Đang tải... (xem toàn văn)
a Công thức cấu tạo các chất H, I, K và L Để hình thành norcoclaurin phải có hai giai đoạn decarboxyl hóa, vì vậy enzym E1 xúc tác cho phản ứng decarboxyl hóa, E3 là enzym xúc tác cho ph[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN OLYMPIC NĂM 2016 Hướng dẫn chấm gồm 17 trang HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: HOÁ HỌC Ngày thi thứ hai: 25/3/2016 I Hướng dẫn chung: Cán chấm thi chấm đúng đáp án – thang điểm Bộ Giáo dục và Đào tạo Nếu có câu nào, ý nào mà thí sinh có cách trả lời khác so với đáp án đúng thì cho điểm tối đa câu, ý đó theo thang điểm Cán chấm thi không quy tròn điểm bài thi II Đáp án – thang điểm Các chữ và ký hiệu viết tắt đề: mCPBA: axit m-clopebenzoic; Bn: Benzyl; Ph: Phenyl; Et: etyl; Me: Metyl; DMF: dimetylfomamit; DMSO: dimetyl sunfoxit; t-Bu: tert-butyl; i-Pr: isopropyl; Ts: tosyl; Ac: Axetyl; LDA: liti diisopropyl amidua; Boc: tert-butoxicarbonyl; PPA: axit polyphotphoric; THF: tetrahydrofuran; Py: Pyridin; NBS: N-bromsucxinimit; DCC: N,N’-dixiclohexylcacbodiimit; PDC: Pyridini dicromat; TMS: Trimetylsilan; DEAD: Dietyl axetylendicacboxylat; as: ánh sáng Câu I (3,5 điểm) Xác định cấu trúc các chất A, B, C, D và E sơ đồ chuyển hóa terpenoit sau: piperidin dimetyl malonat CH2Cl2, 20oC O LDA, -78oC THF FeCl3/Al2O3 A o CH2Cl2, 20 C B NaCl, H2O o DMSO, 150 C C (CH2O)n, AlMe2Cl TsCl, Py NaI, axeton D C14H23IO2 H E MeMgI du H3O+ H OH Đun terpenoid 3,7-dimetylocta-2,6-dienol (geraniol) với etyl vinyl ete (có xúc tác H+) thu andehit mạch hở F (C12H20O) Xác định công thức cấu tạo F và đề xuất chế phản ứng tạo thành F Phân tử hydrocarbon G (C8H8) gồm các liên kết đơn và cacbon bậc ba tương đương Cho chất G phản ứng với H2/Pd điều kiện khắc nghiệt thu chất H (C8H10) và chất I (C8H14) Trong phân tử I, tỉ lệ số nguyên tử cacbon bậc hai và bậc ba là 3:1 Chất G phản ứng với CBr4/NaOH 50% thu chất K (C8H7Br) và L (C8H6Br2) Đồng phân hóa G AgClO4 thu cunean Trong phân tử cunean chứa cacbon bậc ba và chia làm ba nhóm tương đương Xác định cấu trúc các chất G, H, I, K, L và cunean Gừng gió và hao hoa vàng là hai cây thuốc Việt Nam Từ gừng gió người ta tách Zerumbon [(2E, 6E, 10E)-2,6,9,9-tetrametylxicloundeca-2,6,10-trien-1-on] Từ hao hoa vàng người ta tách Artemisinin Zerumbon và artemisinin là hai tecpenoit có hoạt tính chống ung thư Thuốc lai X có cấu trúc chứa hai hợp phần Zerumbon và Artemisinin có hoạt tính ưu việt so với các thuốc đơn Quy trình tổng hợp thuốc lai X theo ba giai đoạn: - Giai đoạn biến tính Artemisinin: O O O Br NaBH4 MeOH, 5oC O M1 HO CH2Cl2, Et2O M2 (C17H27O5Br) O Trang 1/17 DeThi.edu.vn (2) - Giai đoạn biến tính Zerumbon: Zerumbon phản ứng với m-CPBA dung môi CH2Cl2 thu chất N1 Cho N1 phản ứng với NH2OH.HCl dung môi etanol thu hỗn hợp gồm chất N2 và chất N3 (là đồng phân hình học nhau) Xử lý hỗn hợp trên với ZnCl2 dung môi CH3CN và môi trường khí trơ Loại bỏ dung môi, xử lý và tách sản phẩm sắc ký cột thu hai chất N4 và N5 là đồng phân tỉ lệ 1:4 có công thức phân tử C15H23NO2 - Giai đoạn tạo thuốc lai X: Cho N5 phản ứng với M2 (xúc tác bazơ) dung môi CH3CN thu thuốc lai X có công thức phân tử C32H49NO7 Xác định công thức cấu tạo các chất M1, M2, N1, N4, N5 và công thức lập thể N2 và N3 Hướng dẫn chấm Cấu trúc các chất A, B, C, D và E sơ đồ: MeO2C MeO2C CO2Me I CO2Me CO2Me A B CO2Me C CO2Me D E Công thức F và đề xuất chế tạo thành F H H O O O O O H O O O F Cấu trúc các chất G, H, I, K, L và cunean Br Br Br Br Br G H I1 I2 K L1 L2 Br Br L3 Cunean Công thức cấu tạo các chất M1, M2, N1, N4, N5 và X, công thức lập thể N2 và N3 O O O O O O O O OH M1 O M2 Br OH HO O N O O O N1 N2 N3 N Trang 2/17 DeThi.edu.vn (3) O O O O O O O NH NH O N4 O O N5 O N X Câu (4,0 điểm) Cho phlorogluxinol (1,3,5-trihydroxibenzen) phản ứng với cloaxetonitrin (ClCH2CN) có mặt ZnCl2 thu chất A (C8H8NO3Cl) Sục khí HCl vào dung dịch chứa chất A đun hồi lưu thu chất B Đun hỗn hợp gồm B, metyl iodua và K2CO3 DMF ỏ 80oC Chiết sản phẩm etyl axetat cất loại dung môi thu chất C Vừa khuấy vừa đun nhẹ 60oC 30 phút hỗn hợp gồm C và 3,4-dimetoxybenzandehit metanol có cho thêm KOH thu chất D (C19H18O6) a) Xác định công thức cấu tạo các chất A, B, C, D, Đề xuất chế phản ứng tạo thành A và B b) Xử lý D H2O2 thu chất E (C19H18O7) Khử chất E H2/Pd-C thu chất F (C19H20O7) Xử lý chất F K2CO3 thu flavonoit G Xác định công thức cấu tạo các chất E, F và G Esomeprazole, dạng đồng phân (S) omeprazole, dùng để điều trị chứng viêm loét dày theo chế ức chế “kênh bơm proton” H+/K+/ATPase làm giảm bài tiết axit dày Omeprazole tổng hợp theo sơ đồ sau: MeO O H C7H10N2O EtO SK I C8H7N2OSK K, NaOH L C17H19N3O2S CF3CO3H N S O N NH MeO Omeprazole Biết K có công thức phân tử C9H12NOCl.HCl Độ bền omeprazole đạt cực đại pH = 11 Omeprazole HO S kém bền môi trường axit (tại pH = 2, thời gian bán hủy H hợp chất này là 105 giây) là omeprazole bị proton hóa và sau đó N chuyển vị tạo thành chất hoạt động X Trong dày, chất X bám MeO N N vào các tế bào chứa “kênh bơm proton” trên thành dày nhờ OMe phản ứng với hợp phần cystein protein tế bào tạo cầu X disunfua Cho số phân ly axit omeprazole pKa1 = 3,98, pKa2 = 8,70 a) Xác định công thức cấu tạo các chất H, I, K và L b) Xác định dạng tồn chính omeprazole pH = 3, và 11 Biết pH = omeprazole chưa bị chuyển hóa thành X c) Đề xuất chế tạo thành X từ omeprazole Viết sơ đồ phản ứng X gắn vào các tế bào thành dày d) Xác định cấu trúc esomeprazole e) Esomeprazole thương mại sản xuất dạng muối magie MgEs2.3H2O (Es- là anion omeprazole), có độ tan nước 25oC là 3,5.10-4 (mol/L) Tính pH dung dịch bão hòa MgEs2 và tích số tan muối này Cho biết KW = 10-14 Trang 3/17 DeThi.edu.vn (4) Hướng dẫn chấm a) Công thức cấu tạo các chất A, B, C và D OMe HO HO OH Cl OH A OMe MeO O O OH NH MeO O O OMe O B OMe O C D Đề xuất chế phản ứng tạo thành A và B HO OH HO ClCH2C=N-ZnCl2 + H+ :OH2 - H+ Cl OH NH A OH OH OH Cl H OH N OH HO HO OH O H Cl NH2 Cl HO - HCl OH HO O B - NH3 Cl OH O OH O H+ b) Công thức cấu tạo các chất E, F và G OMe OMe MeO OMe OMe OMe OMe MeO O MeO O O OH OH OMe O E O OMe O OMe O F OMe OMe MeO O OH OMe O G a) Công thức cấu tạo các chất H, I, K và L MeO OMe SK NH2 MeO H S N NH NH2 MeO N N N H Cl I NH Cl K MeO L b) Các dạng tồn chính omeprazole Coi omeprazole (dạng đã bị proton hóa) là axit nấc dạng H2A+, ta có Tại pH = 3,0 << pKa2, xét tới pKa1 HA H 3,98 HA 0,1 K a1 10 H A H A Vậy dạng tồn chính là H2A+ Trang 4/17 DeThi.edu.vn (5) pK a1 pK a 6,14 Vậy dạng tồn chính là HA Tại pH = 11,0 >> pKa1, pKa2 Vậy dạng tồn chính là A- Tại pH = 7,0 MeO MeO NH N pH = S O N HN S O NH N MeO N S O S O N pH = 11 N pH = NH MeO MeO MeO N NH MeO MeO c) Đề xuất chế tạo X từ omeprazole MeO MeO NH N S O N HN NH S O N H N NH MeO S O - H+ O S N NH MeO OMe OMe MeO N H+ N N NH OH S NH X MeO MeO MeO Viết sơ đồ phản ứng X gắn vào các tế bào thành dày OMe MeO NH N S O H+ NH OMe OH S N N SH Tê bào NH S N N NH S Tê bào X MeO Omeprazole MeO MeO d) Do trên nguyên tử lưu huỳnh omeprazole còn cặp electron tự nên xuất đồng phân lập thể Cấu trúc esomeprazole sau: H N O O S : N O e) Tính pH dung dịch bão hòa MgEs2 và tích số tan muối này MgEs2 ⇌ Mg2+ + 2EsKs = [Mg2+][Es-]2 Es- + H2O ⇌ HEs- + OH- HEs + H2O ⇌ H2Es + OH- Kb1 = 10-5,3 Kb2 = 10-10,02 H2O ⇌ H+ + OHKw = 10-14 Ta có: s = [Mg2+] = 3,5.10-4M 2s = [HEs-] + [Es-] = 7.10-4M Do Kb1 >> Kb2 >> Kw nên coi phản ứng điện ly nấc Es- là chủ yếu định pH dung dịch Xét cân Es- + H2O ⇌ HEs- + OHKb1 = 10-5,3 