CHUYÊN ĐỀ: HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN A Mở đầu Lí chọn đề tài Hợp chất thiên nhiên chất hóa học có nguồn gốc từ thiên nhiên người tách từ loại động vật, thực vật tự nhiên Trong thể động thực vật khơng có hợp chất hữu mà cịn có nhiều hợp chất vơ muối khống phần đề cập đến hợp chất hữu có động - thực vật Nhiều hợp chất hữu thiên nhiên đường mía, đường củ cải, tinh dầu thơm, v.v … sử dụng từ lâu Y học cổ truyền biết đến tác dụng độc tính nhiều chất có nguồn gốc động – thực vật sử dụng chúng làm thuốc chữa bệnh Ngày nay, với hỗ trợ phương pháp phân tích đại, ngành hóa học hợp chất thiên nhiên phát triển mạnh mẽ trở thành khoa học độc lập Nghiên cứu hợp chất hữu thiên nhiên lĩnh vực thú vị Hoá học Hữu Lĩnh vực nghiên cứu thành phần, cấu trúc, tính chất hợp chất thiên nhiên cách tách lấy chúng từ nguồn thiên nhiên vô tận Trên sở đó, người ta cịn nghiên cứu số phương pháp tổng hợp chúng thay phải tách chúng từ cỏ, động thực vật tự nhiên Các hợp chất hữu thiên nhiên đa dạng phong phú Chúng có ứng dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm, hóa mĩ phẩm, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc kích thích sinh trưởng, … nhờ tính chất hóa học, đặc biệt hoạt tính sinh lí chúng Mục đích đề tài Trong vấn đề liên quan đến hợp chất thiên nhiên nghiên cứu loại hợp chất thiên nhiên, phương pháp chiết xuất, tách biệt, phân tích tổng hợp chúng quan trọng phải biết chúng có cấu trúc nào, hiểu hoạt tính chúng để ứng dụng vào thực tiễn Do khn khổ chuyên đề nghiên cứu để làm sáng tỏ vài vấn quan trọng, có tính thiết thực cấu trúc (cấu hình, cấu dạng) tính chất hợp chất thiên nhiên B Nội dung Khái quát hợp chất thiên nhiên Hợp chất hữu thiên nhiên đa dạng phong phú Tùy thuộc vào cách phân loại người ta chia hợp chất thiên nhiên thành nhiều loại khác 1.1 Dựa vào tính thiết yếu đối động thực vật Người ta chia thành nhóm | 26 + Chất trao đổi sơ cấp : Là chất thiên nhiên cần thiết cho sống gồm cacbonhidrat, protein, axit nucleic, lipit dẫn xuất chúng Các hợp chất sản sinh từ thể sống, khơng phụ thuộc vào lồi Q trình chất trao đổi sơ cấp tạo thành gọi trình trao đổi thứ cấp + Chất trao đổi thứ cấp: Là hợp chất thiên nhiên không hẵn không cần thiết cho sống động thực vật Tuy nhiên khác với chất trao đổi sơ cấp, chất trao đổi thứ cấp thường phụ thuộc nhiều vào loài Các hợp chất thứ cấp bao gồm: tecpenoit, steroit, flavonoit, ankaloit … Chúng sản phẩm trình trao đổi thứ cấp Các chất trao đổi thứ cấp nghiên cứu nhiều tác dụng dược lý hoạt tính sinh học chúng Trong hợp chất thiên nhiên thường có nhóm chức bản: + Hợp chất hidrocacbon chưa no + Ancol - phenol – ete +Anđehit - xeton + Axit cacboxylic dẫn xuất + Amin + Dị vòng + Hợp chất tạp chức 1.2 Dựa vào khung cacbon, nhóm chức Các hợp chất thiên nhiên thường phân loại thành: + Tecpenoit (monotecpen, đitecpen, sesquitecpen, tritecpen…) + Gluxit ( monosacarit, oligosacarit, polisacarit) + Axit amin, peptit, protein + Lipit, chất béo + Steroit + Ankaloit + Flavonoit + Tanin + Chất kháng sinh + Vitamin Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên | 26 Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên Đồng phân cấu tạo - Đồng phân mạch C - Đồng phân vị trí - Đồng phân nhóm chức - Đồng phân liên kết - Đồng phân hỗ biến Đồng phân lập thể Đồng phân hình học Đồng phân quang học Đồng phân cấu dạng Đồng phân cis – trans, Z–E Cấu hình D–L R–S Dạng a – e với vòng no 2.1 Đồng phân cấu tạo phân tử hợp chất thiên nhiên VD1: Myrxen (7-Metyl-3-metylenocta-1,6-đien) ocimen (3,7-Đimetylocta-1,3,7-trien) có cơng thức phân tử C10H16 Chúng có ba liên kết đơi vị trí khác Myrxen Ocimen Myrxen có tinh dầu nguyệt quế, … cịn ocimen có húng quế, … 2.2 Đồng phân lập thể phân tử hợp chất thiên nhiên 2.2.1 Đồng phân hình học Đồng phân hình học gây nên phân bố khác nhóm nguyên tử hai bên phận cứng nhắc nối đơi, vịng no, … Khi hai nhóm lớn phía phận cứng nhắc, ta có đồng phân cis hay Z; cịn khác phía ta có đồng phân trans hay E Tuy nhiên danh pháp cis – trans áp dụng phạm vi hẹp hơn, thường hiđrocacbon Thứ tự giảm dần độ cấp nhóm dựa theo giảm số thứ tự nguyên tử liên kết trực tiếp với phận cứng nhắc (vòng 1) Nếu nguyên tử vịng giống xét tiếp số thứ tự ngun tử vịng liên kết đơi, ba tương đương hai, ba nguyên tử mang liên kết đơn - OH > -NH2 > -CH2-CH3 > -CH3 > -H VD2: Geraniol thành phần tinh dầu sả tinh dầu hoa hồng Nerol thường gặp tinh dầu hoa cam cam lê Chúng có công thức C 10H8O đồng phân E, Z | 26 CH2OH CH2OH Nerol (Z) Geraniol (E) VD3 (Đề thi HSG QG 2011): Xitral (CH3)2C=CHCH2CH2C(CH3)=CHCH=O có tinh dầu chanh, gồm đồng phân a b Cấu tạo phân tử xitral có tuân theo qui tắc isoprenoit hay không? Hai chất a b thuộc loại đồng phân nào? Hãy viết công thức cấu trúc gọi tên hệ thống hai đồng phân Hướng dẫn giải Cấu tạo phân tử xitral tuân theo qui tắc isoprenoit: CH3-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH=O CH3 CH3 Hai đồng phân xitral là: O O O Đồng phân a (xitral-a) (E)-3,7-Đimetylocta-2,6-đienal a b hai đồng phân hình học O Đồng phân b (xitral-b) (Z)-3,7-Đimetylocta-2,6-đienal 2.2.2 Đồng phân quang học Đồng phân quang học xuất chất có tính quang hoạt (tính chất làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực) Điều kiện để có tính quang hoạt phân tử có yếu tố khơng trùng vật - ảnh, phổ biến có ngun tử C bất đối, kí hiệu C* Đó nguyên tử C liên kết với bốn nguyên tử nhóm nguyên tử khác C*abcd (a ≠ b ≠ c ≠ d) Kí hiệu (+), (-) dựa theo dấu góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải trái Kí hiệu D, L dùng phổ biến gluxit axit amin Kí hiệu D để nhóm OH (với gluxit) nhóm NH2 (với aminoaxit) nguyên tử C* cuối hướng bên phải công thức chiếu Fisơ kí hiệu L nhóm hướng bên trái Trong tự nhiên, gluxit thường tồn cấu hình D cịn axit amin cấu hình L Tuy nhiên danh pháp cấu hình D – L cịn có hạn chế | 26 CHO OH CHO HO HO OH OH OH CH2OH D-(+)-Glucozơ HO HO CH2OH L-(-)-Glucozơ Kí hiệu R, S Xét C*abcd với xếp độ cấp a > b > c > d Khi nhìn theo trục liên kết C*–d (hướng từ C* đến d cơng thức phối cảnh) ba nhóm a, b, c theo thứ tự có chiều kim đồng hồ ta có đồng phân R ( nghĩa “phải”), cịn ngược chiều kim đồng hồ ta có đồng phân S ( nghĩa “trái”) Chú ý cơng thức Fisơ nều nhóm có độ cấp thấp đường nằm ngang cấu hình R, S lại ngược lại, chiều kim đồng hồ đồng phân S ngược chiều kim đồng hồ đồng phân R COOH H2N H COOH H NH2 CH3 CH3 (S)-Alanin (R)- Alanin Alanin thiên nhiên Alanin tổng hợp VD4 (HSG QG 2005): L-Prolin hay axit (S)-piroli®in-2-cacboxylic cã pK = 1,99 pK2 = 10,60 Piroliđin (C4H9N) amin vòng no năm cạnh Viết công thức Fisơ, công thøc phèi c¶nh cđa L-prolin Híng dÉn gi¶i: COOH NH H N COOH H H COOH 2.2.3 Đồng phân cấu dạng COOH NH Do sựHquay quanh trục liên kết H đơn nên chất tạo cấu dạng khác với độ bền khác dạng N xen kẽ bền dạng che khuất, dạng anti bền dạng syn, dạng ghế bền dạng thuyền, H liên kết biên (e) bền liên kết trục (a) Cấu dạng ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất, đặc biệt hoạt tính sinh học chất Cùng chất cấu dạng khác hoạt tính sinh học khác Tuy nhiên, có | 26 chất