Axit crisophanic có trong sắc tố antraquinon thiên nhiên cô lập được từ rễ cây đại hoàng với cấu tạo dưới đây. Một phương pháp tổng hợp phân tử này do Khoa Nghiên Cứu Hóa Học thuộc Đại Học Quốc Gia Australia đề nghị:
O
O
OH OH
CH3
axit crisophanic
a) 3-metylanisol (3-metyl-metoxybenzen) được khử bằng kim loại liti trong hỗn hợp amoniac hóa lỏng khan nước, tetrahydrofuran và t-butanol để tạo B (C8H12O). Xử lý B với kali amidua
trong amoniac lỏng khan nước rồi xử lý tiếp trong dung dịch nước dẫn đến sự đồng phân hóa B thành C. Hãy viết ba công thức cấu tạo có thể có của C.
b) Phổ NMR 1H của C cho thấy có hai proton của liên kết đôi không kế cận nhau. Ngoài ra, còn cho biết có hai nhóm metylen cạnh nhau, một trong hai nhóm này ở kế cận một proton của liên kết đôi. Hãy viết các công thức cấu tạo của C thoả mãn điều kiện trên.
c) Phản ứng của C với 5-hydroxi-naphtalen-1,4-dion tạo sản phẩm ghép Diels – Alder
D(C18H18O4). Phổ NMR 1H của D cho thấy một cộng hưởng 10,5 thống nhất với một proton và là chỉ định của một nhóm hydroxyl liên kết nội phân tử. Hãy đề nghị ba công thức cấu tạo có thể có của hợp chất D.
d) Enol hóa D bằng cách xử lý với kali cacbonat trong metanol nóng rồi oxy hóa kế tiếp với kali nitrosodisunfonat (muối Fremy) tạo một sản phẩm kiểu quinon màu vàng E (C18H16O4). Phổ NMR 13C của E chứa tổng cộng 9 cộng hưởng có thể quy cho những cacbon bậc 4. Nhiệt phân E tại 180oC trong 15 phút lại phóng thích eten bằng phản ứng ngược Diels – Alder đồng thời tạo thành F (C16H12O4). Phổ NMR 1H của F cho thấy ba vạch đơn, mỗi vạch tương ứng với một proton (vạch thấp nhất tại 11,00) và hai vạch đơn 3 proton, một vạch tại 4,01 và một vạch tại 2,25ppm. Căn cứ trên các chứng cứ này, đề nghị các công thức cấu tạo có thể có của các hợp chất E và F.
e) Khi cho F tác dụng với bo triclorua trong diclometan tại –10oC rồi xử lý tiếp thu được một chất rắn màu cam, khối phổ cho m/e = 245. Trị số này giống như axit crisophanic thiên nhiên.
Viết toàn bộ công thức cấu tạo của qúa trình tổng hợp axit crisophanic.
BÀI GIẢI:
Toàn bộ qúa trình tổng hợp axit crisophanic của câu hỏi diễn ra như sau:
OCH3
OH
OCH3
CH3
B
OCH3
OH
C
OH O
O
OH O
O
OCH3
CH3
D
OH OH
OH
OCH3
CH3
OH O
O
OCH3
CH3
E
OH O
O
OCH3
OH
F
OH O
O
OCH3
OH
axit crisophanic
Hợp chất B là sản phẩm khử Birch dự kiến
C là một đồng phân liên hợp (tiếp cách) của B, có thể có bất cứ cấu tạo nào: C1; C2; C3.
CH3
CH3
OCH3
CH3
OCH3
CH3
C1 C2 C3
Trong những cấu tạo này, chỉ có hai cấu tạo C1 và C2 thoả các số liệu NMR. Như vậy loại C3.
Bất kỳ ba sản phẩm Diels – Alder nào xuất phát từ C1 đến C3 cũng chấp nhận được cho lời giải của phẩn thứ ba do chúng đều chứa nhóm hydroxyl có liên kết hydro nội phân tử.
Tuy nhiên phải nghĩ cẩn thận để xác định lời giải đúng.
Ở thời điểm này, chưa thể xác định C1 hay C2 là cấu tạo đúng của C. Tuy nhiên ở phần cuối có thể thấy rõ lời giải xuất phát từ D1 hoặc D11, sản phẩm cộng vòng của C1 là không thể chấp nhận được do không bị khử metyl với BCl3. Ở -10oC đây là tác nhân chọn lọc để cắt nhóm ete peri với một nhóm cacbonyl; về mặt này thì BCl3 chọn lọc hơn BBr3
OH
CH3 O
O OH
D1
O
O OH
D11
CH3
OCH3
Tuy nhiên ngay cả ở đây có thể có một kết qủa khác nhưng không phải chất có thể tạo axit crisophanic. Hóa học vùng của sự cộng vòng nêu trên thực tế có thể có được, nhưng phản ứng cộng Diels-Alder có thể tiếp diễn để tạo một đồng phân khác nêu dưới đây. Đồng phân này không dẫn đến axit crisophanic và do cấu tạo này được cho trong câu hỏi nên có thể dễ dàng đoán được lời giải. Cũng cần thiết để thấy rằng xét về mặt tổng hợp chất thì đây cũng không thực sự là cách không có sai lầm và đã không thể dùng như là một chứng cớ cho cấu tạo của axit crisophanic.
Với chi tiết ấy, đã có thể trả lời câu hỏi d với hóa học vùng của sự cộng vòng C2 và 5- hidroxinaphtalen-1,4-dion.
OH
CH3 O
O
OH O
O OH
CH3
OH