3 C CO 2 CH 3 O CO 2 CH 3 CO 2 CH 3 TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN Bài tập Hóa Học Hữu C ơ – Tập 2 – Tài liệu dành cho sinh viên các trư ờng Đại học Copyright © 2010 volcmttl@yahoo.com.vn 9 2. Công thức khác của B: OH H 3 C O H 3 CO O Bài 4: (-)-Atractyligenin là một hợp chất hoạt động sinh học được cô lập từ cây gọi là Thistle chết choc. Người Zulu dùng nó để chữa bệnh nhưng thường gây hiểm họa chết người. Để có thể tạo một hợp chất tương đương có độc tính kém hơn, nay đã có nhiều phương pháp tổng hợp hóa học: HO OH COOH 5 10 5 8 B(C H O) C(C H O) D E     G  H  I OCH 3 H 3 C H 3 CO CO 2 CH 3 CO 2 CH 3 H 3 C H 3 CO CO 2 CH 3 CO 2 CH 3 OCH 3 H 3 C H 3 CO CO 2 H CO 2 H OCH 3 K L M H 3 C H 3 CO OCH 3 O O O H 3 C H 3 CO OCH 3 O O ON Br O A TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN . OCH 2 CH 2 N(C 2 H 5 ) 2 D H 2 N H 3 CH 2 CH 2 CO O OCH 2 CH 2 N(C 2 H 5 ) 2 E 2. Công thức cấu tạo các sản phẩm: NO 2 O OH OH 3. c O OH + O 2 N OH Bài. bazơ: CH 2 SCH 2 CH 3 CH 2 CO 2 H Với một đương lượng bazơ: CH 2 SH CH 2 CO 2 CH 2 CH 3 5. Công thức Lewis của sản phẩm dime: CH 2 S SCH 2 CH 2 H 2 C HO