khác xibeton (một xeton vịng lớn) anđrostenol (một steroit) lại có mùi giống hệt nhau, chúng có cấu dạng giống CH3 CH3 H HO O H Androstenol Xibetol Giới thiệu số hợp chất thiên nhiên tiêu biểu 3.1 Tecpenoit Tecpen hiđrocacbon không no, khơng vịng có vịng, có cơng thức chung (C5H8)n với n ≥ Chúng dường tạo thành isopren kết hợp với theo kiểu “đầu nối với đi” (quy tắc isopren) Số đơn vị mắt xích isopren Số nguyên tử cacbon Loại tecpen 10 Monotecpen 15 Sesquitecpen 20 Đitecpen 30 Tritecpen Tecpenoit dẫn xuất chứa oxi tecpen ancol, anđehit, xeton, … Chúng có khung cacbon tương tự tecpen tuân theo “quy tắc isopren” Tecpen tecpenoit phổ biến tinh dầu có mùi thơm dễ chịu 3.1.1 Monotecpen (C10) Dựa vào đặc điểm cấu trúc, chia thành nhóm là: loại khơng vịng (như geraniol), có vịng (như limonen) vịng (như pinen) Trong nhóm loại khơng có nhóm chức có nhóm chức (ancol, andehit, xeton ) Ví dụ : Hợp chất khơng vịng OH * OH OH Myrxen Geraniol Nerol Linalool | 26 Geraniol có đồng phân hình học nerol Geraniol dạng trans (đồng phân E) thành phần tinh dầu sả tinh dầu hoa hồng Nerol dạng cis (đồng phân Z) có mặt số tinh dầu tinh dầu hoa cam cam lê Linalool đồng phân cấu tạo geraniol nerol Chúng ancol không no, đơn chức C10H8O Linalool có tính quang hoạt với cặp đối quang, (R)-(-)-linalool có tinh dầu hoa hồng (S)-(+)-linalool có tinh dầu cam Hợp chất vòng * * Limonen α-Tecpinen α-Phenanđren Tecpinolen O OH menthol O carvon menthon Limonen có nguyên tử C* vị trí số nên có tính quang hoạt Tinh dầu chanh, cam có (R)-(+)-limonen cịn dầu tùng bách kim có thành phần (S)-(-)-limonen Menthol, C10H20O, có ba nguyên tử C* phân tử tồn = đồng phân lập thể Đồng phân (-)-menthol thành phần tinh dầu bạc hà Menthon, C10H18O, có đồng phân quang học có hai nguyên tử C* Các đồng phân (+)menthon tìm thấy tinh dầu phong lữ, (-)-menthon có bạc hà Hợp chất hai vòng: * O O * α-Pinen β-Pinen Cacron Campho | 26 Phân tử campho có hai nguyên tử C* tồn hai đơi đối quang thực tế tồn đôi đối quang vịng xiclopentan cấu hình cis, cịn đồng phân trans không tồn sức căng lớn 3.1.2 Sesquitecpen (C15): Sesquitecpen ln có mặt với monotecpen tinh dầu Sesquitepen tinh dầu có nhiệt độ sơi 200oC, chưng cất chúng có hàm lượng khơng cao Một số sesquitecpen có tinh dầu là: neroliđol (tinh dầu hoa cam), cacđinen (tinh dầu lồi bách trịn), selinen (cần tây) β− Selinen Humulen α− Cadinen Caryophyllen 3.1.3 Đitecpen (C20): Vitamin A hay renitol, C20H30O, có dầu gan cá, lịng đỏ trứng, sữa, … Vitamin A cần thiết cho phát triển bình thường người động vật có vú Sự thiếu hụt vitamin A gây nên bệnh quáng gà, khô giác mạc võng mạc Axit abietic C20H30O2, có nhựa thông COOH OH Vitamin A Axit abietic 3.2 Gluxit 3.2.1 Monosaccarit Đa số monosaccarit thiên nhiên có cấu hình D, cịn cấu hình L thấy Các monosaccarit tồn chủ yếu dạng vòng pyranozơ furanozơ Trong dung dịch nước, hầu hết đường diện dạng pyranozơ kết hợp với chất sinh học hay dạng furanozơ Tùy thuộc vị trí nhóm OH hemiaxetal, ta có cấu hình α- β- Đối với vịng pyranozơ cấu dạng ghế bền OH CH2OH O HO OH L-Arabinozơ OH OH CH OH O HO HO OH D-Glucozơ HOCH2 O OH HO OH O HO OH D-Galactozơ OH CH2OH OH D-Frutozơ | 26 3.2.2 Oligosaccarit Oligosaccarit tự nhiên tồn dạng tự dạng hợp chất Oligosaccarit tạo đến đơn vị monosaccarit loại khác loại Oligosaccarit dạng tự phổ biến đisaccarit Trong cấu trúc phân tử đisaccarit, hai monosaccarit liên kết với theo kiểu glycozit với tham gia nhóm OH hemiaxetal phân tử monosaccarit dạng pyranozơ furanozơ với cấu hình α- β- Tùy thuộc vào nhóm