Co 7.10-4 0 [] 7.10-4 – x x x x2 K b1 105,3 7.104 x Trang 5/17 DeThi.edu.vn (6) Vậy x = 5,7.10-5 M Suy [OH-] = 5,7.10-5M nên pH = 9,75 Ks = 3,5.10-4 (7.10-4 – 5,7.10-5)2 = 1,45.10-10 Câu III (3,0 điểm) Thủy phân thevetin-B (C43H68O18, là glycosit trợ tim) với xúc tác axit thu D-glucozơ, chất A (C7H14O5) và chất B Chất A thuộc loại O-metyl-L-andozơ với cấu hình tuyệt đối C3 khác với cấu hình tuyệt đối các nguyên tử cacbon khác A có khả tạo thành osazon với phenylhydrazin Khi cho thevetin-B phản ứng với MeI/Ag2O, sau đó thủy phân enzym β-glicozidaza thì O O thu 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucozơ, 2,3,4-tri-OMe Me metyl-D-glucozơ và chất C Thủy phân chất C với enzym HO H H -glicozidaza thu chất D (C8H16O5) và chất E Chất E H MeO D là dẫn xuất chất A Chất D phản ứng với HIO4 thu etanal và (2S, 3S)-2,3-dimetoxybutandial a) Vẽ công thức Fisơ các chất A và D b) Vẽ công thức Havooc (Haworth) hợp phần gluxit (glycon) thevetin-B Stevioside tách từ cỏ ngọt, có độ gấp khoảng 100 lần so với đường mía, dùng công nghiệp nước giải khát Khác với các chất tạo thiên nhiên khác, stevioside có lợi cho sức khỏe, chống sâu và phòng ngừa bệnh tiểu đường Stevioside không bị thủy phân enzym -glicozidaza thể người để sinh gluxit nên không tạo lượng Khi thủy phân hoàn toàn các liên kết glycozit stevioside thu D-glucozơ và terpenoid F chứa hai nhóm chức (đều chứa oxy) dạng X-G-Y có khối lượng phân tử 318 Thủy phân không hoàn toàn stevioside thu D-glucozơ và chất H (C26H40O8) Khi axetyl hóa H thu chất I (C36H50O13) Thủy phân không hoàn toàn stevioside điều kiện khác thu chất K (C32H50O13) và D-glucozơ Chất K phản ứng với ancol tạo thành este Metyl hóa hoàn toàn các nhóm hydroxi stevioside MeI/Ag2O thu chất L1 Thủy phân hoàn toàn các liên kết glycozit L1 thu hỗn hợp L2 Khử hóa L2 NaBH4 thu hỗn hợp L3 Khi axetyl hóa L3 thu 1,5-di-O-axetyl-2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucitol (chất M) và 1,2,5-tri-O-axetyl-3,4,6-tri-O-metylD-glucitol (chất N) theo tỉ lệ 2:1 (về số mol) kèm theo dẫn xuất axetyl terpenoit F a) Vẽ công thức Fisơ các chất M và N b) Nhóm chức nào có mặt terpenoid F? Biết X là nhóm chức có mặt H, còn Y là nhóm chức có mặt K c) Để tổng hợp terpenoid F người ta thực sơ đồ chuyển hóa sau: OMe Me HO Me X1 BnOH, t-BuONa O Li, NH3 HCl Ph3P, CBr4 X2 C25H32O3 O X5 C17H26O2 AcCl/MeOH H2C=C=CH2 h Me HO Me HO Me O X3 C25H32O3 PPh3, DEAD H2, Pd/C O3 Zn, HCl Me2S X6 o AcOH, PPA, t C H O Ac2O 21 30 X4 C18H26O2 X6 C21H32O4 O TMSCHN2 Me FeCl3 [RhCl(PPh3)3] PPh3, i-PrOH X8 C20H32O2 PDC, DMF NaClO2 NaH2PO4 F C20H30O3 OH Xác định cấu trúc các chất X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8 và terpenoid F d) Xác định cấu dạng stevioside, biết tất các vòng cạnh tồn dạng ghế Thổ phục linh là cây thuốc quý Việt Nam sử dụng các bài thuốc dân gian nhằm cải thiện tuần hoàn não Astilbin là hợp chất có hàm lượng cao rễ cây thổ phục linh Từ astilbin chuyển hóa thành ()alphitonin qua taxifolin theo sơ đồ sau: Trang 6/17 DeThi.edu.vn (7) OH OH OH HO OH O HCl/MeOH OH O Me O HO HO Taxifolin O HO H 2O O to>160oC OH O OH (+)Alphitonin OH Astilbin a) Xác định cấu trúc taxifolin b) Đề nghị chế để giải thích quá trình tạo thành ()alphitonin từ taxifolin Hướng dẫn chấm + Thủy phân permetylthevetin-B với enzym β-glicozidaza tạo thành 2,3,4,6-tetra-O-metyl-Dglucozơ; 2,3,4-tri-O-metyl-D-glucozơ và hợp chất C Suy Thevetin-B có cấu trúc kiểu [β-Dglucopyranoyl-(16)-β-D-glucopyranoyl-(1x)]-C (Do vị trí OH số đã nằm vòng, không xuất 5-O-metyl) + A (C7H14O5): A thuộc loại O-metyl-D-andozơ với cấu hình tuyệt đối C3 khác với cấu hình tuyệt đối các nguyên tử cacbon khác A có khả tạo osazon với phenylhydrazin suy cacbon bất đối A cuối cùng