Xây dựng hệ thống bài tập xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu cơ dựa vào dự kiện thực nghiệm dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường trug học phổ thông chuyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ QUỐC PHONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ QUỐC PHONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HĨA HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUN Chun ngành: Lí luận Phương pháp dạy học mơn hóa học Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS CAO CỰ GIÁC NGHỆ AN – 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến: - Thầy giáo PGS.TS Cao Cự Giác – Trưởng Bộ mơn Lí luận phương pháp dạy học hố học, khoa Hóa trường Đại học Vinh, giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi nghiên cứu hồn thành luận văn - Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học thầy giáo, giáo thuộc Bộ mơn Lí luận phương pháp dạy học hoá học khoa Hoá học trường ĐH Vinh giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn tất người thân gia đình, Ban giám hiệu Trường THPT Chuyên Long An, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Long an , ngày 25 tháng năm 2016 Lê Quốc Phong MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học 1.1.1 Quan niệm học sinh giỏi 1.1.2 Dấu hiệu nhận biết học sinh giỏi hóa học 1.1.3 Những phẩm chất lực cần có học sinh giỏi hóa học 1.2 Dạy học hóa học trường THPT chuyên 1.2.1 Đặc điểm học sinh chuyên hóa 1.2.2 Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trường THPT chuyên 1.3 Bài tập hóa học 1.3.1 Khái niệm tập hóa học 1.3.2 Phân loại tập hóa học 1.3.3 Tác dụng ý nghĩa tập hóa học dạy học 10 1.4 Thực trạng việc dạy học hóa học hữu trường THPT chuyên 11 1.4.1 Mục đích điều tra 11 1.4.2 Đối tượng phương pháp điều tra 11 1.4.3 Kết điều tra 11 1.4.4 Kết điều tra thực trạng học chuyên học BDHSGHH HS 16 TIỂU KẾT CHƯƠNG 21 Chương 22 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN 22 2.1.Phân tích cấu trúc nội dung chương trình SGK chun hóa phần hóa học hữu 22 2.1.1 Mục tiêu dạy học 22 2.1.1.1 Mục tiêu đào tạo học sinh giỏi 22 2.1.1.2 Hệ thống trường chuyên Việt Nam 22 2.1.2 Cấu trúc nội dung 24 2.1.2.1 Cấu trúc chương trình SGK chuyên hóa phần hóa học hữu 24 2.1.2.2 Nội dung phần đại cương hữu chương trình chuyên hóa 25 2.2 Sơ đồ tập xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu nguyên tắc thiết kế 26 2.2.1 Sơ đồ 26 2.2.2 Nguyên tắc thiết kế 26 2.3 Xây dựng hệ thống tập xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu 26 2.3.1 Xác định công thức cấu tạo hiđrocacbon – tecpen 26 2.3.2 Xác định công thức cấu tạo dẫn xuất halogen 41 2.3.3 Xác định công thức cấu tạo ancol – phenol – ete 53 2.3.4 Xác định công thức cấu tạo anđehit – xeton 63 2.3.5 Xác định công thức cấu tạo axit cacboxylic – este 73 2.3.6 Xác định công thức cấu tạo cacbohiđrat 82 2.3.7 Xác định công thức cấu tạo amin – amino axit – peptit 111 2.3.8 Xác định công thức cấu tạo polime 130 2.3.9 Xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu dựa vào kiện quang phổ 130 2.3.10 Bài tập tổng hợp 147 2.4 Sử dụng hệ thống tập bồi dưỡng học sinh giỏi 147 2.4.1 Phát triển lực tư 147 2.4.2 Rèn luyện kĩ hóa học 148 TIỂU KẾT CHƯƠNG 150 Chương 151 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 151 3.1 Mục đích thực nghiệm 151 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 151 3.3.