7 Huuco-P2

 

 

 

  PHẦN 2

 

   

Bài t ập trong t rong các kỳ  thi Họ c sinh gi ỏ i Quố c Gi G i a Vi Vi ệt Nam K ỳ thi l ập

đội tuyển quốc tế năm 2005  

1.  Hợp chất A có công th ức phân t ử CHNO, ở  thể  khí, độ dài liên k ết CN bằng 121 pm (1pm=10-12m),

độ dài liên k ết CO bằng 117 pm. A tan trong nước t ạo thành dung dịch axit với K a = 1,2 . 10 -4. Ở 00C,

A tự  biến thành chất r ắn ắn X không tan trong các dung môi thông thường, độ  dài liên k ết CN bằng 140 pm. Trong dung dịch đặc, A t ự  biến thành chất r ắn Y có vòng 6 c ạnh với độ dài liên k ết CN bàng 135 pm. Biết độ dài liên k ết trung bình ở  các hợp chất như sau: Liê iênn k t

C –C

C –N

C –O

C=N

C=O

CC

cacbon oxit

 Độ  dài, pm

154

147

143

130

123

116

112

a. Hãy viết công thức c ấu tạo các đồng phân ứng với công thức phân t ử CHNO. Công thức nào phù hợp vớ i A ở thể khí, vì sao ? b. Viết công thức cấu tạo và phương trình phản ứng điện ly c ủa A trong dung dịch. c. Hãy đề nghị  phương trình phản ứng t ạo thành X, Y và công thức c ấu tạo c ủa chúng. 2.  Vi ết công thức các s ản phẩm có thể  tạo thành khi thực hiện quá trình đồng phân hóa B (có công

thức c ấu tạo cho dưới) trong môi trườ ng axit. Gọi tên c ấu hình (nếu có) c ủa các chất và cho biết đồng phân nào có tính quang hoạt. CH3

B

 

Đáp án:  1. a. Các đồng phân O

HN=C=O (I)

HO –  C  N (II)

HO N

C 

H C  N  O H (IV)

(III (III))

C

 N  

(V)

ở A, dCN = 121 pm, trung gian gi ữa liên k ết C = N (130 pm) và và C  N (116 pm);

dCO = 117 pm, trung gian gi ữa liên k ết C=O (123 pm) và C  O (112 pm). V ậy công thức (I) là phù hợp hơn c ả (cacbon ở tr ạng thái lai hoá sp), công thức (IV) và (V) không phù hợp với giá tr ị pKa. b. Giá tr ị K a = 1,2. 10-4, l ớn hơn c ả axit axetic, chứng tỏ phân li theo ki ểu axit oxi oxi (-O-H) (-O-H) chứ không chỉ   ki ểu axit nitơ  (-N -H) do có cân bằng hỗ biến và c ộng hưở ng c ấu tạo H  N

H+

C

O

N C

O

 N

 N

C

O

C

O

H

H+

 

 

c. * n HN=C=O  

H N

(X):  Đó là polime kiểu poliamit nên khó tan.

C n

O

 

 Độ dài liên k ết CN (140 pm) là trung gian gi ữa liên k ết đôi (130 pm) và liên k ết đơn (147 pm). O 3 H N  

C

O

C HN

 NH

C O

HO C=O

C

 N

 N

 NH , (Y )

C

OH

C

3 N

 N

C

OH

(Y)

OH

  Tạo ra từ dung dịch đặc nên k ết t ủa thành chất r ắn ắn Y. Độ dài liên k ết CN (135 pm) l ớn hơn CN cô lập (không thơm, 130 pm) như vậy Y phù hợp hơn Y’ `. 2. Có 4 đồng phân

R, S Quang hoạt

K ỳ thi l ập

cis, trans

 

đội tuyển quốc tế năm 2005  

1. Polime X có c ó thể  được tổng h ợp theo sơ đồ sau 2A AlCl3

B (C14H10O4)

KMnO4

C (C10H6O8)

nhanh

D (C10H2O6)

  O Y

E,

C

COOH

HOOC

CONH

t O

0

X, (C22H10 N2O5) n

 NH n

a. Viết sơ đồ  phản ứng tổng h ợp Y t ừ benzen và các chất c ần thiết. b. Hoàn thành sơ đồ  phản ứng tổng h ợ p X. Viết một đoạn mạch c ủa X g ồm hai mắt xích. 2. Dùng mũi tên cong chỉ   ra ra s ự tạo thành các s ản phẩm sau: 3000C

a. 2-Metyl-5-isopropenylxiclohexanon   1,7,7-trimetyl bixi bixiclo clo [2.2.1] heptan-2-o heptan-2-onn (Campho). b. Benzen + metyl 3-phenylpropiolat 3-phenylpropiolat

h 

X + Y

Với X là metyl 2-phenylxic 2-phenylxiclooctatetraencacboxylat looctatetraencacboxylat và Y có công thức như sau:  

 

   

C6H5 COOCH3

 

 

Đáp án:  1. a. Tổng hợp Y Y

H2 N

O

 NO2

 NH2

 

CH3CO NH

 NH2

CH3CO NH

  CH 3CO NH

CH 3CO NH

 NH2

 N + N

 NH 2

I O Na

(I) Y

 NH 2

 

b. Tổng hợp X O

COCl COCl

O

O

OH OH

HO HO O

O

O

E

t0

O

O O

O

B

Y

O

O

C

 N

O

D

O

O

O

O

 

 N

X

n

 

Công thức cấu tạo một đoạn mạch c ủa X g ồm 2 mắt xích là: O  N

O

 N

N O

 

O

O

O

O

O

O

O

 N

 

  2.  a.  

O

O

O

H

  O

O

O

H

  b.

C6H5

H

C6H5

hv

C +

C COOCH3

H

H H

COOCH3

H

 

C6H5

C6H5 COOCH3

COOCH3

  C 6H 5

C 6H 5 COOCH 3

H

K ỳ thi l ập

COOCH 3

 

đội tuyển quốc tế năm 2005  

Axit lysergic được tìm thấy trong một s ố  loài nấm. Người ta có thể  tổng hợp toàn phần axit (  ) lysergic theo ba giai đoạn lớn sau đây : Giai đoạn 1:

COOC2H5

C6H5 N=N

Hexandial ( A)  

2 

cacbetoxixiclopentanon  (B)

COOH

O (C)

Hãy viết sơ đồ  phản ứng thực hi ện các chuy ển hóa A  B và B  C.

 NH ( D )

 

  Giai đoạn 2 H2/Ni

D

1 :1

-

E

C6H5COCl/OH

SOCl2

F

AlCl3

G

Br 2/CH3COOH

H

J

 

a. Hãy viết công thức cấu t ạo của E, F, G, H và và J. b. Tr ình ình bày cơ chế  c ủa phản ứng G  H. Giai đoạn 3

(CH3)2CO

Br 2 /CH3COOH 1 : 1

K 

HOCH2CH2OH H+

CH3 NH2

L

M HOOC

H

 N H

M

J

H2O/ H+

 N

HO-

P

W

Q

 Ni / natri arsenat

 _  H

2

 H

 N

axit (±) lysergic a. Hãy viết công thức cấu t ạo c ủa K, L, M, N, P và và Q. b. Giải thích t ại sao phải chuy ển K thành L và nêu b ản ch ất c ủa phản ứng P  Q. c. Viết công thức cấu t ạo c ủa W và và nếu cách t ổng h ợp W từ Q.

Đáp án:  1. A  B

CHO

A

COOH este ho¸

oxi ho¸

an®ol ho¸

OH

O

O 0C

  NaNO2 +  HCl

+

+ C6H5N2  Cl

COOC2H5 C6H5N2+ Cl -

B OH

B  

B  C

C6H5NH2

CH3

C  

 

 

2. a. COOH

COOH

E F

NH

N COC 6H5

O

COCl

O Br

G

J

H

N COC 6H5

C 6H5CO

C 6H5CO

N

N

 

b. Cơ chế phản ứng G   H là SE 2Ar +

CO

Cl

O

O   H _

_ Cl _

N

H+ N

N COC  CO C 6H5

  OC 

COC  CO C 6H5

C 6H5

 

3/ a.

K

CH3COCH2Br

L CH3  C CH2Br O O

M

CH3  C CH2NHCH3 O O  

O

O

CH3

N CH2  C CH3

N CH2  C CH3 O O

N

O

CH3 O

N

Q

P  N

N

  OC C6H5

  OC C6H5

HN

  b. Chuy ển K thành L để  bảo vệ  nhóm chức C=O Bản ch ất c ủa phản ứng P  Q l à ngưng tụ croton nội phân tử (đóng vòng) và thủy phân amit.

CH3

 

c. COOH

N

CH3

W

  Chuy ển hóa Q   W có thể làm nhi ều cách mi ễn sao hợp lý. Thí dụ: CO  ancol   dẫn xuất HN

halogen   c ơ magie  cacbonyl hoá bằng CO2   thủy phân.

K ỳ thi l ập

đội tuyển quốc tế năm 2005  

Cho 2-cabetoxixiclopentanon phản ứng với 1,3-dibrompropan khi có mặt NaH trong DMF. S ản phẩm A nhận được được đun nóng vớ i một đương lượ ng NaH trong hỗn hợp benzen - DMF cho phép thu được dẫn xuất bixiclic B, C11H16O3. B chịu tác dụng c ủa etandithiol khi có m ặt BF 3 và Ni Raney trong metanol để hình thành s ản phẩm C. Xà phòng hóa C bằng NaOHm sau đó thủy phân r ồi x ử  lý với thionyl clorua và cuối cùng bằng NaN3 trong axeton.  Đun hồi lưu hỗn hợ p trên khi có mặt vết axit H+  sẽ  thu đượ c D C 8H15N. B ằng tác dụng c ủa fomandehit trong axit fomic ở   100oC, D chuy ển thành E. Sau khi x ử lý E bằng metyl iodua sau đó bằng Ag2O trong nước, đun sản phẩm thu đượ c ở  2000C khi có mặt 1,3-

diiphenylisobenzofuran ngườ i ta s ẽ nhận được hai đồng phân C28H26O là (I) và (II) với hiệu suất th ấp. 1. Hãy xác đinh công thứ c cấu trúc c ủa các c ác hợp chất trên. 2. Tr ình ình bày cơ chế  c ủa quá trình A   B và D  E. 3. Hãy đưa ra cách tổng hợp ·2-cacbetoxixiclopentanon bằng phương pháp ngắn nhất và khác vớ i cách dùng ở câu 3.

Đáp án:  1. O

O COOEt

(CH2)3Br

1.  NaH 2. Br(CH2)3Br

HS

NaH

SH

S

S

BF3

COOEt A

 

O

COOEt B

COOEt

 

1 . NaOH 2. H3O+

Ni Raney CH3OH

SOCl2

COCl

COOH

COOEt

1 . NaN3 2. H3O+

NH2 D

C

Ph O 1 . CH3I . N(CH3)2 2 Ag2O

HCHO HCOOH

200 0C +

N(CH3)3 OH O

Ph Ph

Ph

I

O

Ph

II

Ph

  2.  Cơ chế 

Tứ  A tạo thành B

Br O

OBr

NaH

B

COOEt

COOEt

A

 

Từ  D tạo thành E  

RNH2

HCHO

H+

RN = CH2

RNHCH2OH H O - 2  

H C O H O

 RNH CH3  + CO2  

3.

O

O OEt

CH3ONa

OEt

COOEt

K ỳ thi l ập

-O

OEt

 

COOEt

COOEt

O COOEt  

đội tuyển quốc tế năm 2005  

1. Cho 8-metylnona-5,8-dienal tác dụng với xiclohexan-1,3-dion (theo t ỉ   lệ  mol 1 : 1) trong m ôi trườ ng

ki ềm được chất A, C16H22O2.  Đun nóng A thu đượ c hỗn hợp B gồm các chất là đồng phân c ủa nhau có công thức phân t ử C16H22O2. a. Viết công thức cấu tạo c ủa A và các chất trong B . b. Chỉ  ra   ra các trung tâm bất đối trong phân t ử các chất trên

 

 2.  Từ  metyl xiclopropyl xeton và hợp chất cơ magie tùy ý chọn, viết sơ đồ  phản ứng điều chế 2,6-

dimetyl-9-bromnona-2,6-dien. 3.  Thự  hiện dãy chuy ển hóa sau: OH

1 .  NaOH 2 .  CH3COCl   AlCl3

A

B

+

 

(A có liên k ết hydro nội phân tử) Cl BF3

B

C

OH , HC DMF

OH

C C(CH3)2

D

H2

E

Pd Lindla

200 0C

F

Đáp án:  1. O Hçn hîp B1, B 2, B3, B 4 A

O

O O

* * *

O

O

  O O

* * *

O

O

 

O

O * * O

O

 

 

O

O * *

O

O  

 

2.

O

. CH3 2. 

OH

1   CH3MgBr

C

. . 3 3.  CH3MgBr 1 Mg 2 H O+

C CH - H2O 3   CH3

H2O

OH C

+ HBr

CH2CH2CH=C CH3

Br CH2CH2CH=C

CH3 CH3

CH3 HBr CH3

Br CH2CH2CH=C  CH2CH2CH=C

CH3 CH3

CH3

  3. H- - - O

OH

C

  O

OH CH3 +

COCH3

A

B

  O-

OH HO

OH

+O

COCH3

NaOH

H COCH

-

BF3

COCH3

CH3

O-

COCH 3

 

Cl Me 2C C

O

3

CH3

OH

O C CH=CH2

CH

200 0 C

COCH 3 D

COCH3

E

F

COCH 3

 

 

K ỳ thi chọn

HSGQG năm 2006 bảng A

1. Hãy cho biết các sản phẩm của sự thủy phân trong mô trường axit của các chất CH 3COOCH3  ,

CH3CONH2  ,

. 

O

O N O

CH3

 

2. Gọi tên các đồng phân đối quang nhận được khi monoclo hóa metylxiclohexan dướ i tác dụng c ủa

ánh sáng, giả  thiết r ằng vòng xiclohexan phẳng. 3. Axit A xit m-RC m-RC6H4COOH và axit p-RC6H4COOH có tỉ  l lệ hằng s ố phân li Kmeta/K para n  nhhư sau:

R

:

H

CH3S

CH3O

K meta/K para : 

1

1,87

2,50

Dựa vào các s ố li ệu trên hãy so sánh (có gi ải thich): a. Hiệu ứng đẩy electron c ủa các nhóm nhóm CH3S- và CH3O- . b. Tốc độ phản ứng thủy phân CH3SCH2Cl và  CH3OCH2Cl. c. Tốc độ  phản ứng cộng HCN vào p-CH3SC6H4CHO  và p-CH3OC6H4CHO.

Đáp án:  1.

CH3-COOCH3 CH3-CONH2 O

O N

O

H2O +

H , t

O

H2O +

H , tO

CH3-COOH

+

CH3OH

CH3-COOH

+

NH4+

+

H2O

CH3-NH2-CH2-COOH

+

CH3

H , tO

+

HOCH2COOH  

2. Có 8 đồng phân:

CH3 Cl

  (1S, 2R) CH3 Cl (1S, 3R)

CH

CH

Cl

  (1R, 2S)

CH3

3

3

Cl

 (1R, 2R)

CH3

Cl

CH3

  (1S, 2S) CH3

Cl

Cl   (1S, 3S)

Cl   (1R, 3S)

  (1R, 3R)

 

 

3. a. Các nhóm CH3S và CH3O ở  vị trí meta có hi ệu ứng c ảm ứng âm là chính, ở  vị trí para chúng có

hiệu ứng liên hợp dương. Hiệu ứng +C càng m ạnh Kmeta  : K para  càng lớn. Suy ra hi ệu ứng đẩy electron c ủa CH3O- mạnh hơn CH3S- . b. Nhờ  hiệu ứng +C c ủa CH3O- mạnh hơn CH3S- , t ốc độ  phản ứng thủy phân c ủa CH3OCH2Cl lớn hơn CH3SCH2Cl (dù theo cơ chế  S N1 hay hay S N2). c. Do hiệu ứng +C c ủa p-CH3O- mạnh hơn c ủa p-CH3S- , t ốc độ  c ộng nucleophin HCN vào 3

6 4

3

6 4

p-CH SC H CH=O lớ n hơn  p-CH OC H CH=O.

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2006 Cho s ơ đồ  chuy ển hóa các chất sau: 1. (CH3)2CHCH2COOH 2. (CH3)2CHCOCOOH

Cl O HOO

NH3 

 E

HO

D

H2, Pt to, H2

 H

- HCl

O

NH3 

 B

AlCl3

+

 

X

G

Cl

H3O+ 

I LiAlH4  

K H2SO4

Z

Y -HO 2

O ; Z

L   +

+

Z

Br2, P 

C6H5CO3H

3. CH2=CH-CH=CH2 4.

bảng A

Cl

MnO4-

 

M1 M2

  Vi ết công thức c ấu tạo các s ản phẩm hữu cơ B,   D, E,  G,  H,  I,  K,  X ,  Y và vẽ c ấu trúc không gian c ủa Z, L , M1, M2.

Đáp án: 

   

1. (CH3)2CHCH2COOH

Br2, P 

(B ) NH3 

2. (CH3)2CHCOCOOH

NH3 

  (CH3)2CHCHBrCOOH

  (CH3)2CHCHCOOH (D) NH2

  H2, Pt

  (CH3)2CHCCOOH

  (CH3)2CHCHCOOH (G) NH2

(E) NH2 C6H5CO3H

3. CH2 = CH - CH = CH2

O

O

to, H2

CH2 (H)

  CH2 = CH - CH O

H3O+ 

  HOCH2CH2CH2CH2OH (K)

4.

H

CH2   C

CH2   CH2

O

 

C H

(Z)

(Y) OH

HO H

O C

C

OH

(X) H

(I)

C

H H

H

H

(Z)

HO

 (M2)

OH

(M1)

 

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2006 bảng A 1. Từ  hạt tiêu người ta tách đượ c hợp chất A (C17H19NO3) là chất trung tính. Ozon phân A thu đượ c hợp chất: etandial, B, D. Thủy phân B thu đượ c OHC-COOH và hợp chất dị  vòng 6 c ạnh (C5H11N). Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu đượ c 3,4-dihidroxibenzandehit. 3,4-dihidroxibenzandehit. Hã Hãyy xxác ác định công thức c ấu tạo c ủa A, A , B, D. D. Có bao nhiêu đồng phân l ập thể c ủa A? 2. Hai hợp chất thơm đa vòng X và Y có cùng công thứ c phân t ử  là C14H10. Oxi hoá X bằng K 2Cr 2O7 /H2SO4  cho s ản phẩm D (C14H10O4), oxi hoá X bằng oxy có xúc tác V 2O5  và nhiệt độ  340oC đến 390oC cho s ản phảm E (C14H8O2). Khi oxi hoá Y gi ống như  X (bằng K 2Cr 2O7 /H2SO4 hoặc oxi có xúc tác V2O5 và nhi ệt độ 340oC đến 390oC) thì thu đượ c G (C14H8O2). Hã Hãyy xxác ác định công thức c ấu tạo c ủa X, Y, D, E, G.

Đáp án:  1. Ozon phân A thu đượ c etandial chứng t ỏ  trong A có nhóm nhóm =CH-CH= . Thủy phân B thu đượ c

OHC-COOH và piperidin, suy ra B có liên k ết O=C-N- và N n ằm trong vòng 6 c ạnh. D phản ứng với HI thu được 3,4-dihidroxibenzandehit. 3,4-dihidroxibenzandehit. Vậy các công t ức cấu tạo: OHC   C

 N

O

O

CHO O

(D)

(B) O

CH O

CH (E)

CH

CH

C O

 N

 

     

Trong Trong A có 2 liên k ết đôi, đôi, số  đồng phân hình học là 4: ZZ , EE , ZE ZE , EZ. EZ. 2. K2Cr2O7 /H2SO4

HOOC

(D) C14H10O4

COOH

O2 , V2O5

(X) C14H10

o

340-390 C

(E) C14H8O2 O

O O

K2Cr2O7 /H2SO4

(Y) C14H10 K ỳ thi chọn

 

O2 , V2O5 o

O

340-390 C

(G) C14H8O2  

HSGQG năm 2006 bảng A

1. Khi đun nóng  β-D-idopiranozơ  t ới 165oC với axit loaxg

  HO H   HO H

tạo ra anhydro (1,6) với hiệu suất cao hơn nhiều so với βD-glucopiranoz ơ. Hã giải thích điều đó và biểu diễn c ấu dạng c ủa

CHO H OH H OH CH2OH

hai hợ p chất andhydro trên.  

 

β-D-Idopiranozơ  2. Khi cho D-glucoz ơ phản ứng với hydraxin hydrat, đầu tiên glucozylhidrazon t ồn t ại ở dạng mạch hở ,

song ở  pH ≤ 7 nó dễ  dàng chuy ển thành dạng vòng glucozylhidrazin. glucozyl hidrazin. Hãy viết công thức c ấu trúc các dạng chuy ển hóa c ủa glucozylhydrazin và gọi tên.

Đáp án:  1.

  HO H   HO H

CHO H OH H OH CH2OH

OH CH2

CH2OH OH O

OH

H+ , to

O   -D-Idopiranoz -D-Idopiranozơ 

1C-I

6

O

O

5

5

6

1

O 3 4

2

4

 

 

O

1

2

3

 

 

  HO

CHO OH

CH2OH OH O

OH OH CH2OH

OH

CH2OH H+ , to

O   -D-Glucopiranoz -D-Glucopiranoz ơ  6

1C-G

5

1

O 4

O

O

3

6

 

5 4 1

O

2

2

3

 

Ở c ấu dạng tách 1C –I bền hơn 1C –G do các nhóm OH ở  các vị trí 2, 3, 4 là liên k ết equatorial.

2.

OH O

HO

HO

HO

H

HO

HO

  HO

OH OH OH CH2OH

CH2OH O

NHNH2

OH

CH=N-NH2

NHNH2

 -D-Glucopiranozylhidrazin

OH

OH O

  -D-Glucopiranozylhidrazin

CH2OH OH

OH

O

NHNH2

OH NHNH2 OH   -D-Glucofuranozylhidrazin -D-Glucofuranozylhidrazin

OH   -D-Glucofuranozylhidrazin   -D-Glucofuranozylhidrazin K ỳ thi chọn

HSGQG năm 2006 bảng A

Khí tổng hợp (CO và H2) có thể  thu được từ  phản ứng c ủa hơi nước (H2O (k)) và metan. Metanol (CH3OH) được sản xu ất trong công nghi ệp từ khí tổng hợp này. Toàn bộ quy trình s ản xuất liên tục được minh họa theo sơ đồ dưới đây: Bước A điều chế khí tổng h ợp và và bước B điều chế metanol.

1

Bộ phận đi u c h khí tổng hợp

2

(Bướ c A)

3

8 Bộ phận ngưng tụ 

25oC

4

Bộ phận đi u chế metanol (Bướ c B)

5

6

B ộ phận ngưng tụ  (25oC)

7

Nguyên liệu nạp vào bộ  phần điều chế khí t ổng h ợp (Bướ c A) gồm khí metan tinh khi ết (1) t ại áp suất 250 kPa, nhi ệt độ 25°C và hơi nướ c (2) t ại áp suất 200 kPa, nhi ệt độ  100°C (giả  thiết r ằng ằng hơi nướ c

   

cũng tinh khiết). Tốc độ  nạp nguyên liệu của (1) và (2) l ần lượt bằng 55,0 lit/giây và 150,0 lít/gi©y. (1

atm = 101,3 kPa). Thoát ra khỏi Bước A là m ột hỗn hợp gồm khí t ổng h ợ p và lượng dư các chất phản ứng; hỗn hợp này qua (3) vào bộ  phận ngưng tụ, chất ngưng tụ  sẽ  tách ra theo (5) t ại 25°C. Những chất không ngưng tụ  qua (4) vào bộ  phận điều chế  metanol (Bước B). Metanol t ạo thành và các ch ất tham gia

phản ứng còn đi qua (6) vào bộ  phận ngưng tụ  tại 25°C, metanol tinh khi ết tách ra theo (7), các ch ất dư tách riêng theo (8). Giả  thiết r ằng ằng các khí đều coi là khí lý tưởng; các phản ứng trong Bước A, B và s ự tách riêng

các chất đều x ảy ra hoàn toàn. Cho các s ố liệu sau: Hợp chất

Kh i lượng mol phân

Nhiệt độ nóng

tử (g.mol-1)

chảy ( C)

Nhiệt độ sôi (C)

Khối lượng riêng tại 25C

CH4  (k)

16,04

-183

-161

0,718 g.L-1 

H2O (l)

18,02

0

100

1,000 g.mL-1 

CO (k)

28,01

-205

-191,5

H2  (k)

2,016

-259,2

-252,8

CH3OH (l)

32,04

-98

64,7

1,250 g.L-1  ----0,791 g.mL-1 g.mL-1  

1. Viết các phương trình hóa học trong Bước A và Bước B. s ố mol các chất dư sau bước A vvàà bước B . 2. Tính số

3. Tính t ốc độ chuy ển các chất t ại các vị trí (5), (7), (8) ở  25°C và 101,3 kPa.

Đáp án:  1.

Bướ c A: CH4 

+

H2O

CO

+

Bướ c B: CO

+

2 H2 

CH3OH

3 H2

2. Các khí đều coi lý tưởng nên trong 1 giây s ố mol các chất dư sau Bước A và và sau Bướ c B là: 200   150   273 250   55   273   = 9,676   = 5,551 mol ; nH2O = nCH4 = 101.3   22.4   373 101.3   22.4   298 n CH4  5.551 n N-H, hi đro trong A k ém linh động hơn hydro trong các hợ p chất khác trong dãy nên A có tính axit y ếu nhất. Tính axit c ủa B, C, D: Chất C và D có hi ệu ứng  –C c ủa nhóm cacbonyl làm O-H phân c ực mạnh, đồng thời hiệu ứng liên hợp p -  giúp gi ải tỏa điện tích âm c ủa ion cacboxylat. Chất B có gốc sec-butyl đẩy e (+I) làm giảm sự phân c ực của liên k ết O –H trong B nên hydro kém lonh động, C và và D có tính axit mạnh hơn B. Tính axit c ủa D mạnh hơn C vì: D có nguyên t ử brom hút electron (-I) làm cho hydro c ủa nhóm OH cũng linh động, nên có tính axit mạnh hơn C.

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2006 bảng B 1. Hydrocacbon A có công thức phân t ử  C12H20. Cho A tác dụng với hydro (dư) có platin xúc tác tạo thành B (C12H22). Ozon hoá A r ồi thủy phân s ản phẩm có mặt H2O2  thu được D (C5H8O) và E (C7H12O). Khi D và E tác dụng với CH3I dư trong NaNH2/NH3 (lỏng), D và E đều tạo thành G (C9H16O). Biết r ằng trong quá trình phản ứng c ủa D với CH3I/ /OH- có sinh ra E. Hãy xác đinh công thức c ấu tạo c ủa A, B, D, D, E, G. 2. Hợ p chất A (C10H10O2) không tan trong ki ềm, không cho phản ứng màu với dung dịch FeCl3 3%. Khi hydro hoá A có xúc tác có thể  c ộng 1 phân t ử  H2. Ozon phân A thu được CH2O là một trong s ố  sản phẩm phản ứng. Oxi hóa A bằng KMnO4  thu được hợp chất B có phân t ử  khối là 166. B cũng không cho phản ứng màu với dung dịch FeCl3  3%. Cho B ph ản ứng với dung dịch HI (đặc) s ẽ  thu được một trong các s ản phẩm phản ứng là axit 3,4-dihidroxibenzoic.

Dựa vào các dữ ki ện trên hãy lập luận suy ra công thức cấu tạo c ủa A.

Đáp án:  1. Hydrocacbon A tham gia phản ứng c ộng hydro, A thuộc hydrocacbon không no (có liên k ết đôi

trong phân tử), c ộng hydro (dư) tạo thành B có công thức phân t ử  C12H22, suy ra B có thể có c ấu t ạo là 2 vòng no liên k ết với nhau bằng liên k ết đôi. Dựa vào các dữ  ki ện ti ếp theo c ủa bài suy ra D và E là xeton vòng vòng no, và và c ấu tạo c ủa B được suy ra là đúng.

 

D và E tác dụng với CH3I đều tạo thành G (C9H16O) và D với CH3I/ /OH-  có sinh ra E, chứng tỏ  D được thế  thêm 4 nhóm CH3 và E chỉ   thế thêm 2 nhóm CH3  ở  nguyên t ử cacbon c ạnh nhóm >C=O,

E đã có sẵn 2 nhóm CH3  trong phân t ử. Công thức cấu tạo c ủa A:

A

 

B

O

O

O

D

E

 

G

  2. Dựa vào tính chất hóa học và thành phần phân t ử  hợp chất A có s ố  nguyên t ử cacbon bằng s ố  nguyên t ử hydro suy ra A là d ẫn xuất của hydrocacbon thơm. - A không tan trong ki ềm nên không phải là axit hoặc phenol, có thể  ở dạng ete. - A tham gia ph ản ứng c ộng với hydro và khi ozon phân A thu đượ c CH2O nên phân t ử  có nhóm OH

=CH2, nhóm ở đầu mạch. - S ản phẩm phản ứng là axit 3,4-dihidroxibenzoic 3,4-dihidroxibenzoic HOOC

OH .

 

S ản phẩm này cho bi ết nhóm

cacboxyl  –COOH đính với vòng benzen do nhánh hydrocacbon b ị  oxy hóa bở i KMnO4, từ  các vị  trí nhóm  –OH chứng tỏ  hai nguyên t ử  oxi c ủa A đính vớ i C3  và C4 ; B có phân t ử  khối 166. Công thức cấu tạo c ủa B là .O

Suy ra c ấu tạo c ủa A:  

CH2

H2C=CH-CH2

O

HOOC

 

K ỳ thi l ập

O CH 2 O

 

đội tuyển quốc tế năm 2006  

Sulcatol (C8H16O) là chất pheromon do m ột loại côn trùng ti ết ra dưới dạng 2 chất đối quang là (R)sulcatol (chi ếm 65 %) và (S)-sulcatol (chi ếm 35 %). 1. Cho sulcatol tác d ụng vớ i ozon r ồi x ử  lý s ản phẩm bằng H 2O2 thì thấy sinh ra m ột hỗn hợp gồm

propanon và hợp chất A tự  đóng vòng thành hợ p chất A’  (C5H8O2). Ngườ i ta có thể  khử A thành s ản phẩm mạch vòng vòng là B (C5H10O2). a. Xác định cấu tạo c ủa sulcatol và viết tên hệ thống c ủa nó. b. Viết công thức các c ác đồng phân lập thể  của B, trên đó có khi ký hiệ u c ấu hình R, S. 2. Ngườ i ta t ổng hợp (R)-sulcatol đi từ  2-deoxi-D-riboz ơ và các hóa chất khác trong s ố  đó có

CH3SO2Cl và H2/Ni Raney (để  khử 

C I thành

C H).

Hãy dùng công thức l ập thể  viết sơ s ơ đồ đồ  các ph phản ứng.

   

Đáp án:  1. a. Sulcatol (C8H16O) c ó độ  bất bão hòa là 1, có tính quang hoat, khi tác d ụng với ozon r ồi x ử lý s ản

phẩm bằng H2O2  thì nhận được (CH3)2CO và A nên sulcatol là một ancol không no, OH có thể  ở  C2, C3, C4. A tự  đóng vòng thành  A’  (C5H8O2), tức dễ  đóng vòng thành  -lacton -lacton (5 c ạnh b ền) nên OH ở  C2. V ậy c ấu tạo c ủa sulcatol và tên t ên hệ  thống như sau:

OH 6-Metylhept-5-en-2-ol b. H

O

(R)

(R)

H3C

H3C

H OH

(S)

O

(S)

H

OH

H

H

O

(R)

(S)

H3C

OH

H3C

H

H

(S)

O

(R)

H

OH

 

2.

O

HO

O

OH MeOH/H+ HO O

I

H3C

OCH

MsO O

+

2H2 /Ni - I2

3

2KI - 2MsOK

I

OCH3

- 2HCl

HO

HO

O

OCH3 2MsCl MsO

OCH3

O

H3C

H2O/H - CH3OH

OH

OH

OH O

Ph3P=CMe2

(MsCl: CH3SO2Cl)

(R)-Sulcatol  

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2006   Anlylmagie bromua (A) phản ứng vớ i acrolein t ạo thành chất B, sau khi thủy phân B s ẽ được sản phẩm C duy nhất. Đun nóng C nhận đượ c chất D. Cho D phản ứng với C6H5Li thu được s ản phẩm E. Đun nóng R khi có vết iot thu được F có công thức C 12H14. 1. Hoàn thành sơ đồ dãy phản ứng trên (viết công thức c ấu trúc c ủa các chất h ữu cơ từ  C đến F). 2. Ghi ký hi ệu cơ chế  các giai đoạn c ủa phản ứng dưới các mũi tên trong sơ đồ, tr ừ  giai đoạn t ạo thành F. 3. Cho biết c ấu hình c ủa F.

Đáp án:  + CH2=CH-CH2-MgBr AN céng 1, 4

+ CH2 = CH-CH = O thuû ph©n

H3O+

B

CH2=CH-CH2-CH2-CH=CH-OH C

 

CH2=CH-CH2-CH2-CH=CH2-OMgBr tautome ho¸

CH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH=O D

 

Hoặc

CH2=CH-CH2-MgBr AN H2O + CH =CH-CH -CH-CH=CH CH2=CH-CH2-CH-CH=CH2 2 2 2 -MgBr(OH) CH2=CH-CH=O céng 1, 2 B OMgBr C OH o

OH

C

  Hç biÕn

t ChuyÓn vÞ 3, 3

xeto-enol

OH

C6H5

H D

C6H5

H2O

H OLi  

E

O

C6H5Li AN

VÕt iot, to - H2O

H OH

C6H5

F

, 

 

F có c ấu hình (E) bền hơn. Tuy vậy phản ứng cũng tạo thành một lượng nhỏ F có c ấu hình (Z).

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2006   Khi nhiệt phân các hợp chất (A), (B), (C), (D) người ta thu đượ c các s ản phẩm khác nhau. Hãy viết công thức và tên s ản phẩm, giải thích (dùng mũi tên cong) vì sao có sự   tạo thành các s ản phẩm đó.  1. (A) CH3CH2COOCH2CH2CH2CH3 2. (B) CH3[CH2] 5CH(OH)CH2CH=CH[CH2]7COOH 3. (C) (CH3)3CCH(CH3)OCSSCH3  4. (D) CH3[CH2] 3C(OH)(CH3)C )CH H2CH=CH[CH2]3COOCH(CH3 )[CH2]3CH3 

Đáp án:  1. CH3CH2COOCH2CH2 CH2CH3

C2H5COOH + CH2=CHCH2CH3  Axit propanoic propanoic

But-1-en

Cơ chế v  vòng òng trung gian 6 c ạnh tách syn H.

C2H5 C O

O

H

to

CH2 CH

C2H5COOH + CH2=CHCH2CH3

C2H5  

to 

2. CH3[CH2] 5CH(OH)CH2 CH=CH[CH2] 7COOH

CH3[CH2]5CHO

+

CH2=CH[CH2]8COOH 

Heptanall Heptana

Axit Axi t undex-10-enoic undex-10-enoic

Cơ chế v  vòng òng trung gian 6 c ạnh tách H-OH.

CH 3 CH2 5 HC O

CH2 H

CH

to

CH3 CH2 5CH=O + CH2=CH  CH2 8COOH

CH   CH2 7COOH

3. (CH3)3CCH(CH3)OCSSCH3 

 

t   (CH3)3CCH=CH2  + o

3,3-dimetylbut-1-enn 3,3-dimetylbut-1-e

OCS

+

CH3SH

Cacbonsunfuaoxit Cacbonsunfuaoxit Metanthiol

   

Cơ chế v  vòng òng trung gian 6 c ạnh tách H 

H

H2C (CH3)3C HC

O

S CH2

to

(CH3)3CCH=CH2  +   OCS + CH3SH

C=S

to 

4. CH3[CH2] 3C(OH)(CH3)C )CH H2CH=CH[CH2]3COOCH(CH 3)[CH2]3CH3 

O CH3[CH2]3C

+ CH2=CH[CH2]4COOH

+

Hex-2-en

CH3CH=CH[CH2]2CH3

Axit hept-6-enoi he pt-6-enoicc

CH3 

Hexan-2-on

+

 

+

CH2=CH[CH2]3CH3  Hex-1-en

Cơ chế v  vòng òng trung gian 6 c ạnh tách H-OH và H-C3 hoặc H-C1.

CH2 CH O H C CH3 CH2 3 C CH   CH2 3 H H3C O O CH CH2 2CH3 CH to CH3 CH2=CH CH3 CH2 3C=O + CH2 4COOH + CH=CH CH2 2CH3   + CH CH2 3CH3 CH2 CH3 CH3 khi t¸ch H -C1    

Sản phẩm hex-2-en l à chình vì độ  bền nhiệt cao hơn hex-1-en.

K ỳ thi l ập

đội tuyển quốc tế năm 2006  

Ala, Val, Leu là chữ  viết tắt tên các aminoaxit thiên nhiên, công th ức lần lượt là CH3CH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH. 1. Vi ết các phương trình phản ứng t ổng h ợp tripeptit Leu-Ala-Val t ừ các chất: Ala, Val, Leu, photpho

pentaclorua, Boc-Cl (tert-butyloxicacbonyl clorua), ancol benzylic, DCC (diixiclohexylcacbodiimit), axit trifloaxetic trifloa xetic,, axit axetic, hidro, paladi và và cacbon. c acbon. 2. Có bao nhiêu tripeptit được tạo thành mà mỗi tripeptit có đủ 3 aminoaxit trên, nếu  không sử dụng

nhóm bảo vệ. 3. Bi B iểu diễn công thức phối c ảnh c ủa tripeptit Leu-Ala-Val. 4. Ghi giá tr ị pK a vào nhóm tương tươ ng ứng và tính pHI  cña tripeptit này, bi ết r ằng pK a1 = 3,42; pK a2 = 7,94.

Đáp án:  1.  (CH3)2CHCH(NH2)COOH

+ PCl5

(CH3)2CHCH(NH2)COCl + POCl3  + HCl

Val (CH3)2CHCH(NH2)CO )COCl Cl  CH3CH(NH2)COOH

+ HOCH2C6H5 

+ BOC-Cl

(CH3)2CHCH(NH2)COOCH2C6 H5 + HCl BOCNHCH(CH3)CO )COOH OH

+

HCl

Ala 3

BOCNHCH(CH )CO )COOH OH

32

2

2 6 5

DCC

+ (CH ) CHCH(NH )COOCH C H BOCNHCH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2 C6H5

+ H2O

   

CF3COOH 

BOCNHCH(CH3)CONHCH CH(CH3 )2 COOCH2C6H5 NH2CH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2C6 H5  (CH3)2CHCH2CH(NH2)CO )COOH OH

+ BOC-Cl

+ (CH3)2C=CH2  + CO2 

BOCNHCH BOCNHCH CH2CH(CH3)2 COOH + HCl

Leu BOCNHCH CH2CH(CH3)2 COOH + NH2CH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2 C6H5 DCC

BOCNHCH CH2CH(CH3 )2CONHCH(CH3)CONHCH CH(CH3 )2COOCH2 C6H5+ +

BOCNHCH CH2CH(CH3)2 CONHCH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2 C6H5  NH2CH CH2CH(CH3)2 CONHCH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2 C6H5  + BOC+ 

H2O

CF3COOH 

NH2CH CH2CH(CH3)2 CONHCH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOCH2 C6H5  + H2  NH2CH CH2CH(CH3)2 CONHCH(CH3)CONHCH CH(CH3)2 COOH + C6H5CH3

P®/C

Leu-Ala-Val 2. Số tripeptit lµ: 3   = 6 3.

H

CH2CH(CH3)2

O H

NH

+ H3N

CH(CH3)2 O-

NH H3C

O

O  

H

4. Dạng axit c ủa Leu-Ala-Val:

CH3  3,42   +  NH3CHCONHCHCONHCHCOOH   7,94   CH2CH(CH3)2  CH(CH3)2  pHI  =

3,42 + 7,94

2 

= 5,68

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2006   Lin (Linamarin) và Lac (lactrin) là cácc xiano glucozit thiên nhiên. Khi th ủy phân Lin, Lac trong môi trường axit thì Lin t ạo ra D-glucozơ, axeton và HCN; còn Lac tạo ra D-glucozơ, HCN và benzandehit.

Xác định c ấu trúc c ủa Lin và Lac ở dạng b ền nhất. Viết cơ chế phản ứng thủy phân Lin, Lac.

Đáp án:  Linamarin

H3O+  

D-glucozơ

+

axeton

+

HCN 

OH VËy Lin cã cÊu tróc: HO HO  

O

O OH

+

Lactrin

H3O

 

CH3 C CH3 CN

D-glucoz ơ  + benzandehit benzandehit + HCN

 

 

 

OH VËy Lac cã cÊu tróc:

O

HO HO

O OH

CH

C 6H 5

CN

 

Phản ứng thủy phân các glucozit này theo cơ chế S N1, thí dô:

OH

OH

O

HO

O  CH C6H5 CN OH

HO OH

O

HO

HO OH

+

HCN OH

O

+ OH2

HO

+

  -D-glucopiranozơ

C6H5

CN

OH

HO

H2O

O+  CH

HO

O=CH C6H5 

OH

O

H

OH

+

OH HO

H3O

+

HO

HO

+

..

O

- H+

HO

O

HO

OH OH

OH

bền hơn  -D-glucopiranozơ 

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2006   Tamiflu được coi là chất kháng sinh điều tr ị  người bệnh lây cúm gia c ầm hiệu quả  nhất hiện nhau. Tamiflu được điều chế t ừ axit (-)-sikimic có trong quả  hồi theo sơ đồ phản ứng sau:

HO

COOH

HO OH

Axit (-)-sikimic   C 

A

BH3 /CH2Cl2 (4)

CH2=CHCH2NH2, MgBr2, (C2H5)2O KHCO3, C2H5OH 96o   E F (6) (5)

F

Pd/C,H2NCH2CH2OH, to (7)

I

CH2=CHCH2NH2, to (10)

O

CH SO2Cl, (C2H5)3N (C2H5)2CO,  p-CH3-C6H4-SO3H B   3 (3) (2)

C2H5OH, SOCl2 (1)

G

K +   L

 Pd/C,H2NCH2CH2OH, to (14)

D

P

3 3 3 C6H5CHO, (CH   ) COCH (8)

H

Dung dÞch HCl Dung dÞch HCl   M (12) (11) H3PO4, C2H5OH (15)

O

CH3SO2Cl,  (C2H5)3N (9)

N

C

I

(CH (CH3CO)2O, CH3COOH O (13)

COOC2H5

CH3CONH

NH2.H3PO4 Tamiflu

  1.  Điều các ký hi ệu c ấu hình R, S vào các nguyên t ử cacbon bất đối c ủa axit (-)-sikimi (-)-sikimic, c, tamiflu và và vi vi ết tên c ủa chúng theo tên hệ  thống.

    

2. Vi ết công thức c ấu trúc c ủa các hợp chất hữu cơ từ  A đến P và ghi rõ tên c ủa phản ứng dưới m ỗi

mũi tên trong sơ đồ.

Đáp án:  1.

Axit (-)-sikimic HO

Tamiflu

COOH

O

R S R

HO

COOC2H5

R R S

CH3CONH

OH

Axit (3R, 4S, 5R)-3,4,5-trihi®roxixiclohex-1-en cacboxylic   

NH2.H3PO4

2-axetami®o-5-(etyloxicacbonyl)-3-(pentan-3-yloxi) xiclohex-4 xiclohex-4-en-1-yl -en-1-yl amoni ®ihi®rophotphat  

2.

HO

COOH

HO C2H5OH, SOCl2 (1) Este ho¸

HO OH   Axit (-)-sikimic O

COOC2H5

HO OH

O

COOC2H5

(C2H5)2C

(B)

O

CH3SO2Cl, (C2H5)3N (3) Metylsufo ho¸

HO

O

KHCO3, C2H5OH 96o (5) Epoxit ho¸

(E)

O O

(7) N-§Ò anlyl ho¸

O HO

O HN

(H)

N =CH- C6H5

(G)

HO

CH3SO2Cl, (C2H5)3N (9) Metylsufo ho¸

C6H5CHO, (CH3)3COCH3 (8) Azometin ho¸

N H2 O

COOC2H5

CH2=CHCH2NH2, MgBr2, (C2H5)2O (6) Më vßng epoxit

COOC2H5

o (F) 1. Pd/C,H2NCH2CH2OH, t

HN

 

COOC2H5

COOC2H5

HO

BH3 /CH2Cl2 (4) Khö xetal

OSO2CH3

OSO2CH3 O

(C)

O

COOC2H5 (D)

COOC2H5

(C2H5)2C

OH O

(C2H5)2CO,  p-CH3-C6H4-SO3H (2 (2)) Xe Xeta tall ho¸ ho¸

(A)

CH3SO2O

COOC2H5 (I)

CH2=CHCH2NH2, to (10) Arizi®in ho¸

N =CH- C6H5

O COOc2H5 Dung dÞch HCl (K) +    (L) CH2=CHCH2N=CHC6H5  (11) Më vßng arizi®i arizi®inn C6H5CH=N

COOC2H5 (M)

NHCH2CH=CH2

  

(M)

Dung dÞch HCl (12) §Ò azometin ho¸

O

O

COOC2H5

COOC2H5

(CH3CO)2O, CH3COOH (N) (CH (13) N-Axetyl ho¸

H2N

NHCH2CH=CH2

  o (O)  Pd/C,H2NCH2CH2OH, t O

COOC2H5

(14) N-§Ò anlyl ho¸ ho¸

 

CH3COHN

(P)

(O)

CH3COHN

NHCH2CH=CH2

H3PO4, C2H5OH (15) Photphat ho¸

N H2

O

COOC2H5

CH3CONH

NH2.H3PO4

 

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc Cho sơ đồ  chuy ển hoá sau :

Vi ết

công

thức

c ấu

tạo

c ủa

các

năm 2006 –  B  Bảng A

chất  A,

B,

C,

D,

E,

F,

G,

H,

X,

Y.

Vi ết cơ chế c ủa phản ứng tạo ra X  t ừ E .

Đáp án:  Công thức các chất là : CH3

ONa H3C

CH3

CH3

CH3

OCH2COOH

OCH2COONa H3C

 

( A  A )

CH3

 

H3C

(B )

  H3C

CH3

 

(D)

CH3

OCH2CONH CH3

(E)

CH3

OCH2COOCH3

(C)

CH3

H3C

CH3

OCH2CONH

NH2

 

H3C

CH3

(X)

N C

OCH3  

 

CH3

CH3 H C

O

 

H3C

CH3  

 

CH3 H C

NO2

(F)

CH3

NO2

H N N

O

H3C

 

 

H3C

(Y)

CH3 O2N

NO2

 

(G)

Cơ chế t ạo ra X : như cơ chế phản ứng t ạo hiđrazon

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2006 –  B  Bảng A Vi ết công thức các đồng phân không k hông gian ( coi vòng vòng như một đa giác phẳng ) c ủa : a) 1,3 – đicloxiclopentan ( có ghi cấu hình c ủa C*  trên công thức ) . b) 1 – metyl  – 2,3 – đicloxiclopropan 

Đáp án:  a) 1,3 – đicloxiclopentan có 3 đồng phân :

 Đôi đối quang

b)

meso

1 – metyl  – 2,3 – đicloxiclopropan có 4 đồng phân :

 Đôi đối quang

 Đôi đối quang

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2006 –  B  Bảng A Từ  các chất đầu là xiclohexanol , metanol , metyl iođua , etylenglicol và các chất vô cơ cần thiết khác , hãy lập sơ đồ  điều chế hợp chất 2  – amino  –  2 – metylxiclopentanon

 

Đáp án: 

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2006 –  B  Bảng A Chất lỏng A 1 quang hoạt có công thức C5H11O2N không tan trong nước và trong axit loãng nhưng tan trong dung dịch NaOH t ạo ra dung dịch B 1 . Axit hoá dung d ịch B 1 tạo ra biến thể rexemic c ủa A1 . Hiđro hoá xúc tác Ni chất A 1 quang hoạt t ạo ra C1  ( C5H11N ) quang hoạt , chất này phản ứng với HNO2  tạo ra ancol D1 quang hoạt và một lượ ng nhỏ  ancol t – amylic . Lập luận ngắn gọn để  xác định công thức cấu tạo c ủa A 1, C1, D1 . Vi ết các phương trình phản ứng . Gi ải thích s ự t ạo thành biến thể  raxemic A 1 và ancol t  – amylic k ể trên .

Đáp án:  - A1 (C5H11O2N) + H2  → C1 (C5H13N) . V ậy A 1 là hợ p chất nitro và C1 là amin bậc I . - A1  + NaOH → B 1         A1 là raxemic , vậy nhóm  – NO2 liên k ết với cacbon bất đối .  HCl

- C1 (C5H13N) + HNO2  → ancol t – amylic . V ậy A 1, B1, C1 có cacbon bậc III có 2 nhóm  – CH3 liên k ết với cacbon đó . Sự tạo ra ancol t – amylic phải do s ự chuy ển vị  của cacbocation . Các CTCT : A1 là :

( 0,75 điểm ) S ự raxemic hoá :

C1 là :

D1 là :

 

  Các phương trình phản ứng :

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2007   Có ba hợp chất: A, B và và C

HO

C

CH3

O

HO

A

 

C

CH3

O

C OH O

B

1. Hãy so sánh tính axit c ủa A và B. 2. Hãy so sánh nhiệt độ sôi và độ tan trong dung môi không phân c ực của B và và C. 3. Cho biết s ố đồng phân lập thể có thể  có của A, B và C.

Đáp án:  Ba hợp chất A, B và và C: 1. So sánh tính axit :

CH3 C

 

Tính axit được đánh gía bở i s ự dễ dàng phân li proton c ủa nhóm OH. Khả  năng này thuận lợ i khi có

các hiệu ứng kéo electron elect ron (-I hoặc  –C) nằm k ề nhóm OH. Ở A vừa có hiệu ứng liên hợp (-C) và hiệu ứng cảm ứng (-I); ở B chỉ  có  c ó hhiiệu ứng (-I). (-I). Tính axit của (A) > (B). 2. So sánh điểm sôi và độ  tan. Liên k ết hidro làm tăng điểm sôi. Ch Chất C có liên k ết hidro nội phân tử, B có liên k ết hidro liên phân t ử nên nhiệt độ sôi c ủa (C) < nhiệt độ  sôi của (B). (C) có độ tan trong dung môi không phân c ực lớn hơn (B).   3. Đồng phân lập thể  .   A, B đều có 2 tâm bất đối, hai nhóm thế có thể nằm ở 2 phía khác nhau c ủa vòng xiclohexen xic lohexen và chúng có thể t ồn tại 4 đồng phân l ập thể. C có 4 tâm b ất đối có 16 đồng phân H3C

H3C

C O

C

H OH

O

H

OC

CO

OH HO

CH3

CH3

H

HO H

(Không yêu c ầu thí sinh vẽ  c ấu hình hình các đồng phân l ập thể)

K ỳ thi chọ n HSGQG năm 2007   1. Ephedrin (G) là một hoạt chất dùng làm thuốc cchhữa bệnh về  hô hấp được chiết t ừ cây ma hoàng. Ephedrin đã đượ c t ổng hợp theo sơ đồ sau: CH CH  NO , OH 

2 3 2 3   2        E     C6H6              D   3       F         G

CO, HCl / AlCl

H / Ni

CH Br 

a. Viết công thức c ủa D, E, F và và G trong sơ đồ trên. b. Viết cơ chế phản ứng c ủa các giai đoạn tạo thành D và E. c. Đi từ benzen, axit propanoic và các tác nhân c ần thiết khác, hãy đưa ra một sơ đồ  t ổng hợp

ephedrin. 2. Tiến hành phản ứng giữa 3,5,5-trimetyl xiclohex-2-enon và n-butyl magiê iođua. Sau đó, thuỷ   phân hỗn hợ p bằng dung dịch HCl 4M thu đượ c hợ p chất B. B bị  chuy ển thành năm đồng phân, kí hiệu từ D  D11 đến D5 có công th ức phân t ử C13H22. Vi ết công thức cấu tạo của các đồng phân D1, D2, D3, D4, D5 và giải thích s ự hình thành chúng. 3. Một monotecpenoit m ạch hở  A có công thức phân t ử  C10H18O (khung cacbon g ồm hai đơn vị  isopren nối với nhau theo qui t ắc đầu-đuôi). Oxi hoá A thu được hỗn hợp các chất A1, A2 và A3. Chất A1 (C3H6O) cho phản ứng iodofom và không làm m ất màu nước brôm. Chất A2 (C2H2O4) ph ản ứng đượ c với Na2CO3 và với CaCl2  cho k ết tủa tr ắng không tan trong axit axetic; A 2  làm mất màu

dung dịch KMnO4 loãng. Chất A3 (C5H8O3) cho phản ứng iodofom và phản ứng được với Na2CO3. a. Viết công thức cấu tạo c ủa A1, A2 và và A3. A 3. b. Vẽ công thức các đồng phân hình học c ủa A và gọi tên theo danh pháp IUPAC.

   

Đáp án:  1. a. Tổng hợp ephedrin: C6H5CH-CHNO2 CO, HCl CH3CH2 NO2 ,OH H 2 , Ni          C6H6                       C6H5 AlCl 3 C6H5CHO   OH CH3 (D) (E)

OH CH3 CH CH NH2

(F)

CH Br        C6H5CH-CH-NHCH3 3

OH CH3 (G) 

b. Cơ chế  phản ứ ng ng t ạo thành D:   phản ứng thế  electrophin vào nhân thơm, S E 

C=O + HCl          Cl-CH=O

 AlCl          O=C+-H ......AlCl43

CHO +

+   HCl

O=C+ -H......AlCl4- 

+ AlCl

3

Cơ chế phản ứ ng ng t ạo thành E :   phản ứ ng c ộng nucleophin vào nhóm cacbonyl, A N 

OH   CH H3C(-)H-NO2  + H + CH3CH2NO2          C

O-

CH3  H          CH CH  NO2

C6H5-CHO + CH3C-H-NO2              C6H5

OH CH3

C6H5 c. Sơ đồ  tổng hợp khác đi từ  axit propano propanoic ic và các tác nhân nhân c ần thiết khác. CH3CH2COOH

CH CH  NO2

AlCl Br  SOCl               CH3CH2COCl         C6H5COCH2CH3    3

2

OH

      C H C6H5COCHBrCH3     6 5 2. H2O

CH3

1.LiAlH

2

OH CH3

CH  NH          

CH CH Br 

3

2

C6H5

 NHCH H3 CH CH  NHC

2. Công thức cấu t ạo c ủa 5 đồng phân, kí hiệu từ D1, D2, D3, D4 đến D5

Hb

O

HO H+

1.BuMgBr  2. H2O

 

Ha   +

- Hb - Ha

- H2O

 

D2

B

D1 H+ -  H O 2

D5

D4

+

D3

 

3. a.

A là hợ p chất m ạch hở nên có 2 nối đôi 

A1 tham gia phản ứng iodofom nên A1 là h ợp chất metyl xeton CH3COCH3  + I2 / KOH

CHI3  + CH3 COONa

A2 phản ứng vớ i Na2CO3  nên đây là một axit, dựa vào công thức phân t ử đây là một diaxit HOOC-COOH + Na2CO3 

NaOOC-COONa + H2O + CO2

5 8 3

2

3

A3, C H O , cho phản ứng iodoform, phản ứng đượ c vớ i Na CO . A3 vừa có nhóm chức metyl xeton vừa có nhóm chức axit A1: CH3COCH3;

A2 : HOOC-COOH

và A2: CH3COCH2CH2COOH

b. A monoterpen mạch hở  gồm 2 đơn vị  isopren nối với nhau theo qui tác đầu đuôi, nên có bộ  khung cacbon là:  Đầu

đuôi   Đầu

đuôi 

Dựa vào c ấu tạo c ủa A1, A2, A3 nên nên xác định đượ c vị trí các liên k ết đôi trong mạch cacbon: . Vì có s ự hình hình thành axit oxalic nên A

có thể là:

OH OH  Nerol

Geraniol

(E) -3,7- dimetyl octa-2,6-dienol octa-2,6-dienol

(Z (Z)-3 )-3,7-dimetyl ,7-dimetyl octa-2,6-dienol octa-2,6-dienol

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2007   1. Thủy phân hoàn toàn một hexapeptit M thu đượ c Ala, Arg, Gly, Ile, Phe và Tyr. Các peptit E (chứa Phe, Arg) và G (chứa Arg, Ile, Phe) đượ c tạo thành trong s ố  các s ản phẩm thủy phân không hoàn toàn M. Dùng 2,4-dinitroflobenzen xác định được amino axit Ala. Thủy phân M nhờ tripsin thu được tripeptit A (chứa Ala, Arg, Tyr) và m ột cchhất B. a. Xác định thứ t ự liên k ết c ủa các amino axit trong M. b. Amino axit nào có pHI  l ớn nhất và amino axit nào có pH I  nhỏ  nhất?

Bi ết c ấu tạo chung c ủa các amino axit là H 2N-CHR-COOH  AA’:

Ala

Arg

R : CH3  (CH2)3NHC(=NH)NH2 

Gly H

Ile

Phe

CH(CH3)C2H5 

Tyr  

CH2C6H5  p-HOC6H4CH2 

2. Isoleuxin được điều chế theo dãy các phản ứng sau (A, B, C, D là kí hi ệu các chất c ần tìm): CH3CH2

CH

(C2 H5 OOC)2 CH 2 CH3      A C2H 5ONa

0

Br  1. KOH  t  NH    B       C        D            Isoleuxin 2. HCl 2

Br 

Hãy cho biết công thức c ủa các chất A, B, C, D và Isoleuxin.

3

 

Đáp án:  1. a. Hexapeptit M có đầu N là Ala. Thu ỷ  phân M nhờ  tripsin xác định được tripeptit là: Ala  – Tyr – 

Arg. Dipeptit E có c ấu tạo Arg-Phe. Tripeptit G có c ấu tạo: Arg-Phe-Ile. Do vậy amino axit đầu C là: Gly. Ala-Tyr  – Arg Arg-Phe Arg- Phe-Ile Gly Vậy cấu tạo c ủa M: b.

Ala  – Tyr  – Arg – Phe – Ile  – Gly.

pHI   lớn nhất: Arg, vì vì có nhóm guanidin (có 3 nguyên t ử N)  N) pHI   nhỏ  nhất: Phe, vì vì có nhóm nhóm phenyl. phenyl.

2. Mỗi công thức A, B, C và và D  Br 

Br  C2H5CHCH(CO2C2H5)2 CH3

A

C2H5CHCH(CO2H)2 B CH

C2H5CHC(CO2H)2 C CH3

3

C2H5CHCHCO2H D CH3

 

K ỳ thi chọn

HSGQG năm 2007  

1. Rutinozơ là gốc đường c ủa một s ố hợp chất có tác dụng làm bền thành mạch máu. Rutinozơ

cho phản ứng với thuốc thử  Feling, khi bị  thuỷ  phân bởi α -glycosidaza cho andozơ A (C6H12O5) và Dandozơ B (C6H12O6) theo t ỉ  l lệ mol (1:1). Từ  andozơ B tiến hành liên tiếp hai lần c ắt mạch Ruff và sau đó

oxi hoá với HNO3  thu đượ c axit meso-tactric; B dễ dàng cho dẫn xuất monoxetal với axeton trong axit. Hãy viết các ph phản ứng để xác định B. 2. Andozơ B cho cùng s ản phẩm ozazon như một andohexozơ khác (kí hiệu là A1); A2 là đồng phân đối quang c ủa A1. Thực hiện chuy ển hoá A2 theo sơ đồ sau thu đượ c A.

HOCH 2CH 2OH

H 2 /Ni Raney

A2           A3           xetal

H H   HO HO

CH3 OH OH H  A4 H CH2OH

0

O 2 /Pt

 Na-Hg/pH3-5    A6              A         A5   t

axit andonic andonic

andolacton andolacton

(Lư u ý: phản ứng từ A4 đến A5 đặc trưng cho sự  chuyển hoá ancol bậc 1 cuối mạch thành axit). Dùng công thức chiếu Fisơ để  biểu diễn c ấu trúc các chất A1, A2, A3, A5, A6 vvàà A. Bi ết r ằng 1mol A phản ứng với 4mol HIO4 cho 4mol HCOOH và 1mol CH 3CHO. 3. Metyl hoá hoàn toàn rutinozơ với DMS/OH-  cho dẫn xuất heptametyl (X), khi thuỷ   phân X trong môi trường axit thu đượ c tri-O-metyl c ủa A và 2,3,4-tri-O-metyl c ủa B. Oxi hoá 1mol metyl

rutinozit c ần 4mol HIO4, cho 2mol HCOOH và 1mol tetraandehit. Hãy vẽ  công thức Haworth và công th t hức c ấu dạng c ủa rutinozơ.  

 

Đáp án:  1. Xác định B  (0,5 đ ) : Oxi hoá s ản phẩm t ừ hai l ần c ắt mạch Ruff c ủa B t ạo thành axit meso tactric:

vậy B có 2 nhóm OH ở  cacbon thứ 4 và thứ  5 nằm cùng về  một phía. B chỉ   tạo dẫn xuất monoxetal khi phản ứng với axeton, vậy nhóm OH ở  cacbon thứ ba và thứ hai nằm khác phía nhau và khác phía với nhóm OH ở 

cacbon thứ tư và thứ năm.  Từ  A4 suy đượ c c ấu tạo của A2, t ừ  đó xác định r ằng c ấu tạo c ủa A1 là đối quang c ủa A2 và k ết luận được c ấu tạo của B là đồng phân epime c ủa A1, chỉ  khác  khác A1 vị trí nhóm OH ở cacbon thứ hai. Cấu tạo c ủa B là: H HO H H

CHO CH=NNHC6H5 OH H NNHC6H5   H 3 C6H5 NHNH2 HO H OH - C6H5NH2, -NH3 H OH OH H OH CH2OH CH2OH

HO HO H - C H NH , - NH 6 5 2 3 H 3C6H5NHNH2

(B)

CHO H H OH OH CH2OH

CHO OH OH H H CH2OH

H H HO HO

(A1)

(A2) D- Mannozơ 

Phản ứng Ruff: CHO H HO H H

COOH H HO H H

OH Br 2, H2O H OH OH CH2OH

D – Glucozơ 

  )2 Ca (COO

OH Ca(OH) 2 H OH

OH CH2OH

H HO   H H

H O OH H2O2 H HO H OH (CH3COO)3Fe H OH OH H OH CH2OH CH2OH

(B)

Sản phẩm sau 2 l ần thực hi ện phản ứng Ruff: H HO H H

CHO CHO OH H OH CH3COCH3 H HO H OH CH3 H O C OH CH3 H O CH2OH CH2OH

COOH

O C H   [O] H OH H OH CH2OH

- CO 2

O C OH H OH H OH CH2OH axit meso -

H C O HO H H OH H OH CH2OH

tactric

Monoxetal

2. Xác định A (0,5 đ )

H H HO HO

CHO OH OH HOCH2CH2OH H H CH2OH

CH2   CH2 O   O

H H HO HO

CH OH OH H H CH2OH

H H 2 /Ni Raney         H HO HO

CH3 OH O /Pt OH 2 H H CH2OH

H H HO HO

CH3 OH OH

H H COOH

H H HO HO

CH3 OH O

Na-Hg

H H C

H H HO HO

O

(A2)

(A3)

(A4)

(A5)

(A6)

L – Mannozơ 

Axetal

Anditol

Axit Axi t andonic andonic

Andolacton

(A)

CH3 OH OH

H H CHO

 

3. Xác định rutinozơ(1,0 đ ))::

Công thức và và các phản ứng của Rutinơzơ: Mục 1 và 4 cho bi ết gluxit A (C1) n ối với B qua vị  trí 6 (C6) bởi liên k ết α -glycozit. Do C5 c ủa B tham gia vào vào vòng oxi oxiral ral nên B là m ột pyranozơ (6 cạnh). Mục 5 cho bi ết gluxit A cũng là một pyranozơ. 

OH

O

O

O

CH3 OH

4HIO4

CH2

O

OH

OH

O

OCH3

O

HOC

OH

O

HOC

O

CH3 OH

+ 2HCOOH

CH2

HC

OH

Metyl ru rutinozit tinozit

O

HC CH3

O   OCH3

OH

O

CH2 O   OH

OH

OH OH OH

H3C HO

O OH OH HO

CH2 O OH

HO OH

Công thức của Rutinơzơ:

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2008   1. Axit fumaric fumaric và axit ax it maleic có c ó các hằng s ố phân ly nấc 1 (k 1), nấc 2 (k 2). Hãy so sánh các c ặp hằng số phân ly tương ứng c ủa hai axit này và gi ải thích 2. Cho các ancol p-CH3-C6H4-CH2OH, p-CH3O-C6H4-CH2 OH, p-CN-C6H4-CH2OH và p-Cl-C6H4CH2OH. So sánh khả năng phản ứng c ủa các ancol với HBr và giải thích. 3.  Oxy hóa hydrocacbon thơm  A (C8H10) bằng oxy có xúc tác coban axetat cho s ản phẩm B. Chất B  có thể tham gia phản ứng: với dung dịch NaHCO3  giải phóng khí CO2, với etanol (dư) tạo thành D; đun nóng B  với dung dịch NH3  t ạo thành E. Thủy phân E t ạo thành G, đun nóng G  ở nh  nhiiệt độ khoảng 160oC tạo thành F. Mặt khác khi cho B phản ứng với khí NH3  (dư) cũng tạo thành F. Hãy viviết các công thức cấu tạo c ủa A, B, D, G, E và  và F

Đáp án: 

 

k1(M) > k 1(F) là do M có khả năng tạo được liên k ết hydro nội phân t ử, liên k ết O-H c ủa M trong qúa trình phân ly thứ nhất phân c ực hơn so với F và bazơ liên hợp M’ cũng bền hơn F’.   k2(M) < k 2(F) do liên k ết hydro nội phân t ử làm cho M’ bền, khó nhường proton hơn so với F’. Ngoài ra bazơ liên hợp M’’ lại kém bền hơn (do năng lượng tương tác giữ a các nhóm  –COO-  lớn hơn) bazơ

liên hợp F’’  2. Ph ản ứng giữa các ancol đã cho vớ i HBr là phản ứng thế  theo cơ chế  SN. Giai đoạn trung gian t ạo 3

cacbocation benzyli benzylic. c. Nhóm -OCH   đẩy electron (+C) làm bền hóa cacbocation này nên kh ả năng phản ứng tăng. Nhóm –CH3  có (+I) nên cũng làm bền cacbocation này nhưng kém hơn nhóm –OCH3  vì (+C) > (+I). Các nhóm  –Cl (-I, +C) và  –CN (-C) hút electron làm cacbocation tr ở nên kém bền do vậy khả  năng phản ứng giảm. Nhóm  –CN hút electron m ạnh hơn nhóm –Cl. Vậy s ắp x ếp theo tr ật t ự khả năng tăng dần phản ứng với HBr là: p-CN-C6H4-CH2OH

< p-Cl-C6H4-CH2OH < p-CH3-C6H4-CH2OH < p-CH3O-C6H4-CH2OH

(khí, dư)

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2008   1. Hợp chất 2,2,4-trimetylpentan ( A  A ) được s ản xuất với quy mô l ớn bằng phương pháp tổng h ợp xúc tác từ C4H8 (X ) với C4H10 (Y). A cũng có thể được điều chế  từ X  theo hai bướ c: thứ nhất, khi có xúc tác axit vô cơ, X t ạo thành Z và  và Q; tthhứ hai hydro hóa Q và  và Z 

 

a. Viết các phương trình phản ứng để minh họa và gọi tên các hợ p chất X, Y, Z, Q theo danh pháp IUPAC b. Ozon phân Z và Q s ẽ tạo thành 4 hợp chất, trong đó có axeton và fomandehit, viết cơ chế phản ứng 2.  Cho sơ đồ  phản ứng sau:

(sản phẩm phụ) Hãy viết các công thức cấu tạo c ủa A, B, C, D1, D2 và và E. Bi ết E có công th ức phân t ử C19H22O5 

Đáp án: 

Bướ c thứ nhất gồm tương tác giữ a hai phân t ử trong môi trường axit

 

  2.  Sơ đồ  điều chế p-hydroxiphenylaxetamit:

Sản phẩm phụ:

Quang ho ạt

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2008   1. a. HSCH2CH(NH2)COOH (xistein) có các pKa: 1,96; 8,18; 10,28. Các chất tương đồng với nó là HOCH2CH(NH2)CO )COOH OH (serin), (serin), HSeCH2CH(NH2 )COOH (selenoxistein), C3H7NO5S (axit xisteic) Hãy xác định c ấu hình R/S đối với serin và axit xisteic b. Hãy quy k ết các giá tr ị pKa cho từng nhóm chức trong phân t ử xistein. Vi ết công thức c ủa xistein khi ở pH = 1,5 và 5,5 2. S ắp x ếp 4 aminoaxit trên theo thứ t ự tăng dần giá tr ị pHI   và giải thích s ự sắp x ếp đó  3. Thủy phân hoàn toàn m ột nonapeptit X  thu được Arg, Ala, Met, Ser, Lys, Lys , Phe2, Val và Ile. S ử dụng

phản ứng c ủa X với 2,4-dinitrof dinitroflobenzen lobenzen xác định được Ala. Thủy phân X với trypsin thu được pentapeptit pentape ptit (Lys, Met, Ser, Ala, Phe), Phe), dipeptit (Arg, Ile) và dipeptit (Val, Phe Phe). ). Thuỷ  phân X với BrCN dẫn đến s ự tạo thành một tripeptit (Ser, Ala, Met) và m ột hexapeptit. Thuỷ   phân với cacboxipeptidaza cả X lẫn hexapeptit đều cho Val. Xác định thứ tự các aminoaxit trong X .

 

Đáp án:  1.a.

L-Serin (Cấu hì hình nh S)

Axit-L-X Axi t-L-Xisteic isteic (Cấu hình R)

b.   pKa (xistein): 1,96 (COOH); 8,18 (SH); 10,28 (NH 3+)

pHI  (xistein) = (1,96 + 8,18) / 2 = 5,07 Ở pH = 1,5: HS  – CH2  –– CH(NH3+)  – COOH

pH = 5,5: HS  – CH2  –– CH(NH2)  – COO-  2.  Trình t ự tăng dần pHI : Axit Ax it xisteic < selenoxistein selenoxistein < xistein < serin 3.  Theo đề bài xác định được đầu N là Ala, đầu C là Val

Thủy phân với Trypisin thu đượ c: Ala  – (Met, Ser, Phe)  – Lys Ile  – Arg và Phe  – Val Dựa vào k ết qủa thủy phân với BrCN, suy ra Ala  – Ser –  Met –Phe  – Lys Vậy X là: Ala  – Ser  – Met  –Phe  – Lys - Ile  – Arg - Phe  – Val

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2008   1. Vi ết ccác ác phươ ng trình phản ứng thủy phân metyl--D-galactofuranozit (  A A) và metyl--Dsobofuranozit (B) trong môi tr ườ ườ ng axit ax it (sobozơ: 2-xetohexoz ơ; c ấu hình C3 c ủa nó và c ủa galactoz ơ  khác nhau) 2. Arabinopyranoz ơ  (D-andopentoz ơ   có c ấu hình 2S, 3R, 4R) được chuy ển hóa như sau:

Vẽ c ấu trúc B , C, D  và E  3. Hợp chất  A  (C4H6O3) quang hoạt, không tham gia phản ứng tráng bạc, tác dụng vớ i anhydrit axetic

tạo ra dẫn xuất monoaxetat. Khi đun nóng với metanol  A  chuy ển thành chất B   (C5H10O4). Dướ i tác dụng c ủa axit vô c ơ loãng B cho metanol và  C (C4H8O4). C tác dụng với anhydrit axetic t ạo ra dẫn xuất triaxetat, tác dụng vớ i NaBH4  tạo ra D (C4H10O4) không quang hoạt. C tham gia phản ứng tráng bạc t ạo ra axit cacboxylic E (C4H8O5). Xử lý amit c ủa E bằng dung dịch loãng natri hipoclorit t ạo ra D(+)-glyxerandehit (C3H6O3) và amoniac. V ẽ c ấu trúc c ủa A , B, C, D v  vàà E 

 

Đáp án: 

Cacbocation bậc hai (kém bền)

Cacbocation bậc ba (b n hơn) 

 

K ỳ thi l ập

đội tuyển quốc tế năm 2008  

1. Styryllacton đượ đượ c phân l ập t ừ thực vật có công thức (hình bên).

Vi t cô công thức c u dạng các cặp đ ng ph phân ân đ i quang

R 

R 

và gọi tên styrylla styryllacton cton theo danh pháp ph áp IUPAC. IUPA C. 2. Dùng mũi tên cong chỉ   rõ cơ chế  chuy ển 7-

đehiđrocholesterol đehiđrocholes terol (I) thành vitami vitaminn D3 (II) và cho bi ế t   (I)

c ấu dạng bền của nó.

HO

  (II)

HO

 

  R: -CH(CH3 )-(CH2)3-CH(CH3)2  

Đáp án:  6

5

O

1.

7

4 3

9 8 1

HO

Tên: 8-hiđroxi-7-phenyl-2,6-đioxabixiclo[3.3.1]nonan-3-on

O

O 2

 

Công thức cấu dạng: O O

4 3 2

H5C 6

7

HO 2.

6

O

O

4 3

5

2 5

O

8

1

1

9

9

6

7

O

O

8

C6H5 OH

H5C 6

7

HO

4

3

4

O

2

2

O

O 5

6

5

6

8

9

9

7

O

O 1

3

1

8

C6H5 OH

R  H

R 

H2C

as HO

HO

to R 

HO HO

CÊu d¹ng bÒn:  S-trans

R 

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2008   1. Hợp chất  A  (C10H18O) được phân lập t ừ  một loại tinh dầu ở Vi ệt Nam.  A  không làm m ất màu nước brom và dung dịch thuốc tím loãng, cũng không tác dụ ng với hiđro có xúc tác niken, nhưng lại tác dụng với axit clohiđric đậm đặc sinh ra 1-clo-4-(1-clo-1-metyletyl)-1-metylxiclohexan. Hãy đề  xuất c ấu trúc c ủa A.  2. Hợp chất B  (C10H20O2  ) có trong một loại tinh dầu ở Nam Mỹ . Từ  B có thể  t ổng h ợp đượ c  A bằng cách đun nóng vớ i axit. a. Viết công thức c ấu t ạo và gọi tên B.

   

b. Dùng công thức c ấu trúc, vi ết phương trình phản ứng và trình bày cơ chế  đầy đủ  c ủa phản ứng tổng h ợp A. 3.   Hợ p chất B  thường được điều chế  từ  C (2,6,6-trimetylbixiclo[3.1.1] hept-2-en) có trong d ầu thông.

Dùng công thức c ấu t ạo, viết phương trình phản ứng và chỉ  rõ   rõ các liên k ết của C  bị đứt ra. 4. Trong cây long não có hợp chất D tên là 1,7,7-trimetylbix 1,7,7-trimetylbixiclo[2. iclo[2.2.1]heptan-22.1]heptan-2-on on (hay là campho).

Vi ết sơ đồ các phản ứng t ổng hợp D t ừ C và cho bi ết cơ chế c ủa giai đoạn đầu. 5. V ề  c ấu tạo hóa học, các hợp chất  A, B, C và D ở  trên có đặc điểm gì chung nhất? minh họa vắn t ắt đặc điểm đó trên các công thứ c c ấu t ạo c ủa chúng.

Đáp án:  1. Xác định công thức c ấu trúc c ủa A(C10H18O)  A có độ  chưa bão hoà là 2;    A  không làm mất mầu dung dịch nước brom và dung dịch thuốc tím loãng chứng t ỏ trong A

không có nối đôi hay nối ba;  A  không tác dụng với hiđro trên chất xúc tác niken ch ứng t ỏ  trong  A   không có nhóm chức

cacbonyl;  A  tác dụng với axit clohiđric đậm đặc sinh ra 1-clo-4-(1-clo-1-metyletyl)-1-metylxiclohexan,

trong  A có vòng vòng no và và có liên k ết ete. Suy ra công thức c ấu trúc c ủa A  CH3

CH3

 

O

H3C

O

O

CH3 O

CH3

CH3

2. a.

 

B (C10H20O2)

- H2O

A (C10H18O)

 

Suy ra B   là một điol có bộ khung cacbon như  A  OH +

H   H2O

A

OH B

 

Gọi tên B: 1-hiđroxi-4-(-1-hiđroxi-1-metyletyl)-1-metylxiclohexan b. Dùng công thức cấu trúc, viết phương trình phản ứng và trình bày cơ chế đầy đủ  c ủa phản ứng. Cả  2 dạng trans và cis c ủa B  đều ở   c ấu dạng ghế  bền vững, tuy vậy c ấu dạng ghế không thể  tham gia đóng vòng mà phải đi qua dạng thuy ền kém bền. Dạng thuy ền s ẽ tham gia phản ứng S N1

nội phân tử.

 

OH

(+)

 

OH

OH

OH OH

+

H

 

+

H

OH

O

(+)

Cis-B

+

H

A

 

(+)

OH OH

OH

OH

OH

 

+

H

O

OH (+)

Trans-B

+

H

A

 

3.

Liên k ết của C bị đứt ở các đường chấm chấm: OH +

+

H  

2 H2O

OH

  4.

O

HO

Cl H2O

HCl

C

O

D H+

Cl-

(+)

(+)

chuyÓn vÞ

  5.  Đặc điểm chung nhất về  c ấu t ạo hoá học: mỗi phân t ử  gồm 2 đơn vị   isopren (hoặc isopentan) nối

với nhau.

   

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2008   Sildenafil (một lo ại thuốc tăng lực) đượ c t ổng h ợp theo sơ đồ: O

O

OEt

 NH2 NH2

1. Me2SO4, dd NaOH

A

2. NaOH, H2O

O o

SOCl2, DMF, toluen, 55 C, 6 h

C

D

o

 dd NH3, 20 C, 2 h

OEt

B

HNO 3, H2SO4

C

o

50 C, 2 h

H2 (50 psi), 5% Pd/C

E

  EtOAc, 500C, 4 h

O ClSO3H, SOCl2

OH

CH 3- N

G

to phßng, 18 h

(N

 NH , H 2O

H

o

10 C, 2 h

 håi

l u, 2 h, -  N l

HN OEt  NH

I

E, EtOAc

K

I

 N

L

to phßng, 70 h

 NH

CH3  N  N

O

 N

 N)2CO

Pr 

Sildenafil

O2 S

 N

 N

CH3

  1. Hãy hoàn chỉ nh nh dãy phản ứng trên, bi ết r ằng:

* Quá trình chuy ển sang G  có tạo thành axit sunfonic trung gian sau đó mớ i chuy ển thành sunfonyl clorua. * N,N, -cacbonylđiimiđazol (CDI) là một loại tác nhân dùng để  hoạt hoá axit cacboxylic cho phản ứng thế nucleophin c ủa nhóm cacbonyl. 2. Vi V iết cơ chế phản ứng chuy ển [I] thành K.

Đáp án:  O O

O OEt

 NH2 NH2

EtO

O

H  N

1. Me2SO4, dd NaOH

 N 2. NaOH, H2O

O

HO

CH3  N HNO3, H2SO4  N 50oC, 2 h

O

CH3  N  N

HO O2 N

A

o

C

SOCl2, DMF, toluen, 55 C, 6 h

Pr 

O

H2 N

o

 dd NH3, 20 C, 2 h

CH3  N  N  

Pr 

H2 (50 psi), 5% Pd/C

C

O CH3  N  N

H2 N

0

EtOAc, 50 C, 4 h

H2 N

O2 N D

 

B

Pr 

E

Pr 

Pr 

 

OEt

OEt

O

O

OEt OH CH3 N  NH , H2O -

OH ClSO3H, SOCl2 to phßng, 18 h

o

SO2Cl

OEt

H

H O2 S  N

O

O

 N)2CO

 håi l u, 2 h ,   -  N

OH

10 C, 2 h

G

(N

O

OEt  N

O

 N

 N

 N CH3 O

 NH

 N

 N

 NH

Me

O2 S  N

 

 N CH3

  K

I

K

E, EtOAc o t phßng, 70 h

H2 N

O  N H

L O2 S  N

 N CH3

CH3  N  N

O OEt

O2 S  N

Pr 

 N CH3

  2. Cơ chế t ừ [I] sang K (- )

O

O

OEt

C

 N

O

HN

OEt

O

C

 N

O OEt O

 N

 N  N

 N  N

+

 N

-H

 N CH3

 N

 N

+

 + H

+ CO2 + HN

O2 S

O2 S

O

 N

 N CH3

 

O2 S  N

 N

 N CH3

 

K   thikhil ậ p ốchotặếc năm 1. ỳSau xử lđộ í hỗintuy hợểpnlõiqu ngô vỏ  tr ấu2008 có ch ứa pentozan (C5H8O4)n  với dung dịch axit clohiđric 12% rồi có tiến ến hành chưng cất, nhận được chất lỏng  A (  (C C5H4O2) màu vàng vàng có có mùi thơm. Cho A p  phhản ứng với KOH r ồi axit hóa thì nhận được B (C  (C5H4O3) và C (C5H6O2). a. Vi t phương trình phản ứng thuỷ  phân pentozan t ạo thành A và công thức của A, B, C.  b. Viết phương trình phản ứng c ủa B tác dụng vớ i C  khi có xúc tác axit. c. Hãy trình bày điều ki ện nitro hoá  A  để  nhận được D (C5H3NO4).

d. Viết phương trình phản ứng của D tác dụng với: (I) ; (II).

.

O

H2 N-N

 NH (I) O

O

 NH S S (II)

 

 

 

COOCH3

2. Geniposit Genipos it (hình bên) là một hợp ch t được tách ra từ quả dà  dành nh dành. Thu ỷ  

phân geniposit sinh ra hai s ản phẩm là genipin và D-glucozơ. Genipin HOH2C

tham gia phản ứng tạo màu với gelatin (đây là cơ sở  để phát hiện dấu vân vân tay ta y trong k ỹ  thuật hình s ự).

HO

Hãy viết sơ đồ  phản ứng tạo genipin và phản ứng của genipin với một

HO

aminoaxit để  giải thích hiện tượng trên

O O O OH

CH2OH

 

Đáp án:  1. Trong lõi ngô và vỏ  tr ấu có chứa pentozan,khi đun nóng vớ i dung dịch HCl 12% chuy ển thành pentozơ rồi tách nước cho fufurol CHO (C5H8O4)n HCl 12%

(CHOH)3

-3 3H H2O

O

CH2OH

2 O A

 

CHO

KOH

COOH B

O  

 

 b. COOH

O

 +

COOK 

O  

H3O+  

 

A(C5H4O2)

CH2OH

O C COOK 

O

 

CHO

CH2OH

O

H+

COOCH2

O

O

 

c. Để nitro hoá A c ần phải bảo vệ  nhóm anđehit bằng (CH3CO)2O

 

  (CH3CO)2O

O

CHO

O

CH(OCOCH3)2

  Thực hiện phản ứng nitro hoá, sau đó thuỷ  phân để  phục h ồi nhóm -CHO

O

CH(OCOCH3)2

HNO3

O2 N

O

CH(OCOCH3)2

H3O+

O2 N

CHO

O D

d. Phản ứng của D với I và II

  

O2 N

O

CHO

I

O

O

O2 N

 NH

D

O2 N

O

H2 N  N

O

O O  NH

CHO

O2 N

S

II S

O

O

N  N

CH

 NH O  NH  

CH

S

S

 

2. Phản ứng thuỷ  phân geniposit thu đượ c genipin và D-glucozơ   COOCH3 COOCH3

OH

O O

O HO

HOH2C

O

O

HO

+

HOH2C

OH

HO OH

OH

 CH2OH

HO OH

  Gelatin (có trong da) c ấu tạo từ  các polipeptit, l ấy đại diện là một aminoaxit như glyxin, ta có phương trình: COOCH3 +

O

COOCH3 H2 N-CH2-COOH

 N-CH2-COOH

HOH2C

HOH2C OH sản phẩm có màu để phát hiện dấu vân tay trong k ỹ  thuật hình s ự.

OH

K   thi liập qucốm c ộttếtetrapeptit  năm 2008    A) t ừ prothrombin người. Cấu tạo c ủa peptit A được đội tuy 1. ỳNgườ ta phân lậpển đượ (peptit tiến hành hành xác định như sau:   a. B ằng phương pháp Edman thì nhận đượ c trình t ự aminoaxit c ủa peptit  A l làà Leu-Glu-Glu-Val. Leu-Glu-Glu-Val. b. Để  ti ếp t ục xác định c ấu t ạo, người ta tiến hành điện di trên giấy ở pH 6,5 peptit  A   và một peptit

tổng hợp B  (cũng có trình tự  aminoaxit là Leu-Glu-Glu-Val) thì l ại nhận được quãng đườ ng di chuy ển không giống nhau, c ụ thể  như hình dưới đây:  2,5

Peptit A  Peptit B 

0

1

2

3

đơn vị  độ dài

   

c. Khi thuỷ  phân hai peptit  A  và B  bằng HCl 6N ở  110oC, thì cả  A  và B  đều cho Leu(1), Glu(2), Val(1); nhưng khi thu thuỷ  phân bằng kiềm thì peptit B ch  choo Leu(1) Leu(1),, Glu(2), Val(1) còn còn peptit  A cho Leu(1), X(2), Val(1). Hãy giải thích các k ết quả  thực nghiệm để  xác định c ấu tạo c ủa X   và gọi tên X  theo danh pháp IUPAC. 2. Vi ết sơ đồ  phản ứng oxi hóa  D-glucozơ  t ạo thành axit anđonic và axit anđaric, côn g thức

Haworth các mono và đi γ -lacton -lacton c ủa chúng và gọi tên các lacton ấy.

Đáp án:  1.Xác định c ấu trúc c ủa X

- Phương pháp Edman thực hiện ở  pH thấp,biết được trình t ự l làà Leu-Glu-Glu-Val. Leu-Glu-Glu-Val. -  Điện di ở  pH 6,5 cho thấy peptit A dịch chuy ển nhanh hơn về phía c ực dương(+), chứng t ỏ A có điện tích âm l ớn hơn B,tính axit axit củ c ủa A lớn hơn B.  

- Khi thuỷ   phân trong môi trườ ng HCl 6N ở  110oC thì c ả  A và B đều thu được Leu(1), Glu(2) và Val(1). K ết hợp với phương pháp Edman ở   trên cho thấy các quá trình này th ực hiện ở  môi trườ ng axit mạnh,pH thấp.Ở pH thấp phân t ử X bị đecacboxyl hoá,loại CO2 mất đi 1 nhóm –COOH. - Khi thuỷ   phân bằng kiềm peptit A t ạo ra Leu(1),X(2) và Val(1),trong môi trườ ng kiềm không có quá trình decacboxyl hoá nên nh ận đượ c X(2). - Kêt hợp các k ết quả  trhí nghi ệm cho thấy X có thêm 1 nhóm  –COOH so với Glu tức là khi loại 1 nhóm  –COO thì X chuy ển thành Glu. X

CO2

VËy X :

HOOC CH2 CH2 CH COOH  NH2

HOOC CH

CH2 CH COOH  NH2

COOH

Gọi tên:

Axit Axi t 3-aminopropa 3-aminopropan-1,1,3-t n-1,1,3-t ricacboxylic ricacboxyl ic

2. Các s ản phẩm oxi hoá D-glucozơ và các lacton của nó

O COOH

CHO

OH

OH HO OH OH

Br 2

COOH OH HO

COOH

H2O

OH

HO

O

O

OH

CH2OH

CH2OH axit gluconic

D- -gluconolacton OH COOH

COOH OH

O

O

O OH

O

OH

OH

OH

OH OH

CH2OH OH

OH

HO

CH2OH HNO3

C

OH HO

1,4-lacton cña axit glucaric

OH

O

O O

O

O OH 1,4:3,6-dilacton cña axit glucaric

3,6-lacton cña axit glucaric

 

 

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2008 –  B  Bảng A Hoàn thành các phương trình phản ứng theo t ừng dãy biến hóa dưới đây, viết công thức c ấu t ạo các chất tương ứng với các chữ cái trong từng sơ đồ. Vi V iết cơ chế hình thành A, B

Đáp án: 

 

 

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2008 –  B  Bảng A Từ benzen, metanol, anhydrit axetic, anhydrit  - metylsucxinic, xiclopentadien, etylacrylat và các hóa chất vô cơ cần thiết khác viết sơ s ơ đồ đồ  phản ứng điều chế: 1. 2-phenylpropan-1-ol 2. 2-metylnaphtalen 3.

 

Đáp án:  1.

2.

3.

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2008 –  B  Bảng A Hợp chất A phản ứng với PCl3 cho B, khử hóa B bằng H 2/Pd nhận được benzandehit. Mặt khác cho B ttương ương tác với NH3  thu đươc C, xử lý C với brom trong môi trườ ng kiềm thì được D. Từ B có thể  nhận được E bằng các cho phản ứng vớ i benzen và xúc tác AlCl 3. E chuy ển thành F khi xử lý với hydroxylamin, trong môi trường axit hợp ch ất F chuy ển thành G. Hãy xác đị nh công thức c ấu trúc các A đến G, bi ết r ằng ằng G cũng có thể nhận được khi cho B phản ứng với D hợp ch ất t ừ  A

Đáp án:  A là axit cacboxylic cacboxylic C 6H5COOH B là clorua axit C6H5COCl, khử  Rosenmund tạo ra C6H5CHO C là amit C6H5CONH2  D là amin theo thoái bi ến Hofmann C6H5NH2  E là xeton C6H5COC6H5  phản ứng Friedel  – Crafts F là oxim (C6H5)2C = N  – OH G là amit bậc 2: C6H5  –– CO  – NH  – C6H5 theo chuy ển vị  Beckmann B + D → G: C6H5COCl + C6H5NH2  → C6H5  –– CO  – NH  – C6H5 

   

K ỳ thi Olympic Hóa họ c Sinh viên toàn quốc năm 2008 –  B  Bảng A Khi cho nitrozyl clorua ph ản ứng với xiclohexan s ẽ nhận được d ẫn xuất mononitroso, sau đó chuyển thành oxim A. Xử  lý A với axit s ẽ nhận được caprolactam B 1. Viết cơ c hế hình thành dẫn xuất mononitroso 2. Viết cơ chế t ạo thành lactam và nilon-6

Đáp án: 

1. Cơ chế hình thành dẫn xuất mononitroso. Đây là phản ứng g ốc dây chuy ền  

h Giai đoạn khơi mào: NOCl     . NO + Cl .  

Phát triển:

Nitroso chuy ển thành oxim A:

2. S ự tạo thành lactam và nylon  – 6

trùng ngưng 

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2009   1.  Khung cacbon c ủa các hợp ch t tecpen được tạo thành t ừ các phân tử  isopren k ết nối với nhau theo quy t ắc «đầu  –  đuôi ». Ví dụ, nếu tạm quy ướ c: (đầu) CH2=C(CH3)-CH=CH2 (đuôi ) thì phân t ử  -myrcen -myrcen (hình bên) được kết hợ p t ừ  2 đơn vị isopren. Dựa vào quy t ắc trên, hãy cho bi ết các chất nào nào sau đâ đâyy là te c pen và chỉ  ra các đơn vị  isopren trong trong khung cacbon c ủa các tecpen này. này.

α -Myrcen -Myrcen

 

 

OH O

 

O

O

O

O

O

O

OH

O

O

Acoron

O

 

O O

OH O

Prostaglan®in PG-H2

Axitt abieti c Axi

HO

 

 

  Po®ophyllotoxin 2. Viết công thức cấu tạo của sản ph phẩm cuối (nếu có) từ các phản ứng sau: COOH

a.

+

b.

 

(I2, KI, NaHCO3)

A

c.

CF3  + (Na +NH3)

B

Br + H2 N CH COOH

d.

CH3

Br   

+

C

D

H2O

 

Đáp án:  1. Acoron và axit ax it abietic abietic là l à tecpen: 

O

O

O

Acoron 

O 

O 

Acoron 

Axit abietic 

HO 

Axit abietic 

HO 

2. Công thức cấu tạo của sản ph phẩm:  b.. và  d.   Các phản ứng b

C

 A

không x ảy ra. O

CF3

O I

 

K ỳ thi chọn HSGQG năm 2009   Vi ết các phương trình phản ứng điều chế các hợp chất theo sơ đồ sau (đượ c dùng thêm các chất vô vô cơ và và hữu cơ khác): CH3 H

CHO

HO

COCH3 b.

C

C

OH CH3

Cl

 

CHO

   

HOOC CH2=CH COCH3

HOOC-(CH2)3-COOH

d. CH3COCH2COOC2H5

 

Đáp án:  Vi ết các phản ứng tổng h ợp: Br 

a.

CHO

O

COCH3

COCH3

 NaOEt

 NBS, as

1. O3 2. Zn/H 2O

b.

O C

O C Cl

CHO

C Cl2 AlCl3

AlCl3

(A )

O Zn/HCl

(B)

(D)

(C )

Cl

CH3

Br 

H

C Br 2, as

Cl

 NaOEt

(D)

Cl

hoÆc

(E)

Cl

O

OH

C

CH

(C)

C

1. OsO4 /dd KMnO4 

 NaBH4

Cl

C

HO 2. Na2SO3

(F )

(G)

CHOH 3

Cl

  H2SO4 , to

Cl

(E)

Cl

(F)

  c.

HC

CH2

+

O=C CH3 

COOEt  NaOEt COOEt EtOH

EtOOC EtOOC

O O

d.

CHO

+

O

COOEt

 NaOEt EtOH

H3O+ to

Br 2, KOH

HOOC

O

COOH

H2O

COOH O

COOEt

HOOC

H3O+

Br 2, KOH

to

H2O

 

K ỳ thi chọ n HSGQG năm 2009   1. Anetol có phân t ử khối là 148,2 và hàm lượng các nguyên t ố: 81,04% C; 8,16% H; 10,8% O. Hãy: a.  Xác định công thức phân t ử của anetol. b.  Vi ết công thức cấu trúc c ủa anetol dựa va ̀ o c a ́ c thông tin sau: - Anetol làm mất màu nước brom; - Anetol c o ́  hai đồng phân hình học;

   

 

- Sự  oxi hóa anetol t ạo ra axit metoxibenzoic (M) va ̀   sự  nitro hóa M  chỉ   cho duy nhất axit metoxinitrobenzoic.

c.   Vi ết phương trình cu ̉ a c a ́ c phản ứng: (1) anetol với brom trong nướ c; (2) oxi hóa anetol thành axit metoxibenzoic; (3) nitro hóa M  thành axit metoxinitrobenzoic. Vi ế t tên c ủa anetol và t ất c ả  các s ản

phẩm hữu cơ nêu trên theo danh pha ́ p IUPAC. d.  V ẽ c ấu trúc hai đồng phân hình học c ủa anetol. 2. Vi ết công thức c ấu t ạo c ủa các chất  A  và  và B trong sơ đồ  điều chế nhựa melamin sau:  NH2

Xianogen clorua

A

 NH3

 N  N

H2 N

CH2O

 N

B

 NH2

  Xianuramit (melamin)

 

Đáp án:  1. a. Xác định công thức phân t ử:

C = (81,04/12,00) (81,04/12,00) = 6,75 ; H = (8,16/1,01) = 8,08 ;

O = (10,8/16,0 = 0,675

C = 6,75/0,675 = 10

O= 1

;

H = (8,08/0,675 ) = 12 ;

C10H12O

b.   Vi ết công thức c ấu trúc c ủa anetol: Anetol làm m ất màu nước brôm nên có liên k ết đôi; vì tồn t ại ở  dạng hai đồng phân hình học (liên k ết đôi, π) và khi oxi hóa cho axit nên có liên kết đôi ở   mạch

nhánh; vì chỉ   cho 1 s ản phẩm sau khi nitro hóa nên nhóm metoxi ở  vị trí 4 (COOH- nhóm thế  loại 2, metoxi nhóm thế loại 1). Đó là axit 4-metoxi-3-nitrobenzoic. V ậy anetol là: CH CH CH3

H3C O

  c. Các phương trình phản ứng:

(1) anetol với brom trong nước: CH3 Br  CH H3C O

CH Br 

CH OH

Br 2/H2O

CH CH CH3

CH3 Br  CH +

(2)

H3CO

H3CO

 

(2) oxi hóa anetol thành axit metoxibenzoic: +

H3C O

CH CH CH3

o

KMnO4/H3O , t

H3CO

COOH +  CH3COOH (3)

 (3) nitro hóa M thành axit metoxinitrobenzoic: O2 N H3CO

COOH

HNO3/H2SO4

H3CO

COOH (4)

 

 

Tên c ủa anetol và t ất cả các s ản phẩm hữu cơ nêu trên theo danh pha ́ p IUPAC: (2) 2-Brom-1-( 2-Brom-1-(4-metoxiphenyl) 4-metoxiphenyl) -1-propanol; -1-propan ol; (3) Axit Axi t 4-metoxibenzoic; (4) Axit Ax it 4-metoxi-3-nitroben 4-metoxi-3-nitrobenzoic; zoic; d. Hai đồng phân hình học c ủa anetol:

H3CO

H3CO H CH3

H

+

CH3 H

  (Z) -1-metoxi-4-(1-propenyl)benzen;

(E) -1-metoxi-4-(1-1-metoxi-4-(1-propenyl propenyl)benze )benzenn hoặc (E)-1-(4-metoxiphenyl)-1-propen

(Z)-1-(4-metoxiphenyl)-1-propen

Cl

2.

 N

Cl C N Cl

H

H N CH2

H2 N

 N  N

 NH3

Cl

A

 N

 N  N

H2 N

 N

HCHO

 NH2

H2C HN

Melamin

 N   N

 NH CH2

n

 B

 

K ỳ thi chọn HSGQG 1. Cho sơ đồ  sau: (-)-Serin

HCl CH3OH

A

năm 2009   PCl5

B (C4H9Cl2 NO2)

OH-

 NaSH

C (C4H8ClNO2)

D (C4H9 NO2S)

1. H3O+, to -

2. OH

E

 

Vi ết công thức Fisơ của E và cho bi ết c ấu hình tuy ệt đối (R/S) c ủa nó. 2.  a.  Từ một monosaccarit, hãy vi ết các phương trình  phản ứng điều chế ch ất  A v  vàà B: C6 H 5 O

O O

OCOCH 3 O

O H

CH3 COO

OCH

CHO

B    b.  Vi ết công thức Fisơ của các chất C và  và D trong dãy chuy ển hóa sau: A

3. 

3

 N

Cho 3 dị  vòng òng (h (hìình bên) bên).. Hãy Hãy s p x p các các dị  vòng theo thứ  tự  tăng dần nhiệt độ  sôi; tăng dần tính bazơ của các nhóm  –NH. Giải

thích.

 N

 N

 N

H

H

H

 A 

B

 C

   

Đáp án:  1.  Các phương trình phản ứng: HC HCll

HOCH2-CH-COOCH3 HOCH2-CH-COOH CH3OH  NH3Cl  NH2

PCl5

ClCH2-CH-COOCH3  NH3Cl B

 A

L-(-)-Serin

ClCH2-CH-COOCH3  NH2 C  NaSH  NaSH +

E

o

1. H3O , t HSCH -CH-COOCH 2 3 -

HSCH2-CH-COOH

2. OH

 NH2

 NH2 D

  Công thức hình chiếu Fisơ của E:

COOH

Công thức hình chiếu Fisơ của E (cystein): E  có cấu hình R  vì độ  hơn cấp c ủa -CH2SH > -COOH a. Điề  Điều chế  A A:

H

CH2SH O CH2

HOCH2 HO

CHO HO HO

 NaBH4

O

HO OH OH

CH2OH

CH2OH

HO HO

HIO4

 NaBH4

O

O H

OH O

+

H

CHO

H2C O

A

 

O CH2

HOCH2 HO

CHO OH

HO

2 (CH3)2CO

OH OH

hoÆc:

R 

H2 N

O

 OH 2 (CH3)2CO HO

OH

OH

CH2OH

CH2OH

H

OH

HIO4

O

O H

HO

+

O

CHO

H2C O

 

 Điều chế  B CHO HO HO

MeOH

OH OH

HCl

O OH OH

-anomer  + HO

C6H5CHO +

OMe

HO

H

C6H5

AcONa

C6H5

O O AcO

b.  Công thức Fisơ của các hợp chất C và  và D:

OH

O HO

CH2OH Ac2O

O

O

O OAc

OMe

OMe

 

CHO CH O HO H HO H OH H H OH

HN HNO O3

to

CH2OH

COOH HO H HO H OH H H OH COOH

HO

H O HO

OH

HO

H

H H

OH OH Ba(OH)2 O

- 2H2O

HO

H

O

O

O

H H

®ãng   vßng lacton

D

C

®ãng vßng lacton  

OH

H

  3. a. So sánh nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sôi phụ  thuộc vào vào liên kết hiđro giữa các phân t ử.  N-H ....... N

 N-H..........

H

 N

 N  N

H

Vòng no, liên k t hiđro giữa

H ....... N

nhóm  –NH c ủa dị  vòng no

Vòngg thơm, Vòn thơm, liên k t hiđr hiđroo giữa

 N

nên r ất y ếu.

nhóm  –NH với dị  vòng thơm chứa

H

 A

một nguyên t ử  nitơ yếu hơn so vớ i

Vòng thơm, liên k t

dị vòng thơm C có 2 nguyên t ử N.  N.

hiđro bền.

<

B

<

C

b.  So sánh tính bazơ:  A: Tính bazơ mạnh

B: Tính bazơ không còn vì electron

C: Tính bazơ trung bình

nhất vì electron n Nsp3.

n đã tham gia liên hợp vòng thơm.  

vì electron n Nsp2 

 A

> C

>

B

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2009   1.  Khi hiđro hóa naphtalen thu được đecalin (C10H18), oxi hóa đecalin thì  được hỗn hợp các đecalon (C10H16O). a. Viết các đồng phân lập thể  c ủa 1-đecalon.  b. Trong dung dịch bazơ, 1-đecalon phản ứng với benzanđehit cho  A, phản ứng với metylvinylxeton cho B (C14H20O). Hãy viết công thức cấu tạo c ủa A và  và B . 2. Có 5 polime sau: a. Nilon-6,6 được hình thành t ừ axit ađipic và hexametylenđiamin.   b. Nilon-6 được hình thành từ  ε-caprolactam.   c. Đacron được hình thành t ừ đimetyl terephtalat và etylen glicol.   d. Gliptan đượ c hình thành t ừ glixerin và anhiđrit phtalic.   e. Poliuretan được hình thành t ừ điisoxianat  (thí dụ toluenđiisoxianat) và và etylen glicol. glic ol.  

Hãy cho bi ết các polime trên thuộc loại nào? Vi ết phương trình phản ứng tạo thành s ản phẩm, chỉ   ra công thức một đoạn mạch c ủa polime và gọi tên theo danh pháp IUPAC các polime a, b, c.

O

 

Đáp án:  1.a. Các đồng phân l ập thể c ủa 1-đecalon

O

O

O

O

O

O

 

b. A là s ản phẩm ngưng tụ, B là s ản ph phẩm c ộng Michael r ồi ồi ngưng tụ tiếp. O

O

CH-C6H5

H3C

1. Baz¬  2. PhCHO

O

A

O

O O

C CH2 CH2

1. Baz¬ 

B

- H2O

2. CH2=CHCOCH3

2.a. (Nilon-6, Nilon-6,66 là poliamit do phản ứng của cả 2 nhóm  –COOH của axit ađipic

phản ứng với cả 2 nhóm  –NH2  của hexametylen hexametylenđiami điamin. n. Các Các liên liên kết –CONH- được hình thành do tách loại H2O. Ban đầu phản ứng cho muối nilon, sau đó đun đun nóng. nóng.  HOOC(CH2)4COOH + H2 N(CH2)6 NH2 

OOC(CH2)4COOH3 N(CH2)6 NH3

o

t

-C-(CH2)4-C-NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C-NH-(CH2)6-NHO O O O Poli(hexametylen a®ipamit)

Mét ®o¹n m¹ch cña polime:   NH-(CH ) -NH-C-(CH ) -C 2 6

O

2 4

O

 

b. Nilon-6 cũng là poliamit nhưng đượ c hình thành t ừ  monome ε-caprolactam.   Đó Đó là l à amit vòng vòng của axit ε-aminocaproic . Khi đun nóng vòng lactam đượ c mở  ra cho muối aminoaxit sau đó hình thành liên k ết amit với phân t ử khác khi k hi tách loại nướ c. O  N H

o

t   H2O

+

H3 N-(CH2)5COO-

o

t   - H 2O

  NH-(CH2)5-C-NH-(CH2)5-C-NH-(CH2)5-C O O O

Poli(amit cña axit 6-aminohexanoic)

ε-caprolactam

Mét ®o¹n m¹ch cña polime:

   NH-(CH2)5-C O

 

   

c. Đacron là polieste do phản ứng chuyển đổi este giữa đimetyl đimetyl terephtal terephtalat at với etylen glicol. HO-CH2CH2OH + H3COOCto - CH3OH

-COOCH3  + HO-CH2CH2OH + H3COOC-

 O-CH2CH2-O-C-

-C-O-CH2CH2O-CO

 O

-COOCH3

-C O

O

 

Poli(etylen terephtalat)

Mét ®o¹n m¹ch cña  polime:

C-

-C-O-CH2CH2-O

 O

O

  d. Gliptan cũng là polieste, nhưng glyxerrin sẽ  t ạo thành nhựa mắt lưới dẻo c ứng. Ở  giai đoạn đầu tiên s ẽ  hình thành polime th ẳng vớ i nhóm OH bậc m ột. O

C

O

O C

O

O

+ OH-CH2CHCH2-OH OH

+

C -H2O

O

C

C

  C O -CH2CHCH2-O C OH O  O

O + OH-CH2CHCH2-OH OH  

  C

O -CH2CHCH2-O O OH  

 

Mét ®o¹n m¹ch cña polime:

  O -CH2CHCH2-O C O   OH

C O

  Nhóm OH t ự do bậc hai s ẽ liên k ết chéo với nhiều phân t ử anhiđrit phtalic khác.   e. Poliuretan đượ c hình thành t ừ etylen glicol với điisoxianat.   HO-CH2CH2OH + O=C=N

O H OCH2CH2O C  N

Mét ®o¹n m¹ch cña polime:

O H C  N

 N=C=O + HO-CH2CH2OH + O=C=N

 N=C=O

CH3

CH3

O H H O  N C OCH2CH2O C  N

H O  N C

CH3

CH3

H O  N C OCH2CH2O CH3

 

 

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 1.a. Hoàn thành dãy phản ứng sau: HO

2009  

OH CH3COOH

A

ZnCl2  khan

Me2SO4 (1:1)  Na2CO3  - axeton

B

O

o

PhCHO

t

C

Piperidin

E (C16H12O4)

D

b. Viết sơ đồ điều chế 4,4-đimetylxiclopentan -1,2-điol từ axeton và đietyl malonat.   2.  Hợ p chất  A1  là dẫn xuất c ủa eugenol có khả  năng kích thích sinh trưở ng thực vật. Từ  eugenol có

thể t ổng h ợp A1 theo hai cách sau: OH OCH3

a.

 NaOH/EtOH 140OC

CH2-CH=CH2

-

1. ClCH2COONa, 90OC

A

180OC

A1

2. HCl

 

OH OCH3

 b.

1. NaOH

B

1. NaOH/EtOH, 100OC 2. HCl

2. ClCH2COONa, 90OC

A1

 

CH2-CH=CH2

  Hãy giải thích và so sánh kh ả năng phản ứng của hai cách t ổng hợ p trên. 3.  Các  dẫn xuất chứa  nitơ  c ủa  A1  có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm r ất t ốt. Xử  lí  A1  với

CH3OH/H2SO4  thu được  A2, cho  A 2  phản ứng với hiđrazin hiđrat thì được  A3. S ản phẩm  A 4 là do  A3  phản ứng với benzanđehit khi có mặt piperiđin. Hãy viết sơ đồ   phản ứng, công thức c ấu tạo c ủa  A2,  A3,  A4 v  vàà gọi tên  A1. 

Đáp án:  1.a.

OH

OH

OH

COCH3

CH3COOH ZnCl2  khan

HO

HO

COCH3

Me2SO4 (1:1)  Na2CO3  - axeton

CH3O

A

OH CH3O

COCH=CHPh

O

B

CH3O

Ph

O

Ph

O

o

t

OH

CH3O

O

O C

PhCHO Piperidin

D

E 

 

 

 b. O

CH2(COOEt)2

COOEt

R 2 NH, H+

COOEt

CH2(COOEt)2

 COOEt

EtOOC

RO-

EtOOC

COOEt

1. H3O+ 2. -CO -CO2 +

3. H / EtOH

 NaBH4

 Na Xilen

EtOOC

COOEt

O

OH

HO

 

OH

2.

OCH OC H3

a.

OCH2COOH

ONa

OH

OCH OC H3

 NaOH/EtOH

OCH OC H3

1. ClCH2COONa , 90OC

140OC - 180OC

2. HCl

A

CH2- CH=CH2

A1 CH=CH-CH3

CH=CH-CH3  

OCH OC H3

1. NaOH

OCH OC H3

 b.

OCH2COOH

OCH2COONa

OH

2.

2. HCl

 2 B CH2- CH=CH

CH2- CH=CH2

OCH OC H3

1. NaOH/EtOH, 100 O C

ClCH2COONa, 90OC

A1 CH=CH-CH3

  Phản ứng tạo thành  A  là phản ứng đồng phân hoá eugenol thành isoeugenol trong môi trườ ng kiềm rượu theo cơ chế  t ạo cacbanion. Ở  đây ArOH chuyển thành ArO-  , s ự liên hợp c ủa O- với nhân thơm

làm giảm độ bền c ủa cacbanion. Trong quá trình b. O -  c ủa ion ArOCH2COO-  không liên hợp với nhân thơm nên cacbanion bền hơn làm cho phản ứng đồng phân hoá dễ  dàng hơn. Do đó việc thực hiện theo quá trình b. thuận lợi hơn, ở mhiệt độ thấp hơn và cho hiệu suất cao hơn.   3.  OCH2COOH OCH OC H3

OCH2COOCH3 OCH OC H3

CH OH/H SO 3

2

4

CH=CH-CH3

OCH2CONHNH2 OCH OC H3

 N2H4.H2O

CH=CH-CH3 A2

OCH2CONHN=CHPh OCH OC H3

PhCHO  piperidin

CH=CH-CH3 A3

CH=CH-CH3 A4

 A1: Axit isoeu is oeugen genoxiaxetic oxiaxetic

K ỳ thi l ậ p độ i tuyển quố c tế  năm 2009   1.  Để  t ổng hợp axit permetrinic (E), là một s ản phẩm lí thú trong hóa h ọc về  thuốc tr ừ sâu hại trong nông nghiệp, người ta thực hiện các phản ứng theo sơ đồ sau: a. 2-Metylbut-3-en-2-ol

H+

3-Metylbut-2-en-1-ol

CH3C(OEt)3   (-EtOH)

A (C9H16O2)

Vi ết công thức cấu tạo của A và  và trì rình nh bày cơ chế c hế của hai giai đoạn phản ứng.

 

 

 b.

to

A

CCl4

B

FeCl3

3,3 

tBuONa

C

KOH

D

(C6H6)

  EtOH

Cl

HOOC

Cl

E

  Viết công thức cấu tạo của B, C, D và trình bày cơ chế  phản ứng B → C v  vàà C → D.

2. Hãy đi u ch ch axi xitt trans -crysanthemic (hình bên) HO

từ B  (tron (trongg sơ đồ  b. ở  trên) và các hóa chất tuỳ  ch ọn.

O

  Đáp án:  1 +

-H2O

H

a. OH

H2O  _  + H

+

+

OH2

+

OH

OEt

.O.

+

H

OEt

C CH3

OEt OEt

OEt H

~H

OEt

+

O C H CH3

+

OEt

OEt OEt

O C

EtOH

O

CH2

A

H 3

  b.

Cl

to 3 2

EtO

 

O 1

2 1

A

CCl4

tBuONa (C6H6)

FeCl3

3,3 

EtO

B

EtO

O

CCl3 C

KOH

Cl CCl3

O

EtOOC

CCl3

  EtOH

D

Giai đoạn  B → C phản ứng được ti t iến hành theo cơ chế c ộng g ốc:

HOOC

Cl E

Cl

 

 

 

CCl3-Cl

Fe(III)

Cl3C +

Cl3C + Cl Cl3C

R 

R 

CCl4

Cl R  + Cl3C ...

Cl3C

  R là phÇn ph©n tö cßn l¹i 2.(1,0 điểm) Cl

COOOH

O EtO

O

EtO

CrO3 Py

O

LDA

EtO

O

OLi

EtOOC

1.KOH, EtOH

(CH3)2C=PPh3

H EtOOC

OH

2.H3O+

EtOOC

O

HOOC

 

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 2009   1. Viết ết sơ đồ  điều chế  2,3,4,5-tetraphenylxiclopenta-2,4-đienon từ  benzanđehit, etyl fomiat  và các chất vô cơ cần thiết. 2. Xitral (C10H16O) là một monotecpen-anđehit có trong tinh dầu chanh. Oxi hóa xitral bằng KMnO4  thu được axit oxalic, axeton và axit levulinic (hay axit 4-oxopentanoic). Từ  xitral người ta điều chế  β-ionon để  điều chế vitamin A. a. Xác định c ấu t ạo và viết tên hệ  thống c ủa xitral.

b. Viết sơ đồ các phản ứng chuy ển hóa xitral thành β-ionon.   c. β-Ionon  sinh ra có lẫn một lượng đáng kể  chất đồng phân c ấu tạo là α-ionon, không thể tách ra bằng cách chưng cất. Trình bầy cơ chế  tạo thành α -ionon cùng với β-ionon.   Nêu phương pháp tách riêng hai đồng phân đó.   O

d. Từ  β-ionon, axetil axetilen, en,

OCOCH3v à các hoá chất cần thiết, hãy điều

 

O

β-Ionon

cchhế vitamin A.

OH

Vitamin A

 

 

Đáp án:  1.

PhCHO

Ph

CN-

Ph

O

PhCHO

Ph

PCC

OH

O

HBr 

PhCH2OH

O

Ph

Ph

PCC

Ph

1. Baz¬ 

O

Ph

OH

2.HCOOEt

Ph OH

Ph

1.Mg, ete

PhCH Br  2

Ph

Ph

Ph

O

Ph

Ph

2.

Ph

O

O

Ph

 

2. 

a. Lập luận tìm công thức cấu tạo c ủa xitral O

 Đimetyloct a-2,6-đienal   3,7- Đimetylocta  b. O

O

CH3COCH3/Ba(OH)2

ng ng tô tô

O

H2SO4

  ®ãng vßng

Xitral

β-Ionon  

c. +

O

O

O

H+

+

-H+

 

+

O  

O

β-Ionon

 

α-Iionon 

 

 Để  tách riêng 2 đồng phân c ấu t ạo là β-ionon và α -ionon, nguyên t ắc là chuy ển chúng thành hỗn

hợp các dẫn xuất ở  nhóm C=O r ồi k ết tinh lại trong dung môi thích h ợp, khi ấy 2 dẫn xuất có độ tan khác nhau s ẽ được tách riêng ra. Sau cùng, chuy ển 2 dẫn xuất tr ở lại 2 xeton ban đầu, ví dụ  β -Ionon

 -Ionon

H2 NNHCSNH2

 

β-Ionon thiosemicacbazon

-Ionon thiosemicacbazon

β -Ionon thiosemicacbazon

 H+  thuû ph©n

β-Ionon

 -Ionon thiosemicacbazon

 H+  thuû ph©n

 -Ionon

KÕt tinh l¹i  trong etanol

β -Ionon thiosemicacbazon

-Ionon thiosemicacbazon

 

 

d.

OH O    NaC CH

PPh3

O

C C

1. Li/NH3 (khö  C  C) + 2. H  (chuyÓn vÞ OH)

H

3. PBr 3 (thÕ OH)

Br 

1. Ph3P 2. C4H9Li

OCOCH3

OCOCH3

 Wittig

 NaOH

thuû ph©n

Vitamin A

 

K ỳ thi l ập độ i tuyển quố c tế  năm 1.  Cho sơ đồ chuy ển hoá sau:

2009  

CH3 HO

O OMe

HIO4/H2O

 O A g   22    / /   I  C  H 3

CH2OH

C6H12O5  B

OH OH A

C8H16O5 C

H   2    /    N  i    , t  o  C  

H

OCH3 O

H3C

H CH2OH

a. Viết công thức c ấu trúc c ủa  A  (có biểu diễn c ấu hình c ủa từng nguyên t ử cacbon bất đối). A thuộc dãy nào (D hay L) và dạng α -glicozit hay β-glicozit?   b. Viết công thức c ấu tạo c ủa B  và C biết r ằng B  không chứa nhóm cacbonyl. Gi ải thích s ự t ạo thành B.

c. Vì sao B không chứa nhóm cacbonyl mà vẫn bị kh ử bởi hiđro?  2. Hợp chất  A có công thức:

Hãy gọi tên  A v  vàà ch cho bi bi t  A  có bao nhiêu dạng c u trúc trúc khôn khôngg gian gian tương đối bền, các   dạng đó khác nhau về các y ếu tố lập thể nào? Hãy

viết công thức cấu trúc c ủa hai dạng tiêu biểu, có ghi đầy đủ các ký O

hiệu lập thể thích hợp.

 

Đáp án:  1.a. Cấu trúc c ủa A là

Nó thuộc dãy L, loại β -glicozit.

O OMe

HO CH3

OH

OH

  b. Sau khi phản ứng với HIO4, một nhóm anđehit bị  hiđrat hoá hoá tthành hành gem điol, chất này t ạo vòng với nhóm anđehit anđe hit thứ t hứ hai, tiếp theo là phản ứng metyl hoá.

   

O OMe

HO CH3

O OMe

HIO4 H2O

HC CH3 O

HC CH3

A

O OMe HC CH3

CH3I

HO O

CH HO OH

OH

OH

O OMe

CH

Ag2O

MeO O

OH

B

CH C

OMe

 

c. Dưới tác dụng c ủa nhiệt, B mở vòng, bị  đehiđrat hoá trở l ại anđehit và do đó bị  kh ử. 2. A là: 6-metyl-2-p-tolylhept-4-en-3-on

Có 8 dạng c ấu trúc không gian tương đối bền, chúng khác nhau về  các y ếu tố: c ấu hình R/S, c ấu hình E/Z và c ấu dạng S-cis /S-trans . Ar 

H

(S)

H

Ar 

O

(E)

(R)

O

(Z)

S-trans

S-cis

 

t rong các kỳ  thi Ol Ol ym ympic pic Hóa họ c quố c t ế  A.   Bài t ập trong Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  38 8 năm

200 6 

Quang in là quá trình s ử dụng trong m ột thiết bị có sử dụng chất bán dẫn để chuyển khuôn m ẫu từ mạng che quang đến bề mặt chất nền. Trong m ột quá trình quang in bình thường thì ánh sáng được chiếu qua m ột m ạng để định rõ các đường nét c ụ thể c ủa vật r ồi chuyển vào lớp mỏng silic được ph phủ một lớp mỏng chất c ản quang. 1. Chất cản quan s ớm nh nhất hoạt động chủ yếu dựa vào các phản ứng quang hóa sinh ra các tiểu phân trung gia t ừ các bis(aryl azit). Quá trình in in xảy ra dựa vào các c ác liên kết nối mạch của các nitren sinh ra từ các azit này. SO3- Na+

h

 N3  N3

reactive intermediate called as nitrene

+ 2 N2

+Na -O3S

Bis(aryl azide)

 

1-1. Vẽ hai c ấu trúc Lewis c ủa CH3-N3, là hợp chất đơn giản nhất có c ó cùng nhó nhóm m cchhức hoạt động như của bis(aryl azide). Định rõ các điện tích hình thức. 1-2. Vẽ c ấu trúc Lewis của nitren sinh ra từ CH3-N3.

 

1-3.

Vẽ  cấu trúc c ủa hai s ản phẩm có thể có khi cho nitren sinh ra t ừ CH3-N3 phản ứng với khí etylen (CH2CH2).

2. Chất c ản quang bao gồm các đoạn m ạch polymer polymer Novolak ccóó thể thay đổi tính tan bằng cách dùng axit. Hợp phần axit có thể  được sản xuất bằng cách quang hóa diazonaphthaquinone. Trên thực tế, “Novolak” đại diện cho c ho các chất c ản quang “dương” trong cuộc cách m ạng vi điện tử hiện đại. OH

Novolak

n

  Khi chiếu xạ diazonaphthaquinone quang phân r ồi chuyển vị để t ạo thành axit CH3

cacboxylic. O

CO2H  N2

h

carbene intermediate

O

S

rearranged

+ N2

intermediate

O

+ H 2O O

OR 

S

O

OR 

Diazonahpthaquinone

 

derivative

2-1. Vẽ ba cấu trúc Lewis c ủa diazoaxetandehit (xem dưới), hợp chất đơn giản nhất có cùng loại nhóm chức như diazonaphthaquinone. Định rõ đđiệ iện tích hình thức. O H-C-CHN2 

diazoacetaldehyde 2-2. Vẽ m ột cấu trúc Lewis Lewis của trung gian chuyển vị  A A (xem (xem dưới) sinh ra từ  diazoaxetandehit sau khi m ất N2. Chất A thỏa mãn quy tắc octet và phản ứng với nước để tạo thành axit axetic CH3CO2H. O H

carbene CHN2

 _ 

 N2

intermediate

A

CH3COOH H2O

 

3. Các chất cản quang hiện đại hơn đã được phát minh vào năm 1982 dựa vào s ự  khuếch đại hóa học. Hóa Hóa ch c hất khuếch đại thông dụng nhất với các chất có ảnh hướng dương bao gồm xúc tác axit cho sự loại bỏ nhóm bảo vệ c ủa nhựa poly(p-

 

hydroxystyrene) do chúng được bảo vệ bằng các nhóm nhạy với axit như tbutyloxycarbonyl (t-BOC). n

O

O

 

O

Sự phân hủy nhiệt c ủa các este cacbonat thường xảy ra tốt ở nhiệt độ  cao hơn 150oC. 3-1. Hai cơ chế khả  thi được đề nghị cho phản ứng phân hủy có năng lượng hoạt hóa cao này. Hãy vẽ cấu trúc các trung gian có thể có và s ản phẩm phản ứng. + +

 pericyc lic trans. state O

O O

CH3

B

+ O

O

CH 3 CH 2

OH

H

+ O

O

C

OH

D

O

B

H

+

+

+ heterolytic cleavage

E

+

_ O

C

 

3-2. Trong s ự có mặt c ủa vết axit thì phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ dưới 100oC. Vẽ  cấu trúc trung gian F sinh s inh ra từ quá trình khuếch đại hóa học s ử dụng t-BOC.

 

n

n

+

n

C

+

H

 

O

F

OH OH

O O

+

O

O

D

B

+

H

+

 

Đáp án:  1-1.

Các c ấu trúc

:   H3C

N

+

  :   _   

N

N

:   N :  

 _ 

   :

 

H3C

+

N

N

   :

 

:   H 3C N :    

1-2. 1-3.

:   H3C

CH2

:  

N

H3C

CH2

N H

H C CH2

 

2-1.  _ 

 _  :   

O

 

    :

+ N

H

:   

N    :

    :

O

+

:      

N

: O :

+

N H

H

:     _ 

H

:    

C

CH2

 :

H

H

O   :

N

N

2-2.

3-1.

 :

   :

 

 

 

H 3C

CH3

+

CO2

H2C CH3

_

CH3

H 3C

B

 

O

D

C

O

O

 

E

 

3-2. n

O

O OH +

F

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  38 8 năm

Cam thảo (Glycyrrhizia. Uralensis)

 

200 6

Rễ cam thảo

Hương liệu được chiết ra từ r ễ cam thảo ngọt hơn đường kính khoảng từ 50 – 150 lần. Thành phần quan tr ọng nhất và có c ó lượ lượng nhiều nhất, thể hiện tính ngọt và dược tính c ủa cam thảo là glycyrrhizin (C42H62O16).  Để trung hòa Glycyrrhizin c ần 3 mol NaOH. Khi thủy phân glycyrrhizin trong môi trường axit thu được axit Glycyrrhizinic  ( A  A (C 30H46O4))

và B  (C6H10O7) với tỉ   llệ mol 1:2 (sơ đồ 1).

 

Sơ đồ 1. HOOC

glycyrrhizin

HCl

(C42H62O16)

H2O

O

+

H

2 B (C6H10O7)

H HO H A (Glycyrrhizinic acid)

  Khi metyl hóa hoàn toàn glycyrrhizin bằng metyl iodua (MeI) r ồi thủy phân s ẽ cho A’ (metyl glycyrrhizinate), C và D (sơ đồ 2). B, C và D tồn tại ở dạng hỗn hợp các đồng phân anomer. Sơ đồ 2. glycyrrhizin (C42H62O16)

i) MeI, Ag2O A' (C31H48O4)

ii) HCl / H2O

+

 C (C9H16O7)

+

 D (C10H18O7)

 

Metyl hóa C và D bằng MeI MeI ch choo hỗn hợp các đồng phân (ký hiệu J) (sơ đồ 3.) Sơ đồ 3. MeI, Ag2O

C (C9H16O7)

MeI, Ag2O

 J (C11H20O7)

D (C10H18O7)

 

Khử C bằng LiAlH4  cho K  và L  được sinh ra bằng cách khử K . Oxy hóa c ắt mạch vic-diol L   bằng NaIO4 cho M cùng với 2 mol fomandehit. Khử M thu được N. Cấu trúc và lập thể c ủa N được xác định bằng cách tổng hợp N từ axit D-(-)-tartaric bằng cách metyl hóa r ồi khử tiếp nối (sơ (s ơ đđồồ 4). Phổ 1H-NMR c ủa L  cho thấy có hai tín hiệu metyl riêng biệt (L không có tính đối xứng) Sơ đồ 4. H2, Raney-Ni

LiAlH4

C (C9H16O7)

K (C8H16O6)

L (C8H18O6)  NaIO4

H2, Raney-Ni

N (C6H14O4)

M (C6H10O4)+ 2 HCHO

LiAlH4 OH

OMe COOH

HOOC

COOMe MeOOC

OH

MeI, Ag2O

OMe

1. Hoàn chỉ nh nh c ấu trúc trúc c ủa L , M, và N .

 

 

2. Có bao nhiêu c ấu trúc trúc ccóó thể có của C thỏa mãn? Vẽ  các cấu trúc đó.

 Để xác định chí c hính nh xác c ấu trúc c ủa C thì người ta tiến hành m ột số phản ứng sau:  J được kh khử thành E, thủy phân E trong môi trường axit cho F. Khử F cho G, và oxy hóa G  bằng NaIO4 cho H cùng với sự tạo thành một molt fomandehit. I nhận được bằng cách khử  H. Trong tất c ả các chất từ A  A  đến I, chỉ  duy  duy nhất I quang hoạt (sơ đồ 5). Sơ đồ 5 J (C11H20O7)

LiAlH4

H2, Raney-Ni

HCl

E (C10H20O6)

G (C9H20O6)

F (C9H18O6)

H2O

 NaIO4 H2, Raney-Ni

I (C8H18O5)

H (C8H16O5)

+ HCHO

 optically inactive inactive

 

3. Xác định cấu trúc các chất từ G đến I. 4. Trong tất cả các c ấu trúc trúc c ủa C đã vẽ ở câu 10-2 thì cấu trúc nào phù hợp ? 5. Xác định cấu trúc c ủa B, D, và J . 6. Xác định cấu trúc Glycyrrhizin.

Đáp án:  1. N

M

L CH2OH

CHO

CH2OH

MeO

MeO

H

OMe

H

CH2OH

H

H

OH

H

MeO

H

OMe

H

OMe

H

OH

CHO

 

  CH2OH

2.

 

 

2

Số cấu trúc khả thi

2 

1 COOMe

H

O H

 

O

H(OH)

H

H

 

H(OH)

COOMe H

OH

OMe

OMe

OH(H)

OMe

OH

H

OH(H)

OMe

H

 

H

3. G

I

CH2OH CH2OH OMe

H

H MeO

OMe

H OMe

H

H

OMe

OMe

H

H

OH

CH2OH CH2OH

4. Cấu trúc 1 là c ấu trúc đúng 

 

 

 

 

5. B COOH

O

 

H

H(OH)

H H

OH

OH(H)

OH

OH

H

  D 

J 

COOMe

COOMe

O

 

H

O

H(OH)

 

H

H(OMe)

H

H H

H OMe

OMe

OH(H)

OMe

OMe(H)

OMe

OMe

H

OMe

H

 

6. HOOC

O H H COOH O O

OH

H

OH COOH O

O

OH OH OH

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  38 8 năm

200 6

 

 

Sinh tổng hợp axit shikimic là quá trình quan tr ọng ọng để tạo thành các aminoaxit, ancaloit hay các hợp chất dị vòng thiên nhiên. Tự nhiên chuyển hóa axit shikhimic thành axit chorismic qua một loạt ccác ác ph phản ứng enzym. Sau đó enzym chorismate mutase xúc xúc tác cho sự  chuyển hóa axit chorismic thành axit prephenic ở phần nhánh đối với sự sinh tổng hợp các aminoaxitit thơm như tyrosin và phenylalanin. aminoax O CO2H

COOH  pyruvic acid  acid 

CO2H Chorismate mutase Prephenic Acid 

OH

HO

O

OH 1

2

3

2H2O

OH Chorismic Acid 

Shkimic Acid 

1.

COOH

 

Trong quá trình chuyển hóa axit shikimic thành axit chorismic có xảy ra quá trình dehydrat hóa. Cho biết nhóm hydroxyl hydroxyl nào trong axit sshikhimic hikhimic sẽ bị m ất đi đi trong quá trình này.

2.

Enzym chorismate mutase chuyển vị axit choris chorismic mic thành axit prephenic mà kh không ông làm thay đổi công thức phân tử. Axit chorismic chuyển thành axit prephenic qua sự  chuyển vị  Claisen là quá trình đồng bộ pericyclic như chuyển vị Cope biểu diễn dưới đây: D

D

D

D

D

D

 

Dựa vào các dữ kiện phổ hãy xác định cấu trúc axit prephenic. H-NMR (D2O, 250 MHz):   6.01 (2H, d, J = 10.4 Hz), 5.92 (2H, dd J = 10.4, 3.1 Hz),

1

4.50 (1H, t, J = 3.1 Hz), 3.12 (2H, s). Lưu ý rằng trong axit prephenic có 3 proton trao đổi r ất nhanh với D2O và hai proton ở  3.12 có s ự trao đổi ch ậm. 13C-NMR (D2O, 75 MHz):   203, 178, 173, 132 (cho hai cac cacbon bon khô không ng phân biệt được), 127 (cho hai cacbon không phân biệt được), 65, 49, 48.   , độ chuyển

dịch hóa học; H, tích tích phân; d, mũi đôi; dd, mũi đôi đôi; J, hằng s ố ghé  ghép; p; t,

mũi ba; s,mũi s ,mũi đđơn ơn 

 

  Chorismate mutase được cho là bền hóa tr ạng thái chuyển tiếp trong chuyển vị Claisen. Như vậy nó là m ột hình m ẫu quan quan tr ọng trong việc tạo các chất ức chế. Các Các cchhất ức chế, hay còn c òn gọi là chất mô phỏng tr ạng thái chuyển tiếp (TSA) có c ấu trúc giống tr ạng thái chuyển tiếp (TS, các chất nằm trong dấu “[ ]” ) của các phản ứng được thiết kế để  chiếm tâm hoạt hóa. Một s ố chất ức chế đã được thiết kế và tổng hợp, và trong s ố  chúng có 8 chất ức chế mạnh enzyme. enzyme. Chỉ   ssố I IC C50 (nồng độ ch  c hất ức chế có  c ó thể làm giảm 50% hoạt tính enzym) càng thấp thì chất ức chế càng tốt. CO2H CO2H OH   1 IC50 = 2.5 mM

CO2H

CO2H

CO2H

CO2H

CO2H

  3 IC50 = 0.78 mM

HO2C

HO2C O

CO2H

OH   6 IC50 = 0.017 mM

CO2H

  5 IC50 = 5.3 mM

Ha

Ha

3.

  4 IC50 = 1.1 mM

CO2H

O

 

HO OH

OH

OH   2 IC50 = 1.3 mM

CO2H

CO2H

CO2H

OH   7 IC50 =0.0059 mM

O

OH   8 IC50 = 0.00015 mM

 

Chọn ý đúng trong s ố các ký sau khi khi nói về cấu trúc và giá tr ị I IC C50 c ủa các chất ức chế. (a) Cấu hình c ủa nhóm hydroxyl đóng vai trò quan trọ ng trong tr ạng thái chuyển tiếp và xây dựng c ấu trúc chất ức chế. (b) Sự hiện diện của các nhóm cacbox c acboxyli ylicc r ất quan tr ọng trong c ấu trúc tr ạng thái chuyển tiếp và xây dựng cấu trúc chất ức chế.

 

(c) Tr ạng thái chuyển tiếp của chất phản ứng chứa hai vòng sáu c ạnh với một vòng c ấu dạng ghế và m ột vòng c ấu dạng thuyền xoắn. (d) 7 và 8 có thể được phân biệt dựa trên dữ kiện phổ  1H-NMR của Ha. 4.

Vẽ c ấu trúc tr ạng thái chuyển tiếp của bước chuyển hóa axit chorismic thành axit prephenic dựa trên c ấu trúc TSA và các c ác giá tr ị I IC C50.

5.

So sánh với các quá trình cchuy huyể hóa nhiệt không xúc tác thì enzym chorismate mutase tăng tốc chuyển hóa axit chorismic thành axit prephenic gấp 1.0 x 106 l ần ở  25oC bằng cách c ách hạ thấp năng lượng hoạt hóa c ủa phản ứng. Tính độ giảm năng lượng hoạt hóa c ủa chorismate c horismate muta mutase se ở 25oC. H≠không xt  là 86,900 J/mol với sự chuyển hóa nhiệt axit chorismic thành axit prephenic. Ở nhiệt độ nào thì vận tốc c ủa phản ứng nhiệt không xúc ttác ác bằng với phản ứng dùng xúc tác enzym ở 25oC, cho r ằng Ea = H≠.

Đáp án: 

1. 3 2. Cấu trúc COOH HOOC

O

OH

3. a, c, d 4. Tr ạng thái chuyển tiếp

 

 

5. Áp dụng phương trình Arrehnius đối với phản ứng xúc tác enzym. exp ((--Ea, không xt / RT) kxt /k không xt  = A exp (-Ea, xt  / RT) / A exp = exp [-Ea, xt-không xt / RT] = exp [-Ea, x t-không xt (J/mol) / (2,480 J/mol)] = 106  Như vậy, -Ea, xt-k hông xt  = 34,300 J/mol kxt, T/k không xt, 298 = exp (-H≠ không xt  / RT) / exp (-H≠không xt / 298R)

= exp [(-H≠ không xt /R)(1/T-1/298)] ln(kkhông xt, T/kkhông xt, 298 )  = 13.8 = [(-86900/8.32)(1/T-1/298)] Như vậy, T = 491 K, or 218oC  39 9 năm Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3

200 7

Một hỗn hợ p X  đồng s ố mol c ủa ba chất lỏng h ữu cơ  A, B, C  được x ử  lý với nước có một giọt axit clohydric và sau khi đun nóng rồi loại nước thu đượ c hỗn hợ p có t ỉ   ll ệ s ố mol c ủa axit axetic và etanol

là 1:2, không có chất nào khác. Thêm vào h ỗn hợp sau loại nướ c hai giọt axit sunfuric đặc làm xúc tác (cho t ừ  một đến hai giọt) và sau khi đun hồi lưu mộ t thời gian dài thu đượ c D là một cchhất l ỏng dễ  bay hơi có mùi dễ  chịu với hiệu suất 85%. Chất D khác với  A, B , C. 1.1  Vẽ c ấu trúc chất D?  1.2  Hợ p chất D thuộc ch phương án cho c ho trong trong phiếu tr ả l ờ i.i. c hứ c nào?  Chọn đáp án đúng từ   các phương 1.3 Thậm chí ngay c ả  khi nếu đun hồi lưu lâu gấp đôi thờ i gian thì hi ệu suất tạo thành D  vẫn không thể  vượ t quá 85%. Tính hiệu suất t ạo thành D  nếu s ử   dụng t ỉ   lệ  1:1 (về  s ố  mol) hỗn hợ p c ủa etanol và axit axetic. Cho r ằng: a) thể  tích không thay đổi trong suốt ti ến trình phản ứ ng; ng; b) t ất c ả các yếu t ố 

ảnh hưởng khác như hiệu ứng dung môi, không tăng thể tích, biến đổi nhiệt độ… có thể b ỏ qua đượ cc.. Nếu không thể  có một sự   tính toán định lượng thì hãy ước lượ ng ng xem hiệu suất s ẽ: a) gi ữ   nguyên (85%); b) cao hơn 85%; c) thấp hơn 85%.  

Phổ 1H NMR c ủa các hợp chất  A, B, C nhìn khá giống nhau, chúng đều cho vân đôi, vân ba và vân bốn với tỉ   llệ  cườ cường ng độ độ  tích phân tương t ương ứng là 1:3:2. Cũng hỗn hợp X này được tiến hành thủy phân trong kiềm.  A không có biến đổi và được tách ra.

Dung dịch còn l ại được được đun sôi nhẹ cho hỗn hợp axit axetic và etanol vớ i tỉ   llệ  s ố mol 2:3 và và có khí thoát ra. Hỗn hợp X (3.92 g) được hòa tan trong dietyl ete và b ị hydro hóa bằng xúc tác Pd trên ch ất mang cacbon. Phản ứng này hấp phụ  0.448 L khí hydro (điều ki ện chuẩn), nhưng khi phân tích sản phẩm

 

phản ứng thì người ta nhận thấy vẫn còn nguyên hai chất  A v  vàà C  (tổng c ộng 3.22 g) trong đó không có chất B cũng như bất k ỳ  chất hữu cơ nào khác ngoại tr ừ dietyl ete.   2.1 Xác 2.1  Xác đị nh nh và vẽ c ấu trúc c ủa A , B, và C. 2.2 Hợ p chất trung gian nào đượ c hình thành khi th ủy phân C  trong axit, và thủy phân B trong kiềm?

Phản ứng c ủa B  hay C  vớ i axeton (trong s ự  có mặt c ủa bazơ) sau đó axit hóa bằ ng HCl loãng khi đun nóng nhẹ  đều cho cùng m ột s ản phẩm là axit senexioic (SA ) là một chất hay gặp trong t ự nhiên. Người ta còn có thể  nhận được axit này t ừ axeton bằng cách x ử  lý nó trong HCl đặc r ồi oxy hóa ti ếp

sản phẩm trung gian bằng iot trong ki ềm. Phản ứng oxy hóa này ngoài s ản phẩm chính là muối natri của axit senexioic thì còn có m ột kết t ủa vàng c ủa chất E  (xem hình dưới).

1. Me2CO/base

B  or C

O

2. HCl, t 1. HCl cat.

SA C5H8O2

SA (sodium s alt) + E

(1)

(2)

2. I2, NaOH

  3.1  Xác đị nh nh c ấu trúc c ủa axit senexioic và vẽ  sơ đồ  phản ứ ng ng d ẫn đến s ự   t ạo thành muối natri c ủa axit này t ừ  axeton.   axeton.

3.2  Xác đị nh nh c ấu trúc c ủa E.

Đáp án:  1.1. Etyl axetat   1.2. Ester   1.3. Có thể  ước lượng g ần đúng hiệu suất khi gi ả  thiết r ằng phản ứng đang ở trang thái cân b ằng

và hằng s ố  cân bằng này không chịu ảnh hưởng c ủa nhiệt độ  và thành phần hỗn hợp phản ứng.

K  =

[ AcOEt ][H 2 O] [ AcOH][ EtOH ]

=

(0.85) 2 0.15 1.15

= 4.2  

Sử  dụng giá tr ị  hằng s ố cân bằng này để tính toán hi ệu suất vớ i t ỉ   ll ệ các chất phản ứng là 1:1 cho k ết quả 67%

 

2.1. Cấu trúc c ủa các chất A, B và C  OEt  

OEt

COOEt COOEt  

OEt OEt

HC≡COEt 

 

CH2(COOEt)2  etoxyaxetylen, etynyletyl ete 

CH3C(OEt)3

dietyl malonat  

triethyl orthoaxetat, 1,1,1trietoxyetan    A  

B 

C 

2.2.

COOEt H+/H2O

COOH  

COOEt

COOH

t

 

–  CO  CO2

CH3COOH + C2H5OH

C

  OEt OH – /H  O 2

OH

O

OEt

OEt

OH – /H2O

CH3COO –   + C2H5OH

B

 

3.1. Chỉ   tt ừ axeton thì quá trình t ổng h ợp bao gồm các giai đoạn ngưng tụ aldol, dehydrat hóa và

iodofom: 2

  O

 

H+ HO

O

O

H+ -H2O

I2/OH – 

O OH

 

3.2. Cấu trúc c ủa E: iodofom hay triiodometan CHI 3 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  39 9 năm

200 7

Cholesterol là một chất lỏng có nhi ều trong cơ thể  s ống. Sự phá vỡ quá trình trao đổi ch ất c ủa nó dẫn đến chứng xơ vữa động mạch và các bệnh lý nguy hiểm liên quan.

Các chất Х  và Y  là hai chất trung gian quan tr ọng trong quá trình sinh t ổng h ợp cholesterol trong cơ thể động vật. Х  là một axit monocarboxylic quang ho ạt và đượ c t ạo thành t ừ  ba nguyên t ố. Nó được t ạo thành trong cơ thể  s ống t ừ  (S)-3-hydroxy-3-metylpentandioyl-coenzym A (HMG-CоА). Phản ứng này được

xúc tác bằng enzym Е1  (nó xúc tác cho hai lo ại phản ứng khác nhau) và nướ c không tham gia vào phản ứng này với vai trò là cơ chất. Х  bị  chuy ển hóa tiếp thành Х1 qua một quá trình ba bướ c c ần

 

các enzym E2, E3, E4, với mỗi enzym xúc tác cho m ột loại phản ứng duy nhất. Cuối cùng, Х1  tự  phân hủy (không nhờ   enzym) thành isopentenyl pyrophosphate (3-metylbut-3-enyl diphotphat, IPP) và các s ản phẩm vô cơ:   HO

S O

CoA

E1

X

OH O

E2, E3, E4

X1 *

Scheme 1

HMG-CoA

O OO P P O * O OO IPP

  1.1  Trong tờ  phi  phiếu tr ả lờ i, i, chọn k iểu phản ứng đượ c xúc tác b ở i Е 1 và Е 3. 1.2  Vẽ  c ấu trúc c ủa chất X  với đầy đủ  các chi ti ết về l ập thể và chỉ  ra  ra c ấu hình tuyệt đối (R hay S) c ủa các trung trung tâm lập thể.

Y  là một hydrocarbon m ạch hở  không no. Nó bị  ozon phân để  t ạo thành hỗn hợ p chỉ   chứa ba chất

hữu cơ là Y1, Y2 và Y3 với tỉ   lệ  2:4:1. Y  được tạo thành sau m ột loạt các phản ứng ghép mạch c ủa hai chất đồng phân là IPP and dimetyl allyl pyrophotphat (3-metylbut-2-enyl diphotphate, DAP) ti ếp là sự  khử  nối đôi trong sản phẩm phản ứng ghép đôi cuối cùng Y5. Nguyên t ử  cacbon c ủa IPP và DAP tham gia vào s ự tạo thành liên k ết C-C trong quá trình sinh t ổng hợp Y được đánh dấu *. O

P

O

* O O-

P

  O-

O- O

DAP

  2.1 Viết phản ứ n ng g chung c ủa phản ứ n ng g ozon phân DAP, nếu s ử  d  dụng tác nhân khử  là  là dimetyl sunfua. s unfua.  Sản phẩm cuối c ủa chuỗi phản ứng ghép mạch (hydrocarbon Y5) được tạo thành khi gắn hai đoạn hydrocarbon (R) c ủa trung gianY4: O

O

+2H

2 R O P O P OOO-

Y5

R R

Y

Y4

2PPi

Scheme 2

Ở  mỗi giai đoạn ghép mạch tr ừ  bước ở   Scheme 2 thì pyrophotphat được giả  i phóng cùng với s ản

phẩm ghép mạch theo t ỉ  l lệ 1:1. 2.2  Xác đị nh nh công thứ c phân t ử   c ủa Y, nếu bi ết r ằng Y2  Y2  và Y3  Y3  tương ứ ng ng chứ a 5 và 4 nguyên t ử   carbon.

2.3  Tính s ố  phân t ử   IPP và DAP c ần để  tạo thành Y5, Y5, nếu bi ết r ằng t ất c ả  các cacbon trong các  pyrophotph  pyr ophotphat at đồng phân đề u có mặt ttrong rong Y. 2.4  Vẽ cấu trúc của sản phẩm phản ứng ghép mạch 1 phân tử IPP với 1 phân tử DAP (Liên kết C  -C) chỉ được hình thành bởi các nguyên tử cacbon mang dấu sao), nếu biết rằng ozon phân sản phẩm này cho Y1, Y1, Y2 Y2   và một sản phẩm khác chứa photpho.  

   

Nối đôi duy nhất bị  khử  c ủa Y5  trong quá trình sinh t ổng hợp chất Y  được hình thành ở  phản ứng được mô t ả trong Scheme 2. Biết t ất cả các liên k ết đôi trong Y  và Y4  đều có c ấu hình trans . 2.5 V ẽ c ấu trúc lập thể  hoàn chỉ nh nh của Y  và Y4. Y4.

Đáp án:  1.1 Е2-Е4  chỉ  xúc   xúc tác cho m ột loại phản ứng (và các phản ứng tương tự). Phản ứng duy nhất có thể  x ảy ra ba l ần trong một chuỗi là s ự  monophosphoryl hóa (tất c ả các kiểu phản ứng còn lại đều

không phù hợ p với chất đầu và s ản phẩm cuối). Điều này cũng được khẳng định b ằng s ự  hiện diện đoạn pyrophosphate trong IPP và s ự  giải phóng ra các s ản phẩm vô cơ (bao gồm c ả  các photphat vô cơ) trong quá trình tự phân hủy c ủa Х1. Х  là một axit monocaboxylic đượ c t ạo thành t ừ nguyên t ử  c ủa ba nguyên t ố: cacbon, hydro và oxy.

Nó không chứa lưu huỳnh trong CoA hay photpho được đưa vào các trung gian trong quá trình chuy ển hóa t ừ  HMG-CoA đến IPP hay hi ện diện trong CoA. Như vậy, Е1 xúc tác cho phản ứng loại CoA từ  HMG-CoA và không qua giai đoạn photphoryl hóa. Do nướ c không phải là chất phản ứng trong trường h ợp này nên s ự  giải phóng CoA phải đi kèm với một phản ứng khác liên quan đến nhóm cacboxylic đã đượ c este hóa trong HMG-CoA. Quá trình duy nh ất kkhhả thi ở  đây chính là sự kh ử  4e để  tạo nhóm hydroxyl. Е1  không thể  xúc tác cho phản ứng dehydrat hóa do tính chất quang học c ủa X 

(vi (việc loại nước dẫn đến s ự  mất trung tâm bất đối duy nhất). Cũng loại tr ừ luôn phản ứng decacboxyl hóa do Х  là một axit nên dĩ nhiên phải có nhóm chức này. S ự oxy hóa nhóm hydroxyl bậc ba trong HMG-CoA qua cơ chế oxy hóa β  cũng không khả thi. Một thông tin khác là nhóm cacboxyl kh ởi đầu cho s ự t ạo thành liên k ết thioeste hiện diện trong nhóm hydroxyl còn l ại trong IPP. Như vậy: Е1 

4,

Е3 

6

5

1.2. Dựa trên loại phản ứng mà E1 xúc tác và c ấu hình c ủa tâm l ập thể  trong HMG-CoA thì X  có c ấu trúc:

HO HOOC

(R)

OH   Х, mevalonic mevalonic acid

Lưu ý rằng c ấu hình ở tâm bất đối s ẽ  thay đổi do trong quá trình chuy ển hóa có s ự thay đổi về  độ  hơn cấp c ủa nhóm thế. S HOOC HO

(S)

  CoA

E1

HO HOOC

O

(R)

OH

 

 

2.1. Phản ứng xảy ra trong quá trình ozon kh ử:

H

  O-

O O P P  + O  +  O 3 + H3C S   CH3 O O O O-

O

+   O

OH3C   CH3 S O O P -O + P O O O O  

2.2. Phân t ử  DAP chỉ   chứa duy nhất một nguyên t ử  cacbon có khả  năng tham gia vào sự   tạo thành

liên k ết С–С trong quá trình sinh t ổng h ợ p chất Y. Bất chấp cách t ạo thành Y v  viiệc ozon phân chất này vẫn tạo ra dimetyl xeton (axetone). (Xem phản ứng ozon DAP ở   câu 7.2.1). Như vậy axeton có thể  được gán cho Y1, do nó chứa 3 nguyên t ử  cacbon (còn Y2  và Y3  chứa lần lượ t 5 và 4 nguyên t ử  cacbon). Lưu ý đến t ỉ  l lệ  tương đối giữa các s ản phẩm ozon phân ta có:

nY (C)= 2*nY1 (C)+4* nY2 (C)+ nY3 (C)= 2*3 + 4*5 + 4 = 30 Y  là một phân t ử  mạch hở   nên đoạn DAP chỉ  có   có thể tìm thấy ở  các đầu mút. Y ch ỉ  có hai đầu do IPP

chỉ  có   có hai vị  trí nối mạch (trong khi để  tạo mạch nhánh c ần có ít nhất ba vị trí). Do phản ứng ozon khử  một mol Y cho ra hai phân t ử axeton nên Y  s ẽ có 30 nguyên t ử carbon.  Để  xác định s ố  nguyên t ử  hydro c ần phải đếm s ố liên k ết đôi trong t rong Y. S ự t ạo thành mỗi liên k ết đôi sẽ 

làm giảm đi hai nguyên tử  hydro trong s ản phẩm ghép mạch so với tổng s ố  các nguyên t ử  ở   chất đầu. Tỉ   lệ  Y  trong t ổng s ản phẩm ozon phân c ủa nó là 1:7 (2+4+1), ứng với 6 liên k ết đôi trong Y. Như vậy bằng cách s ử dụng công thức tổng quát c ủa ankan ta có

n(H)= 2*nY (C)+2 –2*nc=c =30*2 + 2 - 6*2 6*2 = 50 Y (squalen) có công th ức  –  С30Н50.

Số nguyên tử cacbon 30 Số nguyên tử hydro 50

Tính toán: nY (C)= 2*nY1 (C)+4*nY2 (C)+ nY3 (C) (C)= = 2*3 + 4*5 + 4 = 30 Tính toán: n(H)= 2*nY (C)+2 –2*nc=c =30*2 + 2 - 6*2 6*2 = 50

Công thức phân t ử Y С30Н50 2.3  Các phân t ử  IPP và DAP là các đồng phân c ấu trúc chứa 5 nguyên t ử  cacbon. Do t ất c ả  các

nguyên tử  cacbon trong các ch ất này đều có trong Y, ta có thể  k ết luận s ố phân t ử IPP và DAP c ần để  t ổng hợp Y: n(IPP&DAP)= nY (C)/5=30/5=6 Số phân t ử DAP đã được xác định t ừ trước là 2. Như vậ vậy c ần có thêm 4 phân t ử I IPP PP nữa. n(IPP&DAP)= nY (C)/5=30/5=6 Số phân t ử DAP 2

S ố phân tử IPP  IPP 4

2.4  Tất c ả  các hướng k ết hợp khả  dĩ mà không làm thay đổi bộ  khung hydrocacbon đượ c cho ở  dưới

(không chỉ   ra mảnh pyrophotphat). Hai nhóm s ản phẩm sinh ra do s ự  khác nhau s ố  nguyên tử  cacbon trong quá trình ghép m ạch được phân ra bằng nét đứt. Mảnh IPP phải gắn vào mảnh DAP để  sự  ozon phân s ản phẩm dẫn đến s ự  tạo thành s ản phẩm Y2 có 5 nguyên t ử cacbon. Nếu không quan tâm chi ti ết lập thể  chỉ   có một đồng phân phù hợp, còn xét chi ti ết s ẽ  có hai đồng phân thỏa mãn.

 

 No

 No

*

* +

* +  No

 No

Yes

  (E)

O

O-

P OO O P O O  

or -O (Z)

O

 P

O-

 O

P OO O  

 Đồng phân ở trê  trênn là l à geranyl geranyl pyrophotphat pyrophotphat 2.5  Từ  phản ứng ghép mạch ở trên thấy Y4  chứa 15 nguyên t ử cacbon hay 1 mảnh DAP và 2 m ảnh

IPP, các mảnh phải được gắn vào nhau. M ột lưu ý quan tr ọng là Y3  không được tìm thấy trong hai đoạn mạch hydrocacbon sinh ra t ừ  Y4 do Y3  là s ản phẩm ozon phân Y  vớ i t ỉ   lệ  1:1. Như vậy geranyl

photphat là trung gian c ủa quá trình t ạo thành Y  (tất c ả  các nối đôi đều có c ấu hình trans ). Việc gắn thêm một mảnh IPP vào geranyl photphat d ẫn đến s ự  tạo thành s ản phẩm chứa 1 phân t ử  Y1  và 2 phân tử Y2  sau khi ozon phân. Như vậy c ấu trúc c ủa Y4 với đầy đủ chi ti ết lập thể là: (E)

(E)

O

O-

P OO O P O O   Y4, farnesyl farnesyl pyrophoyphat pyrophoyphat

Kết hợ p hai mảnh hydrocacbon trong Y4 và chú ý tớ i nối đôi ở   vị  trí nối mạch bị  khử thì chúng ta thu được cấu trúc c ủa Y: (E)

 

(E) (E)

 

(E)

  Y, squalen

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  39 9 năm

200 7

Phương pháp ATRP được áp dụng để  tổng h ợp hai copolymer khối P1 và P2. M ột kkhhối trong hai khối

copolymer là gi ống nhau và đượ c tổng hợ p từ  mono-(2-clopropionyl)-polyetylen oxit được s ử  dụng làm chất khơi mào đại phân tử: O O

CH3 58O

H3C

  Khối khác trong P1 ch ứa styren (C), và trong P2 đó là p-clorometylstyren (D). Cl

Phổ  1H NMR c ủa chất khơi mào đại phân tử, P1 và P2 được cho dưới đây. Cường độ  tích phân c ủa các tín hiệu tương ứng đượ c cho trong bảng đi kèm  1  Gắn các tín hi ệu 1H NMR NMR c ủa v ị   trí đánh dấu vào các đơn vị   c c ấu trúc cho dướ i. i. *

*

*

CH2 CH2

O

 

H

H

H

H

 

H

*

*

Cl

* H

Cl

 

H

H

 

* H

H

H

H *

 

2  Xác Xác đị nh nh t ỉ   llệ s ố mol c ủa các đơn vị   C và D, cùng vớ i k hối lượ ng ng phân t ử   c c ủa P1 và P2.  3  Vi ết tất c ả các phản ứ ng ng có thể  xảy ra trong bướ c hoạt hóa c ủa quá trình t ổng h ợ p P1 and P2. Có thể  s ử   dụng các ký hi ệu R để  chỉ   các phần không thay đổi c ủa các đại phân t ử, nhưng phải chú thích

rõ đã sử   d dụng k ý hiệu R cho phần c ấu trúc nào. 4  Vẽ  cấu trúc c ủa P1 và một c ấu trúc có thể  có c ủa P2, trong đó chuỗi đại diện cho poly(etylen oxit) đượ c bi ểu diễn b ằng một nét lượn sóng và các đơn vị   co-monomer đượ c ký hi ệu tương ứ ng ng là C và D.

 

Đáp án: 

Đáp án:  1  *

CH2

O

  c

* H

H

H

H

 

H

d

* H

H

H

H

 

*

e

* * H

a, b, g

*

CH2

Cl  

 

f

* Cl H

H

 

2   Xác đị nh nh phần mol c ủa các đơn vị   C và D và xác đị nh nh khối lượ ng ng phân t ử   c c ủa P1 và P2.  

Cường độ tín hiệu c ủa mũi b và g là 40.2, như vậy cường độ tín hiện cho 1 proton là 40.2/4/58=0.173 đối với phổ  c ủa polymer đồng trùng hợp. Cường độ tín hiệu c ủa mũi c là 13.0 ứng với 13.0/0.173=75 proton. Lưu ý phân tử  styren có 5 proton thơm nên DP (độ  polymer hóa) c ủa khối styren s ẽ là 75/5= 15.

Phần mol c ủa đơn vị st  styren yren trong trong P1 là 15/(15+58) 15/(15+58) = 20.5% Cường độ  c ủa mũi đa d là 10.4, ứng với 10.4/0.173=60 proton. Do m ỗi đơn vị  monomer pchloromethylstyrene có 4 proton thơm nên, DP của PCS là 60/4=15.

Phần mol c ủa D là 15/(15+58) = 20.5% M(P1) = 15.03+58x44.05+72.06+15x104.15+ 15.03+58x44.05+72.06+15x104.15+35.45 35.45 = 4240 M(P2) = 15.03+58 x44.05+72.06+15x152.62+35.45 = 4967  M(P1) = 4240

M(P2) = 4967

n(C)) = 20.5% n(C

n(D) = 20.5%

8.3.3  Tất c ả các phản ứng khơi mào có thể  xảy ra trong quá trình t ổng h ợ p P1 và P2.

P1: O O H3C

O CH3

 

O 58

+

(+)

Cu Cl(Ligand)k

O

 

 

H3C

O   58

Cl

+

CH

(+2)

Cu

Cl2(Ligand)k

CH3

R

R Cl

CH

+

(+)

Cu Cl(Ligand) k

 

+

(+2)

Cu

Cl2(Ligand)k

  Ở  đây ký hiệu R đượ c s ử  dụng để  chỉ   mảnh khơi mào đại phân t ử  với một hay nhiều đơn vị styren gắn vào.

 

P2: O O H3C

O CH3

 

O 58

+

Cu(+)Cl(Ligand)k

O

 

 

H3C

O   58

+

CH

Cl

Cu(+2)Cl2(Ligand) k

CH3

R

R Cl

CH

+

Cu(+)Cl(Ligand)k

+

 

Cl

Cu(+2)Cl2(Ligand) k

Cl

R

R Cl

Cl

+

+

Cu(+)Cl(Ligand)k

Cu(+2)Cl2(Ligand)k

CH2

Cl

 

Ở  đây ký hiệu R được s ử  dụng để  chỉ   mảnh khơi mào đại phân t ử  vớ i một hay nhiều đơn vị  p-

chloromethylstyrene gắn vào.

4  Cấu trúc c ủa P1 và một trong s ố các c ấu trúc có thể có c ủa P2

P1 là một polymer đồng trùng hợp kh ối gi ữa PEO P EO vvàà PS. Đoạn PS chứa 15 đơn vị. P2 là một polymer đồng trùng hợp kh ối đượ c t ạo thành giữa khối PEO và khối styren phân nhánh. Cường độ tích phân c ủa vân đa f là 2.75, so 2.75/0.173=15.9 ứng với 16 proton hay 8 nhóm clometyl. d) Nếu phân tử  P2 không phân nhánh s ẽ  chứa 15 nhóm clorometyl. Mỗi s ự phân nhánh s ẽ làm gi ảm số  lương nhóm này đi 1. Như vậy P2 s ẽ  có 15-8 = 7 nhánh. Mỗi c ấu trúc có 7 nhánh s ẽ chính xác nếu mỗi đơn vị  monomer liên k ết với khoảng t ừ 3 đơn vị monomer khác tr ở  xu ống. Р1

R

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Cl

 

 

Р2  Cl Cl

D D

Cl Cl

D

Cl

Cl

D D D

Cl

D Cl

R

D Cl

D D

Cl

D

Cl

D D

D

Cl

Cl

D

Cl

Cl

Cl

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 4  40 0 năm

200 8

Xác định c ấu trúc các hợp chất từ  A A-H  (không c ần quan tâm l ập thể) dựa vào thông tin cho trong sơ đồ  phản ứng sau:

 A

Pd + 5 H2

radical C

B

  ( C10H18 ) oxidation

(C10H18O)

ZnCl2

D

 H2O 1. O3

450°C

2. Zn/H+

Pd/C, 350°C H

 H2O,  8 H

1. Pd/H2 G

2. NaBH4

F

 

Na2CO3, 

 H2O

E

Hướng d ẫn:    

 A là m ột hydrocacbon thơm đã đượ c biết r ất rõ.

Dung dịch chất C trong hexan phản ứng với natri (quan sát thấy thoát khí), nhưng C không phản ứng với axit cromic. cromic.

 

Phổ 13C NMR chỉ  ra  ra r ằng D và E chỉ  chưa hai loại nhóm CH2.

 

Khi dung dịch chất E được đun nóng vớ i natri cacbonat s ẽ t ạo thành đầu tiên là một trung gian không bền, chất này dehydrat hóa cho F.

  

Đáp án:   A

B

C

D OH

H

G

F

E

HO

O

O

O

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 4  40 0 năm

200 8

Vinpocetine (Cav (Cavinton®, Calan®) là một trong s ố các loại dượ c phẩm bán chạy nhất thế  giới có nguồn gốc phát triển từ Hungary. Việc t ổng hợp nó được b ắt đầu từ tiền chất thiên nhiên c ủa nó là, (+)-vinc (+)-vincamine amine (C21H26N2O3) được phân l ập từ loại cây thân bò có tên khoa h ọc là vinca minor . Bướ c chuy ển hóa t ừ (+)-vinc (+)-vincamine amine về  vinpocetine đi qua qua hai bước sau s au đây. đây.  

N HO H3CO2C  

 

H

N

cat. conc. H2SO4 CH2Cl2

1. NaOH 2. C2H5Br   A

C2H5OH

B  (Vinpocetine)

C2H5

Vincamine

 

Tất c ả các hợp chất   A (A tới F) đều là các hợp chất tinh khiết quang học.   Thành phần các nguyên t ố trong  A là: C 74.97%, H 7.19%, N 8.33%, O 9.55%..  

a)

B  còn có 3 đồng phân l ập thể khác.

 Đề  nghị  c ấu trúc c ủa ti ểu phân trung gian  A và vinpocetine (B).

Những nghiên c ứu về  các chuyển hóa chất t ừ các loại dược ph ẩm đều công nhận vai trò quan tr ọng của chúng. Có bốn chuy ển hóa chất chính xuất phát t ừ  vinpocetine (B): C và D được tạo thành bằng phản ứng thủy phân hay phản ứng hydrat hóa, trong khi E và F là các s ản phẩm oxy hóa.

 

Hướng d ẫn:  

Tí Tính nh axit c ủa các chuy c huyển hóa chất gi ảm theo thứ t ự C >> E >> D. F thì không chứa nguyên t ử  hydro axit.

 

Mỗi ch ất C và E đều còn 3 đồng phân l ập thể khác, trong khi D và F mỗi ch ất đều còn đến 7 đồng phân l ập thể.

 

F t ồn t ại ở cấu trúc vòng năm cạnh lưỡ ng c ực và thành phần nguyên t ố c ủa nó tương tư E: C

 

72.11%, H 7.15%, N 7.64%, O 13.10%. Sự t ạo thành E từ B qua con đường electrophin.

 

b)

Sự t ạo thành D từ B vừa chọn lọc l ập thể  vừa đặc thù lập thể.  Đề  nghị  một c ấu trúc h ợ p lý đối với mỗi chuy ển hóa chất C, D, E và F!!

c) 

Vẽ c ấu trúc c ộng hưở ng c ủa chất B mà có thể giải thích đượ c s ự tạo thành đặc thù l ập thể  chất

D v  vàà s ự vắng mặt c ủa đồng phân l ập thể còn lại.

Đáp án: 

 

H

N

 

N

H

N

N

MeO2C

EtO2C

Et

Et

 A

B

H N

H

N

N

N

HO

HO2C

EtO2C

Et

Et

D ethyl vincaminate

C apovincaminic acid

Cả  hai đồng phân l ập thể quanh trung tâm b ất đối mới đều đượ c cchhấp nhận

HO H N EtO2C

H N

N EtO2C

Et

E  10-hydroxyvinpocetine

Ở  E thì nhóm OH có thể gắn ở bất k ỳ  vị trí nào trong vòng thơm 

 –

N +

O

Et

F vinpocetine N-oxide

 

Công thức lập thể B thỏa mãn yêu c ầu đề bài H

+  N EtO2C

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 4  40 0 năm

 – 

 N

Et

200 8

Phản ứng chuy ển hóa chính c ủa oxiran (epoxit) là phản ứng m ở  vòng. Điều này có thể đạt được bằng nhiều cách khác nhau. Vớ i xúc tác axit thì phản ứng xảy ra qua giai đoạn có c ấu trúc gần như cation (kiểu ion carbenium). Đối với oxiran thế thì s ự định hướ ng c ủa phản ứng m ở  vòng (ở  đó liên kết C-O bị 

phân c ắt) phụ  thuộc vào tính bền c ủa ion carbenium trung gian. Ion carbenium trung gian càng bền thì khả năng tạo thành nó càng cao. Tuy nhiên m ột ion carbenium mạch hở  (có c ấu trúc phẳng) chỉ   tt ạo thành nếu nó có dạng bậc ba, benzylic hay allylic.

 Đối với xúc tác tác bazơ thì liên liên k ết C –O nào ít bị  chắn không gian hơn sẽ ưu tiên bị c ắt.

Trongg toàn bài phải lưu ý đến lập thể. Để  mô t ả l ập thể c ủa s ản phẩm phải s ử dụng các ký Tron hiệu a)

để  mô t ả liên k ết và không dùng thêm gì khác.

Vẽ c ấu trúc chất phản ứng và s ản phẩm có thể t ạo thành khi cho 2,2-dimetyl- oxiran (1,2epoxy-2-metylpropan) phản ứng vớ i metanol ở nh  nhiiệt độ th ấp nếu quá trình được xúc tác bởi (i) axit axi t sunfuric sunfuric (ii) NaOCH3.

b)

Vẽ c ấu trúc c ủa s ản phẩm có thể t ạo thành khi vòng vòng epoxy c ủa dẫn xuất leukotriene sau b ị  mở 

vòng bởi một nhóm thiolat (RS –). O COOCH3 H3C

CH3

-

1. RS

H3C

+

2. H

  Những loại aluminosilicat axit có nhi ều lỗ x ốp khác nhau cũng có thể  được sử dụng để làm xúc x úc tác cho quá trình chuy ển hóa các ankyl oxiran. Bên c ạnh quá trình mở vòng thì sự dime hóa vòng vòng hóa cũng được quan sát thấy như là một quá trình phản ứng chính để  t ạo ra chủ  y ếu là các dẫn xuất c ủa

1,4-dioxan (Vòng 6 c ạnh no có hai oxy ở  hai vị trí 1, 4). c)

Vẽ các c ấu ttrúc rúc có khả  năng tạo thành nhất c ủa dẫn xuất 1,4-dioxane khi s ử dụng chất đầu là (S)-2-metyloxiran ((S)-1,2-epoxypropan). Đồng thời hãy đưa ra  c ấu trúc c ủa chất đầu.

   

Vẽ c ấu trúc c ủa dẫn xuất th ế 1,4-dioxan sinh ra khi s ử dụng epoxy ban đầu là

d)

(R)-1,2-

epoxy-2-metylbutan ((R)-2-etyl-2-metyloxiran). Đồng thờ i hãy đưa ra  c ấu trúc c ủa chất ban đầu.

Vẽ các c ấu ttrúc rúc các dẫn xuất tthhế c ủa 1,4-dioxan khi tiến hành phản ứng nàyvớ i hỗn hợp

e)

raxemic c ủa 1,2-epoxy-2-metylbutan (2-etyl-2-metyloxiran).

Đáp án:  a) 

2,2-dimetyloxiran 

CH3

HO

 

OCH3

 

H+

CH3

 

CH3OH

CH3

CH3

O

NaOCH3

CH3

CH3OH H3CO

 

OH

CH3

b) O

HO

COOCH3 H3C

COOCH3

CH3

-

1. RS

H3C

SR H3C  

CH3

+

2. H

H3C

 

c) H3C

O O H3C H3C

O

H

d) 

R)-1,2-epoxy-2-metylbutan:

O

H 3C

C 2H 5

H3C

O

or  O

CH3

 

  O

H3C H5 C2

O

O

H 5C 2 H 3C CH3 C2 H5

O

or

or

O

H3C H5 C2 C2 H5 CH3

O

or

H 5C 2

H C CH3

O H5 C2 CH3

C2 H5 CH3

 

O

H3C

O H3C

3

C 2H 5

 

O

H5 C2

C 2H 5

R,R

O

 

CH3

S,S

C2 H5

O

 

R,S

e) O

H 3C H 5C 2

O

or

O

H 5C 2 H3C CH 3 C 2H 5

O

or

H 5C 2 CH 3

O H5C2 CH 3

O

C 2H 5 CH 3

O

or

 

C 2H 5

O O

 41 1 năm Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 4

 

C 2H 5

O

H 5C 2

C2H5

O

 

CH 3

S ,S

C2H5 C H3 H3C

H 3C H 3C

R,R

O

H 3C H 5C 2

 

R,S

200 9

Một nhóm các thuốc chống HIV có tên gọi là các chất ứ c cchhế protease, tác dụng theo cách phong t ỏa tâm hoạt động c ủa một trong các enzym tham gia vào vi ệc phát tri ển virus trong t ế bào chủ. Hai loại ra dưới3 đây, chúng thuốc có hiệu quả  tên là saquinavir   và amprenavir , có đơn vị   c ấu trúc được nêu bắt chước tr ạng thái chuy ển ti ếp trong enzym. Trong công th ức c ấu trúc này, R1, R2 v  vàà R  có thể biểu

diễn bất kì nguyên t ử hoặc nhóm nào, ngo ại tr ừ hidro. 2 1 3

Có thể t ổng h ợp amprenavir theo sơ đồ nhiều bước như sau:  

 

  Tác nhân R2B-H dùng ở  bướ c một là đồng phân quang hoạt. S ản phẩm  A   được tạo thành là đối quang (S). 3 trong s ố các tín hiệu trên phổ  1H NRM c ủa Amprenavir bị  biến mất khi lắc nó với D2O là:  4,2 (2H),  4,9 (1H) và   5,1 (1H). Hãy vẽ  công thức: a) Của các chất trung gian  A, B, C, W, X, Y  và Z;  b) Của  Amprenavir. 

Trong công thức đáp án phải nêu rõ c ấu hình hóa lập thể ở mỗi tâm bất đối.

Đáp án:  Cấu trúc các chất và lập thể tương ứng như sau:  

 

  Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 4  41 1 năm

200 9

Tổng hợp nhựa epoxi trên toàn th ế  giới là một nền công nghiệp tr ị  giá hàng t ỉ   đô la. Nhựa epoxi là các chất k ết dính hi ệu quả  cao được tổng h ợp từ  phản ứng c ủa bis-epoxit với diamin. Hợp chất bisepoxit epo xit được điều chế t ừ H  và epiclohidrin C.

Các chất C  và H  được tổng h ợp theo các sơ đồ dưới đây.  

Tổng hợp epiclohidrin C bắt đầu từ phản ứng c ủa propen với clo khi có mặt c ủa ánh sáng. a) V ẽ các c ấu trúc c ủa A  và B. b) Vi ết công thức của một tác nhân thích h ợp dùng để chuyển hóa B thành epiclohidrin C.

Tổng hợp H  bắt đầu từ  phản ứng c ủa benzen vớ i propen khi có m ặt xúc tác axit cho D  là s ản phẩm chính, còn E  và F là s ản phẩm phụ. c) V ẽ các c ấu trúc c ủa D, E  và F suy t ừ các dữ li ệu sau: D:  Thành phần nguyên t ố: C 89,94%; H 10,06%; 6 tín hi ệu trong phổ  13C NMR E:  Thành phần nguyên t ố: C 88,82%; H 11,18%; 4 tín hi ệu trong phổ  13C NMR

 

F: Thành phần nguyên t ố: C 88,82%; H 11,18%; 5 tín hi ệu trong phổ  13C NMR.

Khi s ục oxi qua dung d ịch nóng c ủa D  thì t ạo thành G; cho G  ti ếp xúc với axit thu đượ c phenol (hidroxibenzen) (hidroxibenz en) và axeton (propanon). (propanon). G làm giấy t ẩm tinh bột-iot chuy ển t ừ tr ắng thành xanh s ẫm. G có 6 tín hi ệu trong phổ 13C NMR và các

tín hiệu sau đây trong phổ  1H NMR:  7,78 (1H, s); 7,45-7,22 (5H, m); 1,56 (6H, s); cho D 2O vào chất G  làm mất đi tín hiệu ở = 7,78. d) V ẽ c ấu trúc c ủa G. Cho phenol và axeton ti ếp xúc với axit clohidric thu được hợ p chất H. Phổ  13C NMR c ủa H được nêu ra ở  Fig. 1. Phổ 1H NMR được nêu ra ở Fig. 2 cùng với vùng phổ  từ  6,5 -7,1 ppm được phóng đại lên 4 l ần. Phổ  1H NMR thu được sau khi cho vào m ột giọt D2O được nêu ra ở  Fig. 3. Các pic c ủa dung môi được đánh dấ u sao (*). Fig. 1

*

Fig. 2

×4

*

*

Fig. 3

*

*

e) V ẽ c ấu trúc c ủa H. f) Vẽ một cấu trúc c ộng hưởng của phenol để  giải thích s ự chọn lọc vùng vùng tạo thành H.

Một hợp chất thứ hai I  cũng tạo thành trong phản ứng c ủa phenol với axeton. Phổ  13C NMR c ủa I có 12 tín hi ệu. Phổ  1H NMR c ủa nó có những tín hi ệu sau:

(8H,  7,50-6,51 (8H,

4,45 (1H, s); 1,67 (6H, s); Cho D 2O vào làm mất đi các tín hiệu ở   5,19 và 4,45. g) V ẽ c ấu trúc c ủa I.

m); 5,19 (1H, s);

 

  Phenol dư phản ứng với epiclohidrin C khi có mặt c ủa bazơ cho hợ p chất L , phổ 

13C

NMR c ủa nó 6

tín hiệu. Nếu ngừng phản ứng giữa chừng thì cũng có thể thu được các chất J và K. Chất L  được t ạo thành t ừ chất K, còn chất K  t ạo thành từ ch ất J .

h) V ẽ các c ấu trúc c ủa J, K và  và L .

Xử  lí H  với một lượng dư epiclohidrin C  và bazơ cho một monome bis-epoxit M. Chất M không chứa các nguyên t ử clo hoặc các nhóm OH. i ) Vẽ c ấu trúc c ủa M.

Xử  lí H  với một lượng dư nhỏ  epiclohidrin và bazơ   tạo ra N. Chất N  có dạng: nhóm cu ối 1-[đơn vị  l ặ p l ạ i ]n -nhóm cu ối 2, với n  x ấp x ỉ  10-15.   10-15. Chất N không chứa nguyên t ử clo và có một nhóm OH trên mỗi đơn vị  momome lặp lại.  j)  j ) Vẽ c ấu trúc c ủa N  ở  dạng nêu trên.(nhóm cu ối 1-[đơn vị l ặ p l ạ i ]n -nhóm cu ối 2). k)

Vẽ  đơn vị  lặp lại c ủa polime nhựa epoxi O  được tạo thành từ  phản ứng c ủa bis-epoxit M  với

etan-1,2-diamin.

Đáp án:  a) Cấu trúc c ủa A và B

b) NaOH loãng hoặc một s ố tác nhân khác thích h ợp c) Cấu trúc c ủa D, E và F

d) Cấu trúc c ủa G

 

  e) Cấu trúc c ủa H

f)

Một c ấu trúc c ộng hưởng

g) Cấu trúc c ủa I

Cấu trúc này cũng khớ p với các dữ ki ện h) Cấu trúc c ủa J, K và L

i)

Cấu trúc c ủa M

 j)

Cấu trúc c ủa N

 

k) Cấu trúc nhựa epoxy O

Ol ym ympic pic Hóa họ c quố c t ế  B.  Bài t ập chuẩn bị  cho các kỳ  thi Ol Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3  38 8 năm

2006  

Sự lên men tinh bột với mạch nha tạo ra ancol etylic. Trong quá trình này, sự thuỷ phân tinh bột với sự có mặt của xúc tác enzim diastaza trong mạch nha tạo ra disaccarit   mantozơ.   Mantozơ (C12H22O11) khử được các thuốc thử Tollen and Fehling, dễ   bị oxi hoá bởi brom trong nước tạo ra axit mantobionic ((C11H21O10)COOH), một axit mono cacboxylic. Để suy ra cấu trúc của mantozơ, người ta sử dụng một loạt phản ứng theo sơ đồ sau:  

Mantoz¬ 

H+

(C12H22O11)

H2O

2 B (C6H12O6)

HNO3

N (C6H10O8)

Ho¹t ®éng quang häc Br 2 H2O

Axit mantobionic

((C C19H37O10)COOH) C (( H+

+

D

(C10H20O 6)

H2O

E (C10H20O7)

 

HNO3

[I]

E

F   (C4H6O5)

Sp trung gian

+

F'   (C5H10O4)

+

G   (C6H10O6)

+

H (C3H6O3)

Ho¹tt ®éng quan Ho¹ quangg häc Ho¹t Ho¹t ®éng quan quangg häc CrO3

I

LiAlH4

J (C10H22O6)

+

K (C10H22O6)

Me2SO4

Me2SO4

 NaOH

 NaOH

L

(C12H26O6)

Ho¹t Ho¹t ®é ®éng ng quan quangg häc häc

M

(C12H26O6)

Ho¹t Ho¹t ®éng ®éng qu quan angg hä häcc

 

 

1. Vẽ cấu trúc của B, D  - N dưới dạng công thức chiếu Fisher.   2. V ẽ c ấu trúc c ủa Mantozơ, Axit Ax it mantobionic mantobionic và C  dưới dạng công thức chiếu Haworth.

Đáp án:  1. B

D

CHO H HO

COOH

CHO

OH

 

H

MeO

OMe

H

MeO

H

H

OH

H

OMe

H

OH

H

OH

H

OMe

H

OMe

F’ 

G

H

OMe CH2OMe

MeO

I

H

K

H MeO

O

H

OH

OMe

H

OMe

CH2OMe

CH2OH

OMe

H

H

H

M

CH2OMe

H

HO

H

H

OMe

OMe CH2OMe

N

CH2OMe H

OMe

MeO

CH2OMe

L OMe

COOH OMe

 

CH2OH

OMe

MeO

H COOH

J

COOH H

H

CHO H OMe

COOH

COOH OMe COOH

CH2OMe

CH2OMe

F

H

OMe

H

H

CH2OH

H

E

COOH H

OH

H

MeO

H

HO

H

OMe

MeO

H

H

OH

H

OMe

H

OMe

H

OH

MeO

CH2OMe

CH2OMe

H

COOH

 

2. CH2OH  

H H OH

HOH2C O

H

OH(H)

H H(OH)

O H

H

OH

O

OH

H

HO H

OH

maltose

  CH2OH OH

H  

HOH2C O

H

H

H

OH

COOH

O

H

OH

H OH

H

HO H

OH

maltobionic acid

  CH2OMe OMe

H  

MeOH2C O

H

H

H

OMe

COOH

O

H

OMe

H OMe

H

MeO H

OMe C

  Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  38

năm 2006  

Sự tổng hợp toàn phần đầu tiên của một hợp chất hữu cơ được hoàn thành vào thế kỷ 19 đi từ các chất đầu là cacbon và lưu huỳnh như được mô tả trong sơ đồ sau:   Cl2 heat

C

+

CS2

S8

CCl4

light

heat

acetic acid

Zn

 A

OH-

Cl

Cl

Cl

Cl  

Còn trong sự tổng hợp hữu cơ hiện đại, một chiến lược tổng hợp tương tự đã được áp dụng trong tổng hợp amino axit.

 

O N B

 

O

OH

OH-

B

CCl3

CCl3

  (C8H6OCl2)

O BH O

N3MeOH

D

C

  (C9H9N3O2)

  (C8H6N3OCl) i) H2O ii) H2, Pd/C

E

  (C8H9NO2)

 

Vẽ cấu trúc của các chất từ  A  - E  và chỉ rõ cấu trúc hóa học lập thể tuyệt đối của D v  vàà E (ghi rõ quy ước R/S).  

Đáp án:  O

NH2

D

C

OH

CH3

O

O

B

 A

O

Cl

Cl Cl

OH

Cl

N3

N3

O

Cl

O E

configuration : S

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  38

 

năm 2006  

Enamine được hình thành gi ữa xeton và amin bậc 2 vớ i s ự có mặt c ủa xúc tác axit.

O +

+ H+

N

N H

  1.

(1)

 Đề nghị một cơ chế cho sự hình hình thành Enamine E namine với sự s ự có mặt của xúc tác axit (phương trình

1). 2. 

Quá trình này phụ thuộc vào pH theo đồ thị hình quả chuông, khi có mặt xúc tác axit.   Tốc độ lớn nhất của sự tạo sản phẩm tìm thấy ở pH = 3 - 4. Hãy đề nghị một lý do hợp lý để giải thích sự phụ thuộc này.  

 

  3.

Enamine phản ứng với enol liên hợp như metylvinylxeton tạo thành 1,5 - -dicacbonyl, sau khi thủy phân Enamine. (phương trình 2)  

O

O

N

O

 

(2)

Sản phẩm c ủa phản ứng này bây gi ờ có m ột tâm bất đối. Hãy nêu những điều ki ện c ần cho loại amin đặc bi ệt để  t ạo ra s ản phẩm có c ấu hình không gian như đượ c bi ểu diễn ở  phương trình 2.  

Đáp án:  1.

O N H +

 

N H

O

H+    transfer 

+ H+

- H+

- H2O

N OH2

N OH

N

H H2O

N

  2.

Bình thườ ng phản ứng t ạo enamin xúc tác axit x ảy ra theo cơ chế  ở câu 1. Tuy nhiên nếu có

quá nhiều axit thì hợp chất amin vốn có tính base s ẽ hoàn toàn bị  proton hóa nên bước c ộng proton đầu tiên không thể x ảy ra.

3.

Enamin sinh ra t ừ  một đối quang duy nhất c ủa một amin bậc hai bất đối là quang hoạt, và như vậy phản ứng c ộng Michael có th ể  x ảy ra chỉ   t ừ  một phía c ủa enamin này để cho ra một

sản phẩm quang hoạt duy nhất. O +

+

+H

N

N H

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  38

năm 2006  

Trong sự chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thì các   phản ứng oxi hóa - khử đóng vai trò quan trọng bậc nhất. Đặc biệt là sự oxi   hóa - khử chọn lọc hóa học, chọn lọc khu vực hay chọn lọc lập thể rất quan trọng trong việc thiết kế một quy trình tổng hợp hữu cơ có hiệu quả để thu được phân tử mong muốn. Trong khi thiên nhiên đạt được tính chọn lọc như vậy nhờ sự thiết kế đặc biệt của các tâm hoạt động trong các enz ym thì biến đổi hóa học   trong phần lớn trường hợp   cần chủ yếu dựa vào sự khéo léo trong việc lựa chọn tác nhân phản ứng phù hợp.  

 

Sơ đồ sau đây là một ví dụ hay về sự chọn lọc hóa học của phản ứng oxi  hóa - khử đi từ chất đầu là

xianoaxetat xiano axetat etyl. NaBH4 - FeCl3

EtOOC

CN

EtOH

PhCOCl

A (C5H11 NO2)

K2CO3, H2O

B (C12H15 NO3)

O O I  AcO

B (C12H15 NO3)

1. 

OAc OAc

(DMP)

C (C12H13 NO3)

Xử lý   xianoaxetat etyl với tác nhân khử NaBH4  trong FeCl3  , người người ta quan sát thấy sự khử chọn lọc của nhóm chức . Khi sản phẩm  A  phản ứng với 1 mol benzoyl clorua thì tạo ra hợp chất B. Viết cấu trúc của  A và  và  B.

2. 

Dess-Martin Periodinane (DMP) là tác nhân oxi hóa êm dịu  có thể oxi hóa nhiều nhóm chức khác nhau trong kiểu chọn lọc. Khi B  bị oxi hóa bằng DMP thì sự oxi hóa xảy ra nhanh gọn tạo ra hợp chất C. Người ta đã chụp các phổ 1H-NMR,

13C-NMR,

IR và phổ khối. Những phổ này

chỉ ra rằng  phản ứng đã xảy ra hoàn toàn  tạo thành một sản phẩm duy nhất. Trong 1H-NMR một pic đôi  giữa 5 - 6 ppm cho thấy hằng số ghép J = 8,8 Hz. Hãy vẽ cấu trúc của C. 3.

Trong phổ 1H-NMR, có sự dịch chuyển của một pic ở gần δ   = 11,5 ppm thể hiện một biến đổi hóa học. Hãy chỉ ra proton trong cấu trúc C  đã tham gia vào biến đổi hóa học này. Giải thích vì sao sự biến đổi hóa học đối với proton đã nói lại không xảy ra với những proton bình thường của nhóm chức đó, thể hiện ở vùng (δ  = ~ 8 ppm) (trong phổ 1H-NMR).

1H-NMR c ủa C

 

13C-NMR c ủa C

IR c ủa C

Phổ  khối của C 

Đáp án:  22-1. O

O O

NH2

A

22-2.

O

O

N H

B

 

O N H O

O

C

22-3.

 

Cấu dạng cis c ủa olefin cho phép t ạo được lien k ết hydro mạnh giữa proton amit với nguyên tử oxy c ủa nhóm carbonyl như biểu diễn ở cấu trúc sau. O N H O

O

Liên k ết hydro mạnh làm độ dịch chuy ển hóa học c ủa proton amide về  phía trường thấp xa.

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  38

năm 2006  

Thiên nhiên s ử  dụng 20 amino axit để  tạo ra các protein khác nhau. Tuy nhiên, vì tính đa dạng của 20 amino axit đôi khi chưa đủ, những biến đổi hoá học được ti ến hành chủ  y ếu ở  các mạch nhánh c ủa

các amino axit nhờ  các enzym t ự nhiên nhằm t ạo ra nhiều hơn nữa các nhóm chức khác nhau. Nhi ều dạng c ủa các bi ến đổi do chuy ển dịch nhánh có vai trò quan tr ọng trong vi ệc nhận ra các phân t ử  protein - protein, protein - DNA, protein - RNA. Những biến đổi như vậy đượ c dùng làm chìa khoá đóng (mở), thông điệp chuy ển đổi, truy ền tín hi ệu trong t ế bào s ống.

Ngày nay, s ự  metyl hoá đượ c cho là quan tr ọng ọng hơn cả  so vớ i các bi ến đổi do chuy ển dịch nhánh khác như photphoryl photphoryl hoá, hoá, glycosyl glycosy l hoá. Cũng Cũng gi gi ống như các biến đổ đổi khác, metyl hoá là quá trình

thuận nghịch (p. ư. nghịch là khử metyl hoá). Hai phản ứng diễn ra theo hai chi ều trái ngượ c cho tín hiệu đóng hoặc mở , giống như trong photphoryl hoá, glycosyl hoá. Tuy nhiên, các quá trình metyl hoá và khử metyl hoá trong t ự  nhiên lại khác hẳn. Nói khác đi, cơ chế hoạt động của hai enzim đảm trách hai quá trình này là không thu ận nghịch với nhau. 1.

Hãy xem xét các nhóm ch ức c ủa các m ạch nhánh có trong 20 amino axit, lo ại nhóm chức nào thích hợp cho tạo ra các biến đổi đa dạng hơn khi metyl hoá và khử  mety  metyll hoá?

2.

Trong Trong metyl mety l hoá một mạch nhánh amino axit, S-adenosylmethionin (SAM) được dùng làm tác nhân phụ. SAM SA M được điều chế t ừ methionin và ATP. Hãy đề nghị  cấu t ạo c ủa SAM.

 

NH2

O N

H2N CHC OH CH2

O

CH2

O

N

O

HO P O P O P O

S

O

CH3

O

N N

O

O OH OH

 

Methionine (Met)

Adenosine triphosphate (ATP)

  Hãy đề  nghị  một cơ chế cho s ự metyl hoá amino axit với SAM.

4.

Cơ chế kh ử  metyl hóa đượ c cho là x ảy ra qua hai giai đoạn. Enzym dung làm tác nhân ph ụ  trong giai đoạn một là FAD. Hãy đề  nghị  một cơ chế hợ p lý cho s ự khử metyl hóa. NH2 N OH

O

O P O P O O O

HO OH N

N

N

O

N N

O OH OH

O N

N O

Flavin-adenine dinucleotide (FAD)  

Đáp án:  1.

Lys (K) và Arg (R) có kh ả  năng tiếp nhận s ự  metyl hóa ở  mạch nhánh do chúng có thể  nhận nhiều hơn một nhóm metyl. Mach nhánh c ủa các amino axit khác có nguyên t ử  oxy nucleophin chỉ  có  có thể bị metyl hóa m ột l ần duy nhất.

27-2.

Nhóm triphotphat là m ột nhóm đi ra tốt và lưu huỳ nh là một nucleophile t ốt. Nguyên t ử  lưu huỳ nh trong methionine tham gia kiểu phản ứng S N2 với ATP và nhóm triphotphat s ẽ  đi ra để  tạo thành SAM.

H3N CH CHCO CO2 CH2 CH2 + S PiPiPi CH3 Met

NH2

2

N N

N

N

CH3 CO2 N H3N C CH2CH2 S CH2   O H

N

O OH OH ATP

 

SAM

OH OH  

N N

+ PiPiPi

Triphosphte

 

 

27-3. O H2N CH CHC C OH CH2 CH2 CH2 CH2 NH H3C

O H2N CH CHC C OH CH2 CH2 CH2 CH2 N H3C CH3

O H2N CH CHC C OH CH2 CH2