OH monosaccarit thứ hai tham gia tạo liên kết glycozit, khơng phải nhóm OH hemiaxetal đisaccarit bị tautome hóa có khả đổi quay Do cấu dạng ghế monosaccarit nên cấu dạng oligosaccarit (xác định phân bố tương đối không gian gốc liên kết) chủ yếu phụ thuộc cấu hình liên kết glycozit Trong xenlobiozơ, liên kết β-glycozit phân bố dạng e, mantozơ dạng a Liên kết hiđro nội phân tử xenlobiozơ (hình vẽ) bền hóa cấu trúc thẳng, phân tử mantozơ lại có khuynh hướng “đẩy ra” Vì xenlobiozơ có cấu tạo cứng nhắc cịn mantozơ khơng CH2OH O CH2OH HO HO H H OH CH2OH O O HO HO O H OH O OH O OH O CH2OH HO OH OH α-Mantozơ β- Xenlobiozơ 3.3 Axit amin, peptit, protein 3.4 Ankaloit Một số phản ứng thường dùng xác định cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên 4.1 Xác định cấu trúc tecpen Dựa vào phản ứng đặc trưng qui tắc isopren Những phản ứng đặc trưng thường dùng: + Xác định liên kết đôi: phản ứng với dung dịch brom, cộng hydro ( Ni xúc tác) + Xác định H linh động: Tác dụng với CH3MgX với natri + Xác định nhóm -CHO: Dùng thuốc thử Fehling, Tollens hay axit fucsinsunfurơ + Xác định vị trí liên kết đôi: Phản ứng ozon phân : Cho hỗn hợp hợp chất chứa nhóm cacbonyl, phản ứng oxi hóa cắt mạch… phối hợp với ”quy tắc isopen” ta xác định cấu tạo tecpen VD5 (HSG QG 2009): | 26 Khung cacbon hợp chất tecpen tạo thành từ phân tử isopren kết nối với theo quy tắc «đầu – đi» Ví dụ, tạm quy ước: (đầu) CH2=C(CH3)-CH=CH2 (đi) phân tử α-myrcen (hình bên) kết hợp từ đơn vịOH isopren O O O OH Dựa vào quy tắc trên, cho Obiết O chất sau α-Myrcen O tecpen cácOđơn vị isopren O khung cacbon OH tecpen O Acoron O Prostaglan® in PG-H2 O HO O Axit abi eti c O Po®ophyllotoxin Hướng dẫn giải: Acoron axit abietic tecpen: VD6 (HSG QG 2003): Ozon phân tecpen A (C10H16) thu đợc B có cÊu t¹o nh sau: CH3 C CH2 CH CH CH2 CH O C O H3C CH3 Hidro hãa A víi xúc tác kim loại tạo hỗn hợp sản phẩm X gồm đồng phân có công thức phân tử C10H20 a) Xác định công thức cấu tạo A b) Viết công thức đồng phân cấu tạo hỗn hợp X Hng dn gii a) b) 10 | 26 + Xác định số nhóm cacboxyl aminoaxit: phản ứng este hóa HCl C6H5SO3H + Xác định peptit, protit: phản ứng thủy phân hoàn toàn, thủy phân phần nhờ enzym có tính chọn lọc cao, phản ứng màu xantoprotein, ninhiđrin Phương pháp Sanger, phương pháp Edman xác định aminoaxit đầu N Thủy phân men cacboxypeptiđaza xác định aminoaxit đầu C Ngồi ra, việc phân tích cấu trúc hợp chất thiên nhiên thuận lợi kết hợp với phương pháp phân tích đại phương pháp phổ, VD8: Hợp chất (S)-conin A C8H17N ancaloit lỏng độc độc cần, tan dung dịch HCl, không tách N cho tác dụng với dung dịch HNO 2, cho kết tủa với C6H5SO2Cl/NaOH, metyl hóa hồn tồn tách Hofmann cho anken, có B C 10H21N Thối phân B theo Hofmann cho hỗn hợp 1,4-octadien 1,5-octadien Xác định cấu trúc A B Hướng dẫn giải A khơng tách N2 điazo hóa cho kết tủa sunfonamit nên amin bậc Metyl hóa cho muối tetraankylamin, tách Hofmann cho anken, cịn khả metyl hóa thối phân nên hợp chất vịng no Qua hai lần metyl hóa thối phân cho ddien nên có mạch nhánh 3C vị trí Cα, propyl hay metyl etyl propyl cho 1,4- 1,5-ddien, etyl metyl cho 1,6- 1,5-ddien Vậy A 2-propylpiperidin ((S)-conin) B 5-N,Ndimetylamino-1-octen CH3I Ag2O/NaOH CH3I Ag2O/NaOH NH CH2CH2CH3 A + N B Một số tập vận dụng Bài (HSG QG 2007) Một monotecpenoit mạch hở A có cơng thức phân tử C10H18O (khung cacbon gồm hai đơn vị isopren nối với theo qui tắc đầu-đi) Oxi hố A thu hỗn hợp chất A1, A2 A3 Chất A1 (C3H6O) cho phản ứng iodofom không làm màu nước brôm Chất A2 (C2H2O4) phản