có cấu hình S Vậy nên C3 có cấu hình R Nguyên tử cacbon C2 liên kết với OH mà không liên kết với OMe + D (C8H16O5) là dẫn xuất A (C7H14O5), D phản ứng với HIO4, thu (2S,3S)-2,3dimetoxybutandial và etanal, nguyên tử cacbon C2 liên kết với OH Do xác định công thức chiếu Fisơ D và A + Thủy phân C với enzym -glucozidaza thu D và E suy D và E liên kết với liên kết -glycozit Công thức Fisơ A và D Công thức Haworth hợp phần glycon HO H HO HO CHO H OMe H H CH3 A MeO H HO HO CHO H OMe H H CH3 D OMe HO O Me O O OH OH O OH O O OH OH OH OH a) Vẽ công thức Fisơ các chất M và N H MeO H H CH2OAc OMe H OMe OAc CH2OMe M H MeO H H CH2OAc OAc H OMe OAc CH2OMe N b) Nhóm chức nào có mặt terpenoid F? Có MH = 480 MF = 318, chênh lệch 162 đơn vị, phân tử khối glucozơ là 180 chứng tỏ H là sản phẩm tạo glycozit glucozơ với F (kèm theo phân tử H2O) Sản phẩm axetyl hóa H chứa nhóm axetyl, H có nhóm -OH, đó nhóm -OH thuộc hợp phần glucozơ Nhóm -OH còn lại thuộc hợp phần F Vậy X là nhóm OH Lập luận tương tự K, K tạo thành hai hợp phần glucozơ và hợp phần F Do X là nhóm OH nên Y là nhóm COOH c) Cấu trúc các chất X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8 và terpenoid F Trang 7/17 DeThi.edu.vn (8) OMe OMe Me Me HO Me Ph3P, CBr4 Br Me O FeCl3 HO Me X2 HO Me Me OMe Li, NH3 HCl Me HO X4 O H2C=C=CH2 Me O Me Me BnO X3 HO OMe O O X1 PPh3, DEAD H2, Pd/C OMe BnO Me BnOH, t-BuONa O3 Me2S AcOH, PPA, to Me h Me HO Me Me AcO X6 X5 Zn, HCl Ac2O O Me Me AcCl/MeOH OH Me AcO O Me OH [RhCl(PPh3)3] PPh3, i-PrOH OH Me PDC, DMF Me HO NaClO2 NaH2PO4 HO Me TMSCHN2 HO X7 O O Me OH OH X8 F d) Cấu dạng stevioside: Me OH HO HO O OH O O Me OH O HO HO OO O OH OH HO OH a) Cấu trúc taxifolin: OH OH HO O OH OH O Taxifolin b) Cơ chế giải thích quá trình tạo thành ()-alphitonin từ taxofilin Trang 8/17 DeThi.edu.vn (9) OH OH OH O OH HO O HO HO O HO - H 2O OH O OH OH OH O OH O OH O OH OH OH OH OH HO O HO O OH O HO O O OH O OH O OH O H H O H O OH (+)Alphitonin Câu IV (3,0 điểm) Phản ứng domino thường xảy êm dịu trải qua nhiều giai đoạn trung gian, thân thiện với môi trường và có chọn lọc lập thể cao Đề xuất chế phản ứng domino chuyển hóa N,N’dimetylbarbituric theo sơ đồ: O Me O CHO N O CuI + N Me O Me o H2O, 60 C O O N O N Me O Đề xuất chế giải thích hình thành sản phẩm các phản ứng sau, biết các phản ứng hình thành trung gian xeten và trải qua giai đoạn chuyển vị [3.3] NC N CDI Me2N O LiOH CO2Et NaHSO N O N N NC N N Me2N + Me CDI H Cl Me O to Et3N - CH2Cl2 Me O Me2N O NMe2 Me Me Từ các chất hữu chứa không quá nguyên tử cacbon, viết sơ đồ điều O Et H chế axit 5,5-dietylbarbituric (các chất vô cần thiết và điều kiện phản N Et ứng có sẵn) O N O Chất lỏng ion phân cực, có nhiệt độ sôi cao dùng làm dung môi H Axit 5,5-dietylbarbituric tổng hợp “xanh” các chất hữu Sau phản ứng thu hồi sản phẩm cách chiết với các dung môi thông thường, xúc tác và chất lỏng ion tái sử dụng nhiều lần a) Từ (S)-valin (các hóa chất khác tùy ý), viết quy trình tổng hợp chất lỏng ion A N N O Cl HO NH2 (S)-valin A b) Quy trình tiên tiến (hiệu suất cao, chọn lọc lập thể và ít chất thải) tổng hợp “xanh” thuốc kháng viêm ibuprofen (chứa nhóm -COOH và có cấu hình S) sau: Ac2O/HF B H2/Pd, to C CO, Pd2+, Ph3P.HCl Chất lỏng ion Ibuprofen C13H18O2 Trang 9/17 DeThi.edu.vn (10) Xác định cấu trúc các chất B, C và ibuprofen Hướng dẫn chấm Đề xuất chế phản ứng domino chuyển hóa N,N’-dimetylbarbituric theo sơ đồ O Me H N O N Me Me CuI O O Me O O O N O N Me Me OH O HO N O N Me O O Me H O O N O N Me O O N O N Me O H NC a) NC CO2Et CO2H LiOH NaHSO4 N O N N N N H N N N N H O [3,3] H N NC H b) :NEt3 H O Me Me C O Cl O O Me2N Me2N Me2N + Me Me N H O N O C O NC N N CN NC N C Me O Me Me2N O NMe2 Me Me [3,3] Me Me2N O [3,3] Me Me