Đối tượng thực nghiệm 151 3.4 Tiến hành thực nghiệm 151 3.5 Kết thực nghiệm 152 3.5.1 Kết định tính 152 3.5.2 Kết định lượng 152 3.5.3 Phân tích kết thực nghiệm 154 3.6 Bài học kinh nghiệm 163 TIỂU KẾT CHƯƠNG 164 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO 169 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong sống khơng có ngành hay lĩnh vực khơng có liên quan đến hóa học Đặc biệt nước ta đường Cơng nghiệp hóa đại hóa, với bùng nổ khoa học cơng nghệ, nghiệp GD-ĐT đóng vai trị quan trọng việc nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài sánh vai nước tiên tiến giới Bộ Giáo dục Đào tạo biên soạn khung tài liệu, chương trình chuyên sâu cho tất môn chuyên trường THPT chuyên tăng cường đầu tư sở vật chất , nên chất lượng GD trường THPT chuyên ngày nâng cao Tuy nhiên việc dạy học lớp chuyên nói chung chuyên hóa nói riêng việc bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học (BDHSGHH) gặp số khó khăn sau: + Với đời số trường chuyên trẻ nên số lượng chất lượng GV giỏi chưa đáp ứng nhu cầu cho công tác BDHSGHH + Giáo viên chưa chuẩn bị tốt hệ thống lý thuyết chưa xây dựng hệ thống tập chuyên sâu trình dạy chuyên phần hóa hữu + Về phía HS khơng có nhiều tài liệu tham khảo hoàn chỉnh đầy đủ + Nội dung giảng dạy so với kì thi Olympic quốc gia, quốc tế khoảng cách xa Như biết , phần hóa hữu đề thi học sinh giỏi Quốc gia hay vịng chọn đội tuyển phần hóa hữu chiếm tỉ lệ cao ( 40%) thường định nhiều đến kết thi học sinh Vậy cho nên, làm để học hóa hữu cách có hiệu điều quan trọng làm để tiếp thu tốt kiến thức có áp dụng vào tập cách có hiệu Một dạng tập hữu khó khơng thể khơng kể đến dạng xác định công thức hợp chất hữu dựa kiện thực nghiệm cho, dạng tập khó địi hỏi phải nắm vững toàn nội dung kiến thức chương chương trình hóa hữu Xuất phát từ lý đó, nên tơi chọn nghiên cứu đề tài “Xây dựng hệ thống tập xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu dựa vào kiện thực nghiệm dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trường THPT chuyên” nhằm góp phần nâng cao hiệu q trình giảng dạy, BDHSG trường THPT đặc biệt trường THPT chuyên Mục đích việc nghiên cứu Thiết kế tài liệu dùng BDHSGHH phần hóa hữu chương trình chuyên nhằm nâng cao chất lượng dạy học trường THPT chuyên Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu tổng quan vấn đề nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận thực tiễn có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu chương trình hóa hữu trường THPT chuyên, đề thi HSG quốc gia theo năm, đề thi HSG cấp tỉnh, đề Olympic 30/4, Olympic nước - Tìm hiểu thực trạng BDHSGHH trường THPT trường THPT chuyên - Thiết kế tài liệu BDHSGHH phần xác định cấu trúc phân tử chương trình THPT chuyên - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu việc sử dụng tài liệu BDHSGHH phần xác định cấu trúc phân tử dạy học hóa hữu trường THPT chuyên - Đề xuất PP sử tài liệu dùng BDHSGHH phần hóa hữu trường THPT chuyên Khách thể đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: q trình dạy học HH phần hóa hữu trường THPT chuyên - Đối tượng nghiên cứu: việc thiết kế tài liệu “Xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu dựa vào kiện thực nghiệm dùng bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT chuyên” Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu: chương trình hóa hữu lớp 11 THPT chun - Địa bàn nghiên cứu: trường THPT chuyên Bến Tre tỉnh Bến Tre, trường THPT chuyên Nguyễn Quang Diêu tỉnh Đồng Tháp, trường THPT chuyên Hoàng Lê Kha tỉnh Tây Ninh, trường THPT chuyên Lê Quý Đôn tỉnh Bà Rịa –Vũng Tàu, trường THPT chuyên Lý Tự Trọng- Cần Thơ, THPT chuyên Long An tỉnh Long An - Thời gian thực đề tài từ tháng năm 2015 đến tháng năm 2016 Giả thuyết khoa học Với nội dung đề tài đa dạng, phong phú có chất lượng giúp HS nâng cao kiến thức, rèn luyện khả tự học, tự nghiên cứu, chủ động sáng tạo nhằm phát triển tư cho HS, góp phần nâng cao hiệu q trình bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT chuyên Phương pháp phương tiện nghiên cứu 7.1 Các phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu nguồn tài liệu có liên quan đến đề tài - Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa khái qt hóa - Nghiên cứu chương trình chun phần hóa hữu tài liệu hướng dẫn nội dung thi HSG Olympic 30/4, HSG Quốc Gia - Nghiên cứu sưu tầm phân tích tập hóa học hữu đề thi HSG cấp 7.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp điều tra thu thập thông tin: cách trắc nghiệm, vấn, dự để tìm hiểu trình giảng dạy phần hóa học hữu trường THPT chuyên - Trao đổi, tổng kết kinh nghiệm với GV giảng dạy lớp chuyên giao lưu học tập kinh nghiệm với trường THPT chuyên tỉnh bạn - Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra, đánh giá chất lượng tài liệu xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu dựa vào kiện thực nghiệm dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học THPT chuyên giả thuyết đặt 7.3 Các phương pháp toán học - Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị tính tham số thống kê - Xử lí kết thực nghiệm sư phạm thu Những đóng góp đề tài nghiên cứu Thiết kế tài liệu có giá trị thiết thực với công việc bồi dưỡng học sinh giỏi Đề tài tư liệu bổ ích cho thân, đồng nghiệp cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi phần hóa hữu Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học 1.1.1 Quan niệm học sinh giỏi [3], [22] Nhìn chung, nước dùng hai thuật ngữ Gift (giỏi, có khiếu) Talent (tài năng) để học sinh giỏi Luật bang Georgia (Hoa Kỳ) định nghĩa HSG: “HSG HS chứng minh trí tuệ trình độ cao, có khả sáng tạo, thể động học tập mãnh liệt, đạt xuất sắc lĩnh vực lý thuyết, khoa học, người cần giáo dục đặc biệt phục vụ đặc biệt để đạt trình độ tương ứng với lực người đó” (Georgia Law) Cơ quan giáo dục Hoa Kỳ miêu tả khái niệm “HSG” sau: “Đó HS có khả thể xuất sắc lực trội lĩnh vực trí tuệ, sáng tạo, khả lãnh đạo, nghệ thuật lĩnh vực lý thuyết chuyên biệt Những HS thể tài đặc biệt tất bình diện xã hội, văn hóa kinh tế” Nhiều nước quan niệm: “HSG đứa trẻ có lực lĩnh vực trí tuệ, sáng tạo, nghệ thuật, lực lãnh đạo lĩnh vực lý thuyết Như HSG cần có phục vụ hoạt động học tập điều kiện đặc biệt để phát triển lực sáng tạo họ Từ khái niệm HSG ta hiểu HSG hóa học HS có lực trội học tập mơn hóa học, có kiến thức hóa học bản, vững vàng, sâu sắc hệ thống, biết vận dụng linh hoạt sáng tạo kiến thức vào tình mới, có lực tư khái quát sáng tạo Đồng thời cịn có kĩ thực nghiệm thành thạo có lực nghiên cứu khoa học hóa học 1.1.2 Dấu hiệu nhận biết học sinh giỏi hóa học - Khả định hướng: Ý thức nhanh chóng xác đối tượng cần lĩnh hội, mục đích phải đạt đường tối ưu đạt mục đích - Bề rộng: Có khả vận dụng nghiên cứu đối tượng khác - Độ sâu: Nắm vững ngày sâu sắc chất vật, tượng - Tính linh hoạt: Nhạy bén việc vận dụng tri thức cách thức hành động vào tình khác cách sáng tạo - Tính mềm dẻo : Thể hoạt động tư tiến hành theo hướng xi ngược chiều - Tính độc lập: Thể chỗ tự phát vấn đề, đề xuất cách giải tự giải vấn đề - Tính khái quát: Khi giải loại vấn đề đưa mơ hình khái qt, sở để vận dụng để giải vấn đề tương tự, loại 1.1.3 Những phẩm chất lực cần có học sinh giỏi hóa học Những phẩm chất lực cần có HSG gì? vấn đề rộng lớn có nhiều ý kiến khác nhau, tùy thuộc vào quan điểm tiếp cận Đặt phạm vi xem xét với HS trường THPT chuyên, theo chúng tôi, phẩm chất lực cần có HSGHH phổ thơng giai đoạn bao gồm: - Có kiến thức HH vững vàng, sâu sắc, có hệ thống Để có phẩm chất địi hỏi HS phải có lực tiếp thu kiến thức, tức có khả nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng; có ý thức tự bổ sung, hồn thiện kiến thức - Có trình độ tư HH phát triển, tức biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, có khả sử dụng PP phán đốn qui nạp, diễn dịch, loại suy Để có phẩm chất địi hỏi người HS phải có lực suy luận logic, lực kiểm chứng, lực diễn đạt… - Có khả quan sát, nhận thức, nhận xét tượng tự nhiên Phẩm chất hình thành từ lực quan sát sắc sảo, mơ tả, giải thích tượng q trình HH; lực thực hành HS - Có khả vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ có để giải vấn đề, tình Đây phẩm chất cao cần có HSG Ngược lại, HS có khả quan sát, nhận thức tượng tự nhiên dẫn đến niềm say mê HH khả tư toán học chưa tốt việc nghiên cứu HH gặp nhiều khó khăn 1.2 Dạy học hóa học trường THPT chuyên 1.2.1 Đặc điểm học sinh chuyên hóa [13, tr 18-19] Theo PGS Bùi Long Biên (ĐHBK) : “ Học sinh giỏi hóa học phải nắm vững chất tượng hóa học, nắm vững kiến thức học, vận dụng tối ưu kiến thức học để giải hay nhiều vấn đề ( chưa học hay chưa gặp ) kì thi đưa ra’’ Theo PGS.TS Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội): Căn vào kết thi để đánh giá học sinh giỏi cần hội tụ yếu tố sau: - Có kiến thức tốt, thể nắm vững khái niệm, định nghĩa, định luật, quy tắc quy định chương trình, khơng thể thiếu sót cơng thức, phương trình hóa học - Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, kiến thức - Tiếp thu dùng số vấn đề đầu đưa Những vấn đề vấn đề chưa cập nhật cập nhật đến mức độ chương X(C6H7N3O) + H2O + 2W1-W2® C6H5NO2 + C4H8N2O2 + 2W2-H Đặt W1= CxHyOzNt Theo định luật bảo tồn ngun tố ta có: Bảo tồn C: + 2x = + ® x = 2; Bảo toàn H: + + 2y = + + ® y = Bảo toàn O: + + 2z = + ® z = 1; Bảo tồn N: + 2t = + ® t = Vậy W1 = -C2H3O, công thức W1 phù hợp gốc axetyl CH3-COHợp chất C4H8N2O2 có nguyên tử N giống chứa W1 (CH3CO-) ® CTCT: CH3-CO-NH-NH-CO-CH3 Từ bảo tồn