ứng với Na2CO3 với CaCl2 cho kết tủa trắng không tan axit axetic; A2 làm màu dung dịch KMnO4 loãng Chất A3 (C5H8O3) cho phản ứng iodofom phản ứng với Na2CO3 a Viết công thức cấu tạo A1, A2 A3 b Vẽ công thức đồng phân hình học A gọi tên theo danh pháp IUPAC Hướng dẫn giải a A hợp chất mạch hở nên có nối đơi 12 | 26 A1 tham gia phản ứng iodofom nên A1 hợp chất metyl xeton CH3COCH3 + I2 / KOH CHI3 + CH3 COONa A2 phản ứng với Na2CO3 nên axit, dựa vào công thức phân tử diaxit HOOC-COOH + Na2CO3 NaOOC-COONa + H2O + CO2 A3, C5H8O3, cho phản ứng iodoform, phản ứng với Na2CO3 A3 vừa có nhóm chức metyl xeton vừa có nhóm chức axit A1: CH3COCH3; A2 : HOOC-COOH A2: CH3COCH2CH2COOH b A monoterpen mạch hở gồm đơn vị isopren nối với theo qui tác đầu đi, nên có khung cacbon là: Đầu Đầu đuôi Dựa vào cấu tạo A1, A2, A3 nên xác định vị trí liên kết đơi mạch cacbon: Vì có hình thành axit oxalic nên A là: OH OH Nerol Geraniol (E) -3,7- dimetyl octa-2,6-dienol (Z)-3,7-dimetyl octa-2,6-dienol Bài Cloven lµ mét hợp chất thiên nhiên tổng hợp đợc phòng thí nghiệm Thực trình tổng hợp cloven theo trình chuyển hóa sau: CH3 OH COOCH3 H3C A O O H3C F HO- G H3C cloven Cho chất ban đầu A tác dụng với MnO2 tạo thành hợp chất B (C13H18O3) Sau B phản ứng với axit chng cất hỗn hợp phản ứng để cô lập sản phẩm phản øng cho hỵp chÊt C (C12H16O3) Khư C b»ng 13 | 26 hidro Pd tạo thành D, phản ứng với 1,2-etandiol có mặt axit vô tạo thành hợp chất E (C14H22O4) E tác dụng với (CH3CH2)2CuLi ete thêm axit cho hợp chất F Trong môI trờng kiềm F chuyển thành hợp chất G (C14H20O), từ thu đợc cloven hai bớc Viết sơ đồ phản ứng đà nêu hai bớc cuối cïng sù tỉng hỵp cloven tõ hỵp chÊt G BiĨu diƠn cÊu tróc kh«ng gian cđa cloven, chØ râ nguyên tử bất đối xác định cấu hình R, S cđa chóng cÊu tróc cđa cloven Híng dÉn gi¶i OH CO2CH3 H3C A B O H+ CO2CH3 H3C O O COOH H3C O MnO2 O O Li/NH3 OHOH H3C H3C G S H3C D O H3C COOH H3C C F E CO2H H3C O H2/Pd R R CH3 S cloven Bài (DHBB 2013) Axit retigeranic tecpenoit phân lập từ loại địa y Cấu trúc axit retigeranic xác định dựa phương pháp phân tích tia – X Cơng thức axit retigeranic sau: 14 | 26 Xác định cấu hình axit retigeranic Axit retigeranic có đồng phân cấu hình? Hướng dẫn giải: Xác định cấu hình axit retigeranic: Bài (HSG QG 2009) Inulin (một cacbohiđrat có rễ actisơ) khơng phản ứng với thuốc thử Felinh; bị thuỷ phân có mặt α-glucoziđaza cho mol glucozơ polisaccarit gồm D-fructozơ kết cấu theo kiểu (2→1)-Dfructofuranozơ Phân tử khối tương đối inulin khoảng 5200 u Vẽ công thức Havooc (Haworth) inulin Hướng dẫn giải: Công thức Inulin: O O O CH2 O O 28 ® ¬n vÞ CH2 O O CH2 OO (Hoặc vẽ gốc glucozơ đầu) Bài Trong mật mía có chất đường khơng khử (+)-raffinozơ C18H32O16 bị thủy phân axit cho Dfructozơ, D-galactozơ D-glucozơ, thủy phân men α-galactozidaza cho α-galactozơ saccarozơ, men invertaza cho D-fructozơ đisaccarit melibiozơ, metyl hóa raffinozơ thủy phân cho 1,3,4,5-tetra-O-metyl-D-fructozơ, 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-galactozơ 2,3,4-triO-metyl-D-glucozơ Xác định cấu trúc raffinozơ Hướng dẫn giải Rafinozơ có liên kết galactozơ glucozơ α(1,6), liên kết với fructozơ liên kết α-glucozit-β-fructozit nên Rafinozơ có cơng thức: 15 | 26 Hoc Bi (HSG QG 2004) Monosaccarit A (đặt glicozơ A) có tên (2S,3R , 4S , 5R)2,3,4,5,6 pentahiđroxihexanal Khi đun nóng tới 100 0C, A bị tách nớc sinh sản phẩm B có tên 1,6anhiđroglicopiranozơ Dglucozơ không tham gia phản ứng Từ A nhận đợc sản phẩm E (C5H10O5) G (C5H8O7) theo sơ đồ phản ứng: A Br2 H2O C CaCO3 