Me Me2N Me Me2N O O Từ các chất hữu chứa không quá nguyên tử cacbon, viết sơ đồ điều chế axit 5,5dietylbarbituric (các chất vô cần thiết và điều kiện phản ứng có sẵn O COOH EtOH, H SO , t COOH o COOEt EtONa, EtI COOEt COOEt Et Et COOEt (NH2)2CO, t o H O Et N N H Et O Axit 5,5-dietylbarbituric a) Viết quy trình tổng hợp chất lỏng ion A Trang 10/17 DeThi.edu.vn (11) O NH2 O HO NH O Boc2O HO NH2 CH2O/H3O+ N NHBoc NH2 LiAlH4 NHBoc N NH HF MeCl N N Cl b) Xác định cấu trúc các chất B, C và Ibuprofen Me Me * OH O B H Me COOH C (R, S) Ibuprofen Câu V (3,5 điểm) Saquinavir sử dụng để sản xuất thuốc invirase kháng virus Từ anilin, benzylamin, andehit axetic, etyl axetat, phenylalanin, asparagin, t-butylamin, ancol benzylic, etylen glycol, (Boc)2O, DCC, NBS, Me2CuLi, thiết lập sơ đồ tổng hợp saquinavir (các chất vô và điều kiện phản ứng có sẵn) Ph O NH N O NH N CONH2 COOH H 2N H CH2CONH2 (L)-asparagin OH O NHC(CH3)3 Saquinavir COOH H 2N H CH2C6H5 (L)-phenylalanin Codycepin (E) tách từ nấm đông trùng hạ thảo có tác dụng ngăn ngừa ung thư quá trình tổng hợp AND tế bào ung thư nhầm lẫn adenosin với codycepin, vì tế bào có nguy ung thư chết Codycepin tổng hợp theo sơ đồ sau: Cl N N HO N O OH Ac2O/Et3N OH A N Si(CH3)3 B C14H16N4O5Cl K2CO3 C NaN3 D Enzym reductase Codycepin (C10H15N5O3) a) Xác định cấu trúc các chất A, B, C, D và cordycepin, biết enzym reductase có vai trò khử hóa b) Dưới xúc tác enzym adenosin deaminaza, codycepin chuyển thành O deoxynosin F (C10H14N4O4) không còn hoạt tính Dưới xúc tác Me NH enzym transaminaza, deoxynosin F chuyển codycepin Cho biết cấu HO N O tạo F và mô tả chế chuyển hóa E thành F O c) Mô tả cấu trúc đoạn ADN lỗi hình thành từ phân tử Thymidin OH cordycepin và phân tử thymidin (liên kết qua este axit photphoric giống chuỗi ADN bình thường) Trong thể thực vật, ankaloit sinh tổng hợp từ các amino axit tác dụng enzym Con đường sinh tổng hợp norcoclaurin từ L-tyrosin (G) tác dụng loại enzym E1, E2, E3, E4 (trong đó có enzym decarboxylaza) theo sơ đồ sau: Trang 11/17 DeThi.edu.vn (12) HO E1 NH2 I E3 NH E4 COOH G O2 H K E2 HO OH L E1 HO Norcoclaurin a) Trên sở vai trò các enzym, xác định công thức cấu tạo các chất H, I, K và L b) Thực vật họ Cactaceae chứa ankaloit Mescalin Con đường sinh tổng hợp Mescalin theo sơ đồ sau HO O2 NH2 COOH G M E3 N E1 O2 P Q SAM C H NO E3 13 SAM S SAM Mescalin Trong đó quá trình metyl hóa thực tác nhân sinh học SAM (S-adenosylmethionin có vai trò giống tác nhân hóa học MeI/Ag2O) Xác định cấu tạo các chất M, N, P, Q, S và mescalin c) Norcoclaurin còn chuyển hóa thứ cấp tạo thành N OMe papaverin Viết sơ đồ mô tả quá trình sinh hóa chuyển MeO norcoclaurin thành papaverin OMe d) Papaverin có tác dụng làm giảm co thắt trơn theo MeO chế ức chế enzym chuyển hóa nucleotit X1 thành X2 Papaverin Trong tế bào X1 tồn dạng monoanion (photpho chiếm 9,44% khối lượng), X2 tồn dạng dianion (photpho chiếm 8,98% khối lượng) Nucleotit X1 hình thành theo đường thủy phân ribonucleotit triphotphat Xác định cấu trúc X1 và X2, biết phân tử X1 chứa bazơ nitơ điển hình và không chứa vòng lớn cạnh Cho biết cấu trúc các bazơ nitơ và nucleotit điển hình sau: NH2 N N H O O P O O O N N N H N N NH N NH H 2N NH2 N H O O N H Z O O OH X Z: bazơ nitơ X: H, OH Hướng dẫn chấm Các hợp phần để xây dựng cấu trúc saquinavir O H 2N OH N HN OBn BocHN CONH2 O Hợp phần A Tổng hợp hợp phần A: Br OH Hợp phần B Hợp phần C O NHC(CH3)3 Hợp phần D O O CHO + CH3 EtO OHC K2CO3 O OH OH H+ O O AcOH NH2 KMnO4 N OH N O Tổng hợp hợp phần C: Trang 12/17 DeThi.edu.vn (13) Boc2O H 2N COOH SOCl2 NBS Me2CuLi Cl BocHN BocHN BocHN O O BocHN NaBH4 Br O Br OH Tổng hợp hợp phần D: OHC NBS H 2N OHC Br SOCl2 HN + H3O H2, Ni O O O I2/NaOH HN t-BuNH2 O OH HN O NHC(CH3)3 Tổng hợp saquinavir: O H 2N OH N O DCC OBn + H2/Pd-C CONH2 O NH N OH O CONH2 DCC + BocHN Br HN Et3N O H 2N HF N OH O NHC(CH3)3 OH Saquinavir NHC(CH3)3 a) Xác định cấu trúc các chất A, B, C, D và codycepin (E) Cl N AcO AcO O A OAc OAc B N3 N HO O N O N Cl N N HO N OAc NH2 N N N HO O OH N O C N N N OH N N OH D E b) Cho biết cấu tạo F và chế chuyển hóa E thành F Trang 13/17 DeThi.edu.vn (14) NH2 N HO OH E HO HO N NH HO N OH HO N O N O O NH H H N OH O N N N NH N O H H 2N O N NH N O N N N O NH NH N F OH OH c) Mô tả cấu trúc đoạn ADN lỗi NH2 N O N O O N NH O N O N O NH2 O O O P O O N O N O O P O O NH O N O O N N O a) Công thức cấu tạo các chất H, I, K và L Để hình thành norcoclaurin phải có hai giai đoạn decarboxyl hóa, vì enzym E1 xúc tác cho phản ứng decarboxyl hóa, E3 là enzym xúc tác cho phản ứng oxy hóa để đưa nhóm OH vào vị trí ortho so với nhóm -OH ban đầu vòng thơm Enzym E2 xúc tác cho phản ứng deamin hóa sản phẩm norcoclaurin cuối cùng chứa nguyên tử N Enzym E4 xúc tác cho phản ứng đóng vòng imin Từ đó xác định cấu tạo: HO HO NH2 HO NH2 O COOH HO H HO O I H K L b) Cấu tạo các chất M, N, P, Q, S và mescalin HO NH2 COOH G O2 E3 HO HO O2 E3 MeO HO SAM MeO HO NH2 SAM HO N OMe HO NH2 Q COOH M OH HO E1 NH2 NH2 MeO P OMe MeO NH2 SAM S MeO NH2 Mescalin c) Sinh chuyển hóa norcoclaurin thành papaverin Trang 14/17 DeThi.edu.vn (15) NH SAM HO E3 OH OH NH O2 HO OH HO Norcoclaurin HO OMe NH OMe N MeO Dehydrogenase MeO OMe MeO OMe MeO Papaverin d) Một nucleotit điển hình có dạng dianion sau: O O P O O Z O OH X Z: bazơ nitơ X: H, OH MX1 = (31 x 100)/9,44 = 328 MX2 = (31 x 100)/8,98 = 345 Khối lượng phân tử X1 và X2 chênh 17 g/mol chứng tỏ có loại bỏ nhóm -OH X2 X1 + HOVì X2 chuyển hóa sang X1 là quá trình đóng vòng nội phân tử, chuyển từ X2 từ dạng dianion sang X1 dạng monoanion Trong tế bào X1 hình thành theo đường thủy phân ribonucleotit triphotphat X3 chứng tỏ X1 và X2 chứa hợp phần đường ribozơ (X = OH) không phải hợp phần dehydroribozơ Khối lượng phân tử bazơ nitơ xác định sau: M(bazơ nitơ) = 31x100/9,44 – M(ribozơ) + = 135 Do đó bazơ nitơ Z là adenin Do X1 còn nhóm -OH tự nên xảy hai trường hợp nucleotit chứa vòng 3,5’monophotphat 2,5’-monophotphat Tuy nhiên theo bài X1 không chứa vòng nhiều cạnh nên X1 chứa vòng cạnh vị trí 3,5’-monophotphat (dạng 2’,5-monophotphat tồn vòng cạnh) NH2 N NH2 N N H N O N N H-Z N N N N O O P O O O NH2 O O P O O OH X1 OH N N OH X2 Câu VI (4,0 điểm) Nêu các tượng xảy ra, viết các phương trình phản ứng và giải thích tính toán cho các trường hợp sau a) Cho mL dung dịch KI 2.10-2 M vào mL dung dịch FeCl3 0,2M và HCl 0,2M, thêm vài giọt hồ tinh bột, thu dung dịch hỗn hợp (1) b) Thêm mL dung dịch KF 1,5M vào dung dịch (1) thu dung dịch (2) c) Thêm tiếp mL dung dịch AlCl3 2,0M vào dung dịch (2) thu dung dịch (3) o Cho biết: EFe = 0,770V; EIo /2 I = 0,536V; [AlF ]3 = 1020,67 ; [FeF ]3 = 1016,1 3 / Fe2 6 Giải thích vì a) Trong các hợp chất, magie tồn dạng Mg2+ mặc dù lượng ion hóa thứ hai magie (15,035 eV) lớn gần gấp đôi lượng ion hóa thứ (7,646 eV) b) Titan tạo các ion có điện tích khác Ti2+, Ti3+ và Ti4+ Trong dung dịch hai ion Ti2+ và Ti3+ có màu còn Ti4+ không màu? c) Ở nhiệt độ phòng CO2 là chất khí, còn SiO2 là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy cao? Trang 15/17 DeThi.edu.vn (16) d) Nitơ tạo hợp chất NF3, không tạo hợp chất NF5, đó photpho tạo hợp chất PF3 và PF5? Cả NF3 và PF3 có cấu tạo tháp tam giác, còn PF5 có cấu tạo lưỡng chóp tam giác Trộn 10 mL dung dịch Cu(NO3)2 0,02M với 10 mL dung dịch NH3 2,00M thu 20 mL dung dịch A Trộn 20 mL dung dịch A với 80 mL dung dịch KCN 0,25M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 100 mL dung dịch B Tính nồng độ cân các cấu tử chính có dung dịch B Cho biết: KW = 10-14 ; Ka(HCN) = 10-9,33 ; K a ( NH ) = 10-9,24 [Cu ( NH 2 )4 ] = 1012,93 ; [Cu (CN ) 2 4] = 1030,25 o o = +0,153V ; ECNO -0,960V ECu 2 / Cu ,CN / OH Hướng dẫn chấm a) Khi thêm mL dung dịch KI 2.10-2 M vào mL dung dịch FeCl3 0,2M và HCl 0,2M C(Fe3+) = 0,1M; C(I-) = 10-2M; C(H+) = 0,1M Trong hệ có phản ứng: 2Fe3+ + 2I- ⇌ 2Fe2+ + I2 (1) Fe3+ + e ⇌ Fe2+ o = 0,770V EFe 3 / Fe2 2I- ⇌ I2 + 2e EIo /2 I = 0,536V ∆E(1) = 0,77 – 0,536 = 0,234 V E(1) 2.0,234 0,0592 10 107,91 Hằng số cân phản ứng (1): K1 = 10 K1 lớn nên có thể coi phản ứng (1) xảy hoàn toàn: 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 Trước phản ứng (M) 0,1 10-2 -2 Sau phản ứng (M) 9.10 10-2 5.10-3 Dung dịch hỗn hợp (1) có màu xanh (hoặc xanh đen) tạo hỗn hợp I2 với hồ tinh bột b) Thêm mL dung dịch KF 1,5M vào dung dịch (1) mL dung dịch (2) Thành phần chính (2): 2 CFe3 9.102 6.102 ( M ) ; CFe2 102 ( M ) 3 102 (M ) CF 1,5 0,5( M ) ; CI 5.103 3 Trong hệ xảy các phản ứng (2) và (3) (đều xảy hoàn toàn [FeF ]3 = 1016,1 và K1 lớn) 0,0592 sau: Fe3+ + 6F- ⇌ [FeF6]3- (2) [FeF ]3 = 1016,1 Trước phản ứng (M) 6.10-2 0,5 Sau phản ứng (M) 0,14 6.10-2 3Do tạo phức [FeF6] bền nên tiêu chuẩn điều kiện hệ sắt giảm mạnh o E[oFeF 3 ]/ Fe2 EFe 0, 0592 log FeF 3 0, 770 0, 0592.16,1 0,183V 3 / Fe2 o [FeF63 ]/ Fe2 Như E E o I / I2 nên I2 oxy hóa Fe2+ theo phản ứng (3): 2(0,536 0,183) 0,0592 I2 + ⇌ 2[FeF6 + K3 = 10 (3) 1024,29 K3 lớn nên phản ứng (3) xảy hoàn toàn: 2Fe2+ + I2 + 12F- ⇌ 2[FeF6]3- + 2ITrước phản ứng (M) 2/3.10-2 10-2/3 0,14 6.10-2 Sau phản ứng (M) 0 0,10 (6 + 2/3).10-2 2/3.10-2 Do I2 bị khử hết thành I nên dung dịch hỗn hợp (2) màu xanh 2Fe2+ + 12F- ]3- 2I- Trang 16/17 DeThi.edu.vn (17) c) Thêm mL dung dịch AlCl3 2M vào dung dịch hỗn hợp (2) mL dung dịch (3) Thành phần chính hệ: C Al 3 0,5( M ) ; CI 102 5.103 ( M ) 4 2 3 C FeF 3 102 5.102 ( M ) ; CF 0,1 0, 075( M ) 3 4 Trong hệ xảy các phản ứng: Al3+ + 6F- ⇌ [AlF6]3(4) [AlF ]3 = 1020,67 Vì [AlF ]3 >> [FeF ]3 nên có phản ứng Al3+ vào phức [FeF6]36 Al3+ + [FeF6 ]3- ⇌ [AlF6]3- + Fe3+ 4,57 (5) K5 = [AlF ]3 FeF 3 = 10 Ở phản ứng (4): Al3+ + 6F- [AlF6]3Trước phản ứng (M) 0,5 0,075 Sau phản ứng (M) 0,4875 0,0125 Ở phản ứng (5) Al3+ + [FeF6]3- [AlF6]3- + Fe3+ Trước phản ứng (M) 0,4875 0,05 Sau phản ứng (M) 0,4375 0,0625 3+ 3Do Fe giải phóng từ phức [FeF6] nên hệ sắt lại cao hệ I2/2I- nên Fe3+ lại oxy hóa I thành I2 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 Trước phản ứng (M) 0,05 5.10-3 Sau phản ứng (M) 0,045 5.10-3 2,5.10-3 Dung dịch hỗn hợp (3) lại có màu xanh (xanh đen) hỗn hợp I2 với hồ tinh bột a) Ion Mg2+ nhỏ và có điện tích lớn Do đó lượng tỏa tinh thể tạo thành từ ion Mg2+ nhiều từ Mg+ Lượng tăng lượng mạng lưới dư đủ để bù trừ cho lượng ion hóa Mg+ thành Mg2+ Mặt khác Mg2+ có cấu hình electron bền vững giống khí Ne (1s22s22p6) còn Mg+ (1s22s22p63s1) không có cấu hình bền khí b) Ti (Z = 22) (Ar)3d24s2 có thể có các ion Ti2+ (Ar)3d24s0, Ti3+ (Ar)3d14s0, Ti4+ (Ar)3d04s0 Trong dung dịch các ion Ti2+, Ti3+ có màu có bước chuyển electron các AO d, hấp thụ xạ ánh sáng, các xạ còn lại tổ hợp cho ta màu xác định, còn Ti4+ không màu vì không còn electron d, không có bước chuyển electron, không hấp thụ ánh sáng c) Các phân tử CO2 có cấu tạo thẳng (O = C = O) không phân cực (do momen hai lưỡng cực điện C=O ngược chiều nên tổng momen lưỡng cực không) và tương tác với lực khuếch tán yếu Vì cacbon dioxit là chất khí nhiệt độ thường Silic dioxit không có công thức cấu tạo CO2 Trong silic dioxit, các nguyên tử Si và O liên kết với các liên kết cộng hóa trị đơn, bền vững Do đó silic dioxit là chất rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao d) N (Z = 7) có cấu hình electron 1s22s22p3 N có AO hóa trị gồm 2s và 2p với electron độc thân nên có khả tạo liên kết cộng hóa trị (bởi đôi electron dùng chung) với nguyên tử F (1s22s22p5, có electron độc thân) Do đó với flo, nitơ tạo hợp chất NF3 P (Z = 15) có cấu hình electron (Ne)3s23p3 có khả tạo hợp chất PF3 nitơ Vì các mức lượng các phân lớp cùng lớp AO khác không nhiều nên 2e 3s di chuyển lên 3d tạo 5e độc thân 3s13p33d1 nên có thể tạo PF5 NF3 và PF3 có cấu trúc tháp tam giác vì nguyên tử trung tâm (N, P) có lai hóa sp3 Các obitan lai hóa sp3 với 1e xen phủ với AO-p có electron độc thân F tạo các liên kết bền vững Mây electron sp3 với 2e còn lại đẩy các mây electron liên kết làm biến dạng tứ diện (góc liên kết 109o28’) thành tháp tam giác (góc liên kết ~107o) PF5 có cấu trúc lưỡng tháp tam giác vì P có lai hóa sp3d; obitan lai hóa sp3d P xen phủ với AO-d có electron độc thân nguyên tử F tạo liên kết hướng các đỉnh lưỡng tháp tam giác Trang 17/17 DeThi.edu.vn (18) Sau trộn, nồng độ ban đầu các cấu tử dung dịch A là: 0, 02 2, 00 CCu 2 0, 01( M ) ; CNH3 1, 00( M ) 2 Do CNH3 = 1,00 M >> CCu 2 = 0,01 M và phức [Cu(NH3)4]2+ có β lớn, phản ứng sau xảy hoàn toàn: Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ (1) Trước phản ứng (M) 0,01 Sau phản ứng (M) 0,96 0,01 Sau trộn dung dịch A với dung dịch KCN 0, 01.20 0,96.20 0, 25.80 CCu ( NH )2 0, 002( M ) ; CNH3 0,192( M ) ; CCN 0, 20( M ) 100 100 100 Phản ứng: 2[Cu(NH3)4]2+ + 9CN- + H2O ⇌ 2[Cu(CN)4]2- + CNO- + 2NH4+ + 6NH3 K=? x NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- Kb = KW/Ka = 10-9,24 x [Cu(NH3)4]2+ ⇌ Cu2+ + 4NH3 [Cu1 ( NH x Cu2+ + e ⇌ Cu+ K = 102,58 x Cu2+ + 4CN- ⇌ [Cu(CN)4]21x CN- + 2OH- ⇌ CNO- Cu (CN ) + H2O + 2e K 1 10-12,28 2 )4 ] 2 10 1030,25 2.0,960 0,0592 1032,43 2[Cu(NH3)4]2+ + 9CN- + H2O ⇌ 2[Cu(CN)4]2- + CNO- + 2NH4+ + 6NH3 K = Kb 1 [Cu ( NH )24 ] (2) .K Cu (CN )2 K-1 = 1043,74 Do K lớn nên phản ứng (2) xảy hoàn toàn: 2[Cu(NH3)4]2+ + 9CN- + H2O ⇌ 2[Cu(CN)4]2- + CNO- + 2NH4+ + 6NH3 Trước phản ứng (M) 2.10-3 0,2 0,192 Sau phản ứng (M) 0,191 2.10-3 1.10-3 2.10-3 0,198 Thành phần giới hạn: C[Cu (CN ) ]2 2.103 M ; CNH3 0,198M ; CNH 2.103 M 4 3 CCNO 1.10 M ; CCN 0,191M Tính pH dung dịch B CN- + H2O ⇌ HCN + OH- K b (CN ) 104,67 (3) NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- K b ( NH3 ) 104,76 (4) H2O ⇌ H+ + OHKW = 10-14 (5) So sánh (3), (4) và (5) ta có thể bỏ qua cân (5) so với cân (3), (4) Vì [NH4+] = [NH4+](1) + C(NH4+)có sẵn = [NH4+](4) + 2.10-3 [NH4+](4) = [NH4+] – 2.10-3 Theo (3) và (4) ta có biểu thức [OH-] = [HCN] + [NH4+] – 2.10-3 (*) Trong đó: CN K b (CN ) CN ( K W / K a ( HCN ) ) CN H K a(1HCN ) HCN OH ( K W / H ) NH .Kb ( NH3 ) NH .( K W / K a ( NH 4 ) ) NH 4 NH H K a(1NH ) OH ( K W / H ) Thay vào phương trình (*) ta phương trình: K 1 a ( HCN ) CN K a(1NH ) NH H 2.103 H K W (**) Trang 18/17 DeThi.edu.vn (19) Với giả thiết ban đầu [NH3] = CNH3 0,198M ; [CN-] = CCN 0,191M Thay vào (**) ta tính [H+] = 5,12.10-12M [OH-] = 1,95.10-3 M Kiểm tra lại: 109,24 0,198M NH 0, 9,24 10 5,12.1012 109,35 CN 0,191 9,35 0,189 M 10 5,12.1012 C: [ ]: Cân dung dịch B 2[Cu(CN)4]3- + CNO- + 2NH4+ + 6NH3 ⇌ 2[Cu(NH3)4]2+ + 9CN- + H2O K = 10-64,59 (6) 2.10-3 10-3 1,76.10-3 0,198 – 0,189 -3 -3 -3 (2.10 -2x) (10 -x) (1,76.10 -2x) (0,198-6x) 2x (0,189 + 9x) K Cu ( NH ) 2 CN 4 Cu (CN ) 3 CNO NH NH 6 4 (2 x) (0,189 x)9 1064,59 (2.103 x) (103 x)(1, 76.103 x) (0,198 x)6 Giả thiết x << 10-3 thì ta 0,1899x2 = 4,6875.10-84 x = 3,9.10-39M (Giả thiết trên là đúng) Thành phần cân dung dịch B là: [CNO-] = 10-3M [CN-] = 0,189M [HCN] = 2,16.10-3M + -3 [NH3] = 0,198M [NH4 ] = 1,76.10 M 3[[Cu(CN)4] ] = 0,02M [[Cu(NH3)4]2+] = 3.9.10-39M + -12 [H ] = 5,12.10 M [OH-] = 1,95.10-3M Trang 19/17 DeThi.edu.vn (20)