ngun tố ta có CTCT Z là: CH3-CO-NH-NH2 Vì X dẫn xuất axit isonicotinic nên dễ nhận thấy C6H5NO2 axit isonicotinic Tương tự, từ (2) bảo toàn nguyên tố ta có CTCT Y là: H2N O HN O Y1 NH2 N N N HN NH O O Y2 X Từ suy dễ dàng cấu trúc X Bài 15 Một giải pháp bảo vệ nhóm amin hiệu tiến hành phản ứng axyl hóa anhydrit phtalic để hình thành phtalimit có nhóm nguyên tử N Nhóm bảo vệ sau gỡ bỏ dễ dàng hidrazin mà không ảnh hưởng đến cầu nối peptit Áp dụng giải pháp viết sơ đồ tổng hợp Gly-Ala Ala-Gly Phân tích: 64 O CH + H 3N C H 2C NHCHCOO - NH + N 2H NH O O Phtalhydrazua Gly-Ala O CH NCH C NHCHCOO - O O O O Ala SOCl NCH COCl NCH COOH H+ H 2O O O O O NCH COOEt BrCH COOEt O NK O Kali phtalim it CH3 Đối với Ala-Gly: bắt đầu với BrCHCOOEt, sau ®ã dïng +H3NCH2COO- Hai chất hữu X (C10H17O6N) Y (C14H17O6N) xiano glucozit thiên Bài 16 nhiên Khi thuỷ phân X, Y môi trường axit X tạo D-glucozơ, axeton HCN; cịn Y tạo D-glucozơ, HCN benzanđehit Xác định cấu trúc X, Y Hợp chất hữu A có cơng thức cấu tạo sau: HO O HO O O O O OH OH HO a Đánh dấu * vào nguyên tử cacbon bất đối A b Đun A với dung dịch axit loãng thu sản phẩm E, F, G có số nguyên tử cacbon giảm dần Viết công thức cấu tạo E, F, G tên gọi chúng c Cho F, G tác dụng với nước brom dư Viết công thức sản phẩm d Viết công thức cấu tạo sản phẩm cho G tác dụng axeton có mặt HCl khan Phân tích: + H O X ắắắ đ D-glucoz + axeton + HCN 65 H OH H (S) O HO HO H (S) OH H → Cấu trúc X là: 2.a HO CH3 O (S) (S) C CH3 H CH3 * O * * HO * O O O O * * HO OH OH * b Công thức cấu tạo sản phẩm E, F, G thủy phân A là: O CH2OH OH OH CHO HO HO CHO OH E O OH OH G: D- glucozơ F: ancol 4-hiđroxybenzylic E: axit 2,4-ddififfomyl hex-5-enoic G F c CH2OH CH2OH + + 2HBr 2Br2 Br Br OH OH F OH HO HO COOH O OH OH Br2 / OH H2O HO G OH OH CH2OH d HO OH HO HO HO CH2OH O OH G O O OH OH OH O CH3COCH3 HCl O CH2OH OH O OH O 66 Bài 17 Hợp chất thiên nhiên Y C7H14O6 khơng có tính khử khơng đổi tính quang hoạt Y bị thủy phân dung dịch HCl nước thành K đường khử Khi bị oxy hóa axit nitric lỗng K chuyển thành axit không quang hoạt L C6H10O8 Sự thoái phân Ruff dẫn tới đường khử M; chất bị oxy hóa axit nitric lỗng thành axit quang hoạt N C5H8O7 Hợp chất Y xử lý với NaOH dimetyl sunfat, dung dịch HCl nước axit nitric nóng Từ hỗn hợp sản phẩm ta phân lập axit α,βdimetoxysucxinic axit α-metoximalonic Hãy cho biết cấu trúc Y, K, L, M, N Còn tồn không khẳng định mặt cấu trúc không ? Phân tích: 1.Y metylglycozit Lập luận tìm K, L, M, N Y tồn dạng vòng cạnh CHOCH3 OH OH HC O OCH3 HO hay HOH C H H OH OH OH O CH 2OH COOH COOH OH OH L OH OH hay HO HO OH OH COOH COOH 67 CHO COOH COOH HO HO HO HO OH hay OH OH HO OH CH 2OH COOH COOH M N OCH OCH X HO(CH3)2SO4 HCl HNO3 COOH + HOOC HOOC COOH OCH3 CH 2OH O K OH OH hay OH O OH OH OH OH CH 2OH OH Y CH 2OH O OCH OH hay OH O OH OCH OH OH OH CH 2OH 2.Không khẳng định mặt cấu trúc Bài 18 D-Galactozơ đồng phân cấu hình vị trí số D-glucozơ Trong dung dịch nước D-galactozơ tồn dạng cấu trúc khác hệ cân Hãy dùng cơng thức cấu hình biểu diễn hệ cân cho biết dạng chiếm tỉ lệ cao D-Galactozơ sản phẩm sinh thủy phân hợp chất A (C12H22O11) Để thực phản ứng dùng chất xúc tác axit enzim b-galactozidaza A không khử dung