H2O2 D E HNO3 G a) ViÕt c«ng thøc Fisơ A B b) A tồn dạng ghế (D-glicopiranozơ) Viết công thức dạng cho biết dạng bền cả? c) Dùng công thức cấu dạng biểu diễn phản ứng chuyển hoá A thành B Vì Dglucozơ không tham gia phản ứng tách nớc nh A? d) Viết công thức cÊu tróc cđa E vµ G H·y cho biÕt chóng có tính quang hoạt hay không? Hớng dẫn giải a) CHO HO OH HO CH HO OH 100 C HO OH + H2O O CH2OH O-CH2 HO OH OH O OH b) C1 - β OH OH O HO OH C - β HO 16 | 26 HO OH HO OH OH O C1 - β OH OH C - α O HO HO HO HO C - Bền số liên kết e – OH nhiÒu nhÊt c) OH O HO O OH 1000C O HO OH OH + H2O HO HO D- Glucozơ không phản ứng tách nớc nhóm OH C1 C6 xa d) CHO OH COOH OH HO HO OH CH2OH Quang ho¹t OH COOH Không quang hoạt Bi T mt protein thực vật tách chất A C 5H10N2O3, chứa nhóm amin, đun nóng với kiềm khơng giải phóng NH3 tạo thành axit aminođicacboxylic C3H5(NH2)(COOH)2 Khi tiến hành thoái phân Hofman dẫn xuất axetyl A tạo axit α,γ-điaminobutirric Xác định cấu trúc A Hướng dẫn giải A có nguyên tử N, có nguyên tử N thuộc nhóm amin, nguyên tử N cịn lại khơng phải ion NH +4 đun với kiềm khơng giải phóng NH3 A bị thủy phân tạo C3H5(NH2) (COOH)2 nên A có dạng NH2CO-C3H5(NH2)COOH Thối phân Hofman dẫn xuất axetyl A tạo axit α,γ-điaminobutirric Vậy A H2NCO(CH2)2CH(NH2)COOH NHCOCH3 H2NCO(CH2)2CHCOOH H2NCO(CH2)2CH(NH2)COOH A NH2 H2N(CH2)2CHCOOH NH2 HOOCCH2CH2CHCOOH 17 | 26 Bài Felingas trin chất kích thích tiết axit gastric dày động vật có 17 aminoaxit với thành phần (Ala2AspGly2Glu5LeuMetPheProTrp2Tyr) Khi thủy phân men chymotrypsin thu đoạn mạch sau: (1) Glu-Gly-Pro-Trp; (2) Gly-Trp; (3) Met-Asp-Phe; (4) Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr phân tích nhóm cuối mạch cho thấy Glu nhóm cuối đính với N, Phe nhóm cuối C Xác định cấu trúc gastrin Hướng dẫn giải Theo đề xác định (1) đầu N, (3) đầu C, khơng xác định vị trí (2) (4) nên gastrin có hai cấu trúc: Glu-Gly-Pro-Trp-Gly-Trp -Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr- Met-Asp-Phe Hoặc Glu-Gly-Pro-Trp -Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe Bài (HSG QG 2003) TRF tên viết tắt homon điều khiển hoạt động tuyến giáp Thủy phân hoàn toàn mol TRF thu đợc mol chất sau: N NH3 ; N H COOH CH2-CH-COOH ; HOOC-CH2-CH2-CH-COOH ; NH2 (Glu) (Pro) NH2 N (His) H Trong hỗn hợp sản phẩm thủy phân không hoàn toàn TRF có dipeptit His-Pro Phổ khối lợng cho biết phân tử khối TRF 362 đvC Phân tử TRF không chứa vòng lớn cạnh HÃy xác định công thức cấu tạo viết công thức Fisơ TRF Hớng dẫn giải: *Từ kiện thủy phân suy công thức Glu-His-Pro His-Pro-Glu (đều có nhóm CONH2) * Từ M = 362 đvC suy có tạo amid vòng (loại H2O) * Từ kiện vòng cạnh suy Glu aminoaxit đầu N tạo lactam cạnh, Pro aminoaxit đầu C tạo nhãm – CO – NH2 VËy cÊu t¹o cđa TRF: HN CH CO-NH CH CO N CH CO-NH2 CH2 O N NH Công thức Fisơ: 18 | 26 NH2 CO N CO NH CO NH O H H H CH2 N NH Bài 10 Atropin (C17H23O3N) ancaloit có thân cà độc dược, có tác dụng làm giãn đồng tử, kích thích hơ hấp, giảm co bóp ruột Thủy phân atropin mơi trường kiềm cho axit atropic C6H5CH(CH2OH)COOH tropin C8H15ON (là ancol khơng quang hoạt) Đề hiđrat hóa tropin cho tropiđen Hãy xác định công thức cấu tạo atropin N CH3 Tropiden Hướng dẫn giải Vì đề hiđrat hóa tropin cho tropiđen tropin ancol không quang hoạt nên tropin có cấu trúc đối xứng Thủy phân atropin cho axit atropic tropin nên atropin chứa nhóm chức este: N CH3 Atropin OCO CH CH2OH C6H5 Bài 11 (HSG QG 2006) Từ hạt tiêu ngời ta tách đợc hợp chất E (C17H19NO3) chất trung tính Ozon phân E thu đợc hợp chất: etađial, B, D Thuỷ phân B thu đợc OHCCOOH v hợp chất dị vòng cạnh piperiđin (C 5H11N) Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu đợc 3,4-đihiđroxibenzanđehit HÃy xác định công thức cấu tạo A, B, D Có đồng phân lập thể E? Hớng dẫn giải: 19 | 26 Ozon phân E thu đợc etađial chøng tá A cã nhãm =CH-CH= Thủ ph©n B thu đợc OHC-COOH piperiđin, suy B có liên kết O=C-Nvà N nằm vòng cạnh D phản ứng với HI thu đợc 3,4đihiđroxibenzanđehit Vậy có công thức cấu tạo: C OHC N O O CHO O (B) O (D) CH CH CH CH C N O O (E) Trong A có liên kết đôi, số đồng phân hình học 4: ZZ , EE , ZE , EZ Chú ý đồng phân E xuất đồng phân ZZ Bài 12 (HSG QG 2011) Khử xitral chuyển hoá sản phẩm A theo sơ đồ: Xitral LiAlH4 H+ A B (C10H16, d¹ng m¹ch hë) (C10H18O) t o C 2,5,5-Trimetylbixiclo[4.1.0]hept-2-en Viết công thức cấu tạo A, B, C hoàn thành sơ đồ phản ứng Giải thích q trình chuyển hóa tạo thành C Hướng dẫn giải Xitral LiAlH4 A CH2OH H+ CH2+ -H2O - H+ 7 6 B C Bài 13 (HSG QG 2009) Cho sơ đồ sau: (-)-Serin HCl CH3OH A PCl5 B (C4H9Cl2NO2) OH- C (C4H8ClNO2) NaSH D (C4H9NO2S) H3O+, to OH E Viết công thức Fisơ E cho biết cấu hình tuyệt đối (R/S) Hướng dẫn giải: Các phương trình phản ứng: 20 | 26 HCl HOCH2-CH-COOCH3 HOCH2-CH-COOH CH3OH NH3Cl NH2 A L-(-)-Serin PCl5 ClCH2-CH-COOCH3 NH3Cl B ClCH2-CH-COOCH3 NH2 C NaSH HSCH2-CH-COOH E NH2 H3O+, to OH- HSCH2-CH-COOCH3 NH2 D Cơng thức hình chiếu Fisơ E: COOH R H2N Cơng thức hình chiếu Fisơ E (cystein): E có cấu hình R độ cấp -CH2SH > -COOH H CH2SH Bài 14 (HSG QG 2009) Từ monosaccarit, viết phương trình phản ứng điều chế chất A B: O O A H CHO Hướng dẫn giải Điều chế A: CHO HO HO NaBH4 OH OH CH2OH h c: HO HO OH CH2OH O CH2 O HO OH O H2C O (CH3)2CO + H NaBH4 OH (CH3)2CO HO OH CH2OH + H O HIO4 O H CHO A O CH2 O OH HO O H2C O HOCH2 HO CHO OH HOCH2 HO HO OH OH CH2OH HIO4 O O H CHO Điều chế B CHO HO HO OH OH CH2OH OH O MeOH HCl OH β-anomer + HO C6H5CHO OMe HO Ac2O AcONa C6H5 H + C6H5 O O AcO O O O OH HO OMe O OAc OMe 21 | 26 Bài 15 (HSG QG 2004) Từ nhựa thông ngời ta tách đợc xabinen chuyển hoá theo sơ đồ sau: 1) O3 ; 2) Zn/HCl (1) H2N A OH (4) KMnO4 ,H+ (2) D B P2O5 H2/ Ni , t0 (5) C1 , C2 , C3 (3) E A cã c«ng thức C9H14O a) Viết công thức cấu tạo sản phẩm hữu cơ: A , B , C , C2 , C3 , D , E b) S¶n phẩm có tạo thành đồng phân rõ số lợng đồng phân sản phẩm Hớng dẫn gi¶i: O A N COOH COOH COOH COOH B C1 C2 COOH COOH C3 OH O O C D COOH COOH C O E C1 có đồng phân quang học; C3 có đồng phân quang học C2 có đồng phân quang học C1, C2, C3 đồng phân cấu tạo D có đồng phân E, Z 22 | 26 Bài 16 (HSG QG 2004) C¸c aminoaxit phản ứng với tạo thành polipeptit HÃy cho biết cấu trúc đipeptit tạo thành (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH từ NH2 N leuxin CH2 N histiđin H CH COOH Histidin (hình bên) Hớng dẫn giải: Cấu trúc đipeptit : ( CH3 )2 - CH - CH2 - CH(NH2) - CO - NH - CH - CH2 COOH H - Leu - His - OH N NH N HN CH2 - CH(NH2) - CO - NH - CH - CH2 - CH - ( CH3)2 COOH H - His - Leu - OH Bài 17 Axit muraminic (Mur) [3-O-(1'-cacboxyetyl)-D-glucosamin)] thành phần tế bào vi khuẩn tạo thành cho B phản ứng với axit D-lactic Viết công thức Fisơ (Fisher) A Mur tạo thành dãy phản ứng sau: HO H H OH HOH2C H OH CHO NH3, HCN - H2O A Pd, HCl lo· ng -NH4Cl B HOOC-CHOH-CH3 Mur Hướng dẫn giải Công thức Fisơ A Mur: Sản phẩm ưu tiên nhóm -NH2 định hướng trans so với nhóm -OH CN NH2 HO OH OH CH2OH HOOC H O H3 C A CHO NH2 OH OH CH2OH Mur Bài 18 (HSG QG 2007) Ephedrin (G) hoạt chất dùng làm thuốc chữa bệnh hô hấp chiết từ ma hoàng Ephedrin tổng hợp theo sơ đồ sau: H / Ni CH CH NO , OH Br → F CH → G C6H6 → D 3 22→ E CO , HCl / AlCl − 23 | 26 a Viết công thức D, E, F G sơ đồ b Viết chế phản ứng giai đoạn tạo thành D E c Đi từ benzen, axit propanoic tác nhân cần thiết khác, đưa sơ đồ tổng hợp ephedrin Hướng dẫn giải: a Tổng hợp ephedrin: C6H5CH-CHNO2 , HCl CH 3CH NO , OH , Ni → C6H6 CO C H CHO → H →C6H5 AlCl3 OH CH3 (D) (E) − Br CH → OH CH3 CH CH NH2 (F) C6H5CH-CH-NHCH3 OH CH3 (G) b Cơ chế phản ứng tạo thành D: phản ứng electrophin vào nhân thơm, SE AlCl3 C=O + HCl → Cl-CH=O → O=C+-H AlCl4CHO O=C+ -H AlCl4- + + HCl + AlCl Cơ chế phản ứng tạo thành E: phản ứng cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl, AN − (-) + CH3CH2NO2 OH → CH3C H-NO2 + H O- CH3 H+ C6H5-CHO + CH3C-H-NO2 ← → C6H5 CH CH NO2→ OH CH3 C6H5 CH CH NO2 c Sơ đồ tổng hợp khác từ axit propanoic tác nhân cần thiết khác Br2 CH3CH2COOH SOCl 2 → CH3CH2COCl AlCl 3 → C6H5COCH2CH3 → OH CH3 C6H5COCHBrCH3 1.LiAlH →C6H5 CH 3 NH 2 → C6H5 CH CH Br OH CH3 CH CH NHCH3 H2O Bài 19 Isoleuxin điều chế theo dãy phản ứng sau (A, B, C, D kí hiệu chất cần tìm): t → CH3CH2 A 2 → CH CH3 (C H OOC) CH Br C2H5ONa D NH 3 → Isoleuxin KOH C 1 → B→ Br HCl Hãy cho biết công thức chất A, B, C, D Isoleuxin Hướng dẫn giải Sơ đồ điều chế Isoleuxin: t → 24 | 26 CH3CH2 D NH 3 → Isoleuxin Br2 KOH CH CH3 (C OOC) CHA C 2 H 2 → → B → Br C H ONa HCl Br C2H5CHCH(CO2C2H5)2 A CH3 C2H5CHCH(CO2H)2 B CH C2H5CHC(CO2H)2 C CH3 Br C2H5CHCHCO2H D CH3 Bài 20 (DHBB 2013) Để tổng hợp axit retigeranic, người ta cần phải tổng hợp chất trung gian X: Từ 6-metylhept-5-enal but-3-en-2-on người ta tổng hợp X theo sơ đồ sau: Xác định công thức cấu tạo chất A, B, C, D, E Hướng dẫn giải: Quá trình tổng hợp chất X theo sơ đồ đây: 25 | 26 C Kết luận Chuyên đề góp phần làm sáng tỏ thêm số vấn đề sau: + đồng phân cấu tạo đồng phân cấu hình (cis – trans, Z - E) tecpenoit + đồng phân cấu hình (D – L, R – S) gluxit, axit amin, ankaloit + đồng phân cấu dạng gluxit + Một số tính chất hợp chất thiên nhiên thông qua phản ứng xác định cấu trúc, chuỗi phản ứng tổng hợp chất khác + Trạng thái tự nhiên hợp chất thiên nhiên đề cập + Sơ lược tổng hợp số hợp chất thiên nhiên TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Đăng, Chuyên đề số hợp chất thiên nhiên, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2005 Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở Hóa học Hữu cơ, NXB Khoa học kĩ thuật, 2006 Đặng Như Tại, Ngô Thị Thuận, Hóa học Hữu cơ, NXB Giáo dục Việt Nam, 2012 Trần Quốc Sơn, Cơ sở lý thuyết Hóa học Hữu cơ, NXB Giáo dục, 1999 Thái Doãn Tĩnh, Bài tập sở Hóa học Hữu cơ, NXB Khoa học kĩ thuật, 2006 Nguyễn Hữu Đĩnh, Bài tập Hóa học Hữu cơ, NXB Giáo dục, 2008 Ngơ Thi Thuận, Bài tập Hóa học Hữu cơ, NXB Khoa học kĩ thuật, 2012 Đề thi học sinh giỏi quốc gia mơn hóa học từ năm 2000 đến năm 2013 en.wikipedia.org/wiki/… 26 | 26 ... tính chất hợp chất thiên nhiên thơng qua phản ứng xác định cấu trúc, chuỗi phản ứng tổng hợp chất khác + Trạng thái tự nhiên hợp chất thiên nhiên đề cập + Sơ lược tổng hợp số hợp chất thiên nhiên. .. Lê Văn Đăng, Chuyên đề số hợp chất thiên nhiên, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2005 Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở Hóa học Hữu cơ, NXB Khoa học kĩ thuật, 2006 Đặng Như Tại, Ngô Thị Thuận, Hóa học Hữu cơ,... peptit, protein + Lipit, chất béo + Steroit + Ankaloit + Flavonoit + Tanin + Chất kháng sinh + Vitamin Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên | 26 Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên Đồng phân cấu