dịch Fehling, song tác dụng với CH3I môi trường bazơ cho sản phẩm đem thủy phân thu 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-galactozơ Hãy tìm cấu trúc A, viết cơng thức vịng phẳng cơng thức cấu dạng Đun nóng D-galactozơ tới 165oC sinh hỗp hợp sản phẩm, có lượng nhỏ hợp chất B Cho B tác dụng với CH3I (có bazơ xúc tác) thủy phân sản phẩm sinh thu hợp chất C dẫn xuất tri-O-metyl cña D-galactozơ Hãy giải thích qúa trình hình thành B viết cơng thức Fisơ C 68 O OH O HO OH Phân tích: dạng cấu trúc D-galactozơ: CH 2O H O OH HO OH O OH OH OH CH=O O H b -Galactopiranozơ OH HO HO CH 2OH OH HO O CH 2O H OH OH CH 2O H b-Galactofuranozơ O OH OH OH OH OH OH CH 2O H µ-Galactopiranozơ µ-Galactofuranozơ Chiếm tỉ lệ cao b-Galactopiranozơ Các kiện cho biết A disaccarit đơn vị D-galactozơ liên kết b-1,1 với nhau, hai dạng vòng piranozơ Từ viết cơng thức vịng phẳng: CH 2OH HO O OH CH 2OH O O HO HO HOCH OH OH OH O O OH hc OH OH HO HOCH O OH Công thức cấu dạng: HO OH O HO OH HO O HO O OH HO OH OH O hc HO OH 69 OH O HO O HO OH O OH O OH CH2OH OH OH HO OH HO OH OH - H2O HO 6 O O OH OH O HO O HO OH Từ công thức cấu trúc suy nhóm -OH bị metyl hố vị trí 2, 3, Do cơng thức Fisơ C: CH3O HO CH=O OCH3 O CH3O CH(OH) OCH3 OCH3 OCH3 CH2OH CH2OH 2, 3, 5-Tri-O-metyl-D- galactozơ Bài 19.Một disaccarit A khơng có tính khử Khi thuỷ phân mơi trường axit, A cho sản phẩm pentozơ B Cũng thủy phân A nhờ enzim a-glicozidaza song khơng dùng b-glicozidaza Từ B tạo D-glucozơ cách cho tác dụng với HCN thuỷ phân (xúc tác axit) khử Viết công thức Fisơ gọi tên B theo danh pháp hệ thống Viết sơ đồ phản ứng chuyển hoá B thành D-glucozơ Viết công thức cấu trúc A dạng vịng cạnh phẳng Phân tích: 1.B có 3C bất đối giống 3C bất đối cuối D – glucozơ H HO H H CHO OH H OH OH CH2OH Từ HO H H CHO H Suy OH OH CH2OH B (2S, 3R, 4R)-tetrahidroxipentanal D-Glucozơ 70 CN HO HO H H CHO HO H H OH H OH CH2OH H H OH OH CH2OH HCN CN OH H OH OH CH2OH H HO H H H2O/H+ H HO H H COOH OH H OH OH CH2OH H HO H H CHO OH H OH OH CH2OH H HO H H COOH OH H OH OH CH2OH -H2O O C H OH HO H H OH H O CH2OH khử 3.Từ kiện đề bài, suy A hai phân tử B liên kết a-1,1 glycozit nên: OH O O OH OH O OH hay OH O OH O O OH OH OH OH OH OH Bài 20 Monosaccarit A (đặt glicozơ A) có tên (2S,3R,4S,5R)–2,3,4,5,6– pentahidroxihexanal Khi đun nóng tới 1000C, A bị tách nước sinh sản phẩm B có tên 1,6–anhidroglicopiranozơ D–glucozơ khơng tham gia phản ứng Từ A nhận sản phẩm E (C5H10O5) G (C5H8O7) theo sơ đồ phản ứng: A Br2 H2O C CaCO3 D H2O2 E HNO3 G Viết công thức Fisơ A B A tồn dạng ghế (D-glicopiranozơ) Viết cơng thức dạng cho biết dạng bền cả? Dùng công thức cấu dạng biểu diễn phản ứng chuyển hố A thành B Vì D–glucozơ không tham gia phản ứng tách nước A? Viết công thức cấu trúc E G Hãy cho biết chúng có tính quang hoạt hay khơng? Phân tích: 71 CHO CH HO HO OH OH 100 C HO HO OH CH2OH O-CH2 OH O OH 1000C O HO + H2O O O HO OH OH + H2O HO HO D- Glucozơ không phản ứng tách nước nhóm – OH C1 C6 xa CHO OH COOH OH HO HO OH COOH OH CH2OH OCH3 OH O O OH O OH CH3Br OH OCH3 baz OCH3 OH O O OCH3 OCH3 OH H3CO H H OCH3 Quang hoạt O OCH3 OCH3 OH H 3O + OCH3 O CHO H OCH3 OCH3 CH2OH Không quang hoạt Bài 21 Papaverin alkaloid tách từ nhựa vỏ papaver sonniferum (cây thuốc phiện) Đó chất rắn nóng chảy 147oC, có tác dụng dãn vành nên dùng dể chữa bệnh co thắt đại tràng, mạch máu Quá trình tổng hợp papaverin C20H21O4N (G) công nghiệp cho sơ đồ sau + H / Ni H3O PCl5 P2 O5 KCN +B Pd 3, - (CH 3O) C6 H 3CH 2Cl ¾¾¾ ® A ¾¾¾ ® B ¾¾¾ ® C ¾¾¾ ® D ¾¾ ® E ¾¾¾ ® F ¾¾ ®G to to a Đề nghị công thức cấu trúc cỏc cht t A ắắ đ G b Trong papaverin có dị vịng Phân tích: 72 CH2CH2NH2 CH2CN OCH3 OCH3 CH2COCl CH2COOH OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 A B C D OCH3 CH3O O C NH CH2 OCH3 OCH3 OCH3 N CH3O OCH3 CH2 E OCH3 F Papaverin G là: OCH3 N CH3O OCH3 CH2 OCH3 Trong G có chứa dị vịng isoquinolin Bài 22 Nicotin alkaloid thuốc lá, coi alkaloid loại pyridin hay loại pyrolidin Nicotin chất lỏng không màu, khí chuyển nhanh sang màu nâu Với lượng nhỏ, nicotin kích thích thần kinh làm tăng huyết áp Tuy nhiên với liều lượng cao, nicotin phá hủy niêm mạc hệ hơ hấp dẫn tới tử vong Quá trình tổng hợp nicotin K C10H14N2 theo sơ đồ sau: CH3 CHO N O NaBH4 EtO -EtOH A HI to I H N B EtOH C KMnO4 K Xác định chất từ A ¾¾ ® I sơ đồ Phân tích: Cơng thức chất từ A đến I torng sơ đồ: 73 HCl dac D E - CO2 F OH G A B O C CH3 CH3 N N O N CH3 O O C HC H2C N C CH2 HClH N O O HO N O O F C N O G NH2Cl OH C NHCH3 CH3 NH2Cl- N CH3 N - HCl- HCl I OH N O - E CH3 D K I CH CH N N CH3 N NH CH3 CH3 N NH Bài 23: Higrin X C8H15ON ankaloid tìm thấy coca Xác định CTCT X biết rằng: X không tác dụng với benzensunfoclorua, không tan kiềm tan dung dịch HCl X tác dụng với phenylhiđrazin cho phản ứng iodofom Nếu oxi hóa X dung dịch CrO3 tạo thành axit higrinic C6H11O2N Có thể tổng hợp axit higrinic C6H11O2N chuỗi phản ứng sau: - CH 3NH [CH(COOEt)2 ] Na Br2 Ba (OH )2 dd ddHCl BrCH 2CH 2CH Br ắắ ắắắắ đ A ắắ đ B ắắ ắđ C(C11H19O4 ) ắắ ắ ¾® D ¾¾ ¾ ®E to + t E ¾¾ ® axit higrinic + CO2 +H 2O o Phân tích: Từ kiện cho chứng tỏ higrin có nhóm amin bậc ba có nhóm acetyl CH3CO– (CH ) Br2 ắắ đ BrCH CH CH CH(COOEt) ắắ đ BrCH 2CH 2CH 2CBr(COOEt) COOEt N COOEt CH3 C COO N COOH Ba N COO CH3 D CH3 E Vậy Higrin là: 74 COOH COOH N CH3 E CH3 PhNHNH2 CH2C=NNHPh N CH3 N NaOI CH2COCH3 CH2COOH N + CHI3 CH3 CH3 CrO3 COOH N CH3 Bài 24: Từ hạt tiêu người ta tách alkaloid piperin A (C17H19NO3) chất trung tính Ozon phân A thu hợp chất: etadial, B, D Thuỷ phân B thu OHC-COOH hợp chất dị vòng cạnh piperiđin (C5H11N) Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu 3,4-dihydroxibenzandehit Hãy xác định cơng thức cấu tạo A, B, D Có đồng phân lập thể A? Phân tích: Ozon phân A thu dược etadial chứng tỏ A có nhóm =CH–CH= - Thuỷ phân B thu dược OHC–COOH vâ piperidin, suy B có liên kết O=C–N– - Vậy N nằm vòng cạnh D phản ứng với HI thu dược 3,4-dihidroxibenzandehit Vậy có cơng thức cấu tạo: OHC C N O O CHO O (B ) O (D ) CH CH CH CH C N O O (E ) - Trong A có liên kết đơi, số đồng phân hình học 4: ZZ , EE , ZE , EZ Bài 25: Salixin C13H18O7 alkaloid tìm thấy liễu Đem thủy phân Salixin ezym elmusin cho D-glucozơ Saligenin C7H8O2 Salixin khơng khử thuốc thử Tolen Oxi hóa Salixin HNO3 thu hợp chất hữu X mà thủy phân cho D-Glucozơ anđehit Salixylic Metyl hóa Salixin thu pentametylsalixin, thủy phân hợp chất cho ta 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-Glucozơ Xác định CTCT Salixin Phân tích: Salixin đường khơng khử b - glucozit bị thủy phân elmuxin 75 RO H OH O HO H2O D-Glucose + ROH (Saligenin) enzim OH C7H8O2 CH2OH Salixin Trong công thức C7H8O2, ROH xuất nhân thơm Tách andehit salixylic, điều chứng tỏ q trình oxi hóa nhóm –CH2OH thành nhóm –CHO CHO HO H2O, H+ D-Glucose + HOH2C HO HO O OH CHO O Saligenin o-(hidroximetyl)phenol Công thức cấu trúc salixin HOH2C O HO HO OH CH2OH O Bài 26: Hạt độc sâm (conium malculatum) thời trung cổ dùng làm thuốc độc để thực án tử hình Độc tố chủ yếu hạt độc sâm alkaloid có tên coniin Coniin có khối lượng mol phân tử 127 g.mol-1, chứa 75,60% C 13,38% H khối lượng Coniin làm xanh quỳ tím, khơng làm màu dung dịch Br2 dung mơi CCl4 khơng (amin có nguồn gốc thực vật) làm màu dung dịch KMnO4 Khi dehydro hóa coniin thu hợp chất A (C8H11N) Oxi hóa chất A thu chất B có cấu tạo: N COOH Biết phản ứng khơng có đóng hay mở vịng phân tử coniin khơng có C bậc ba f Xác định CTPT coniin giải thích khơng làm màu Br2/CCl4 g Xác định CTCT coniin cho biết bậc amin nó, A B Vì khối lượng phân tử coniin, A, B số lẻ 76 h Để tách coniin từ hạt độc sâm với hiệu suât độ tinh khiết cao nên dùng chiết với dung môi dung môi sau: - Nước - Rượu etylic - Dung dịch NaOH - Dung dịch HCl Phân tích: a CTPT coniin C8H17N Độ bât bão hòa D = ´ + + - 17 =1 Vì coniin khơng làm màu Br2/CCl4 nên coniin khơng chứa nối đơi mà chứa vịng no b Sơ đồ phản ứng: N H coniin amin (II) CH2CH2CH3 -3 H2 xt, t o N CH2CH2CH3 A amin (III) [O] N COOH B amin (III) Hợp chất có chứa số lẻ nguyên tử N => có khối lượng phân tử lẻ c Dùng dung dịch HCl tạo muối coniin clohidrat tan tốt nước Sau dùng kiềm để thu lại coniin Bài 27: Từ Atropabenladona (một loại cà độc dược) thuộc họ cà, người ta tách loại alkaloid atropin Trong công nghiệp, người ta thường dùng atropin để điều chế axit tropoic (A) C9H10O3 (A) bị oxy hóa dung dịch KMnO4 nóng thành axit benzoic (B) bị oxy hóa oxy khơng khí có mặt Cu nung nóng tạo thành chất (C) C9H8O3 có chức andehit Axit tropoic chuyển hóa axit atropoic C9H8O2 (D) nhờ H2SO4 đặc 170oC Hidro hóa (D) H2/Ni thu axit hidratropoic (E) C9H10O2 Hãy xác định công thức cấu tạo A, C, D, E cho biết D có đồng phân cis/trans hay khơng? Phân tích: CTPT (A) C9H10O3 có độ bất bão hịa: D = ´ + - 10 =5 - A bị oxy hóa KMnO4 tạo axit benzoic nên A có chứa vịng benzen nhóm chức COOH mạch nhánh (khơng gắn trực tiếp vào vịng benzen) - A bị oxy hóa oxy khơng khí có mặt Cu nung nóng tạo thành chất (C) C9H8O3 có chức andehit => Mạch nhánh chứa nhóm chức rượu bậc I –CH2OH 77 - Từ kiện ta có CTCT A, B, C, D, E sau D khơng có đồng phân hình học COOH KMnO4 to B HOOC COOH CH CH2OH CH O2 CHO Cu, to C A COOH C H2SO4 d CH2 o 170 C COOH Ni, t D C H2 H o E 78 CH3 ... hướng dẫn PP học tập phù hợp 21 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN 2.1.Phân... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ QUỐC PHONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HĨA HỌC Ở TRƯỜNG THPT... chuyên học BDHSGHH HS 16 TIỂU KẾT CHƯƠNG 21 Chương 22 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO DỮ KIỆN THỰC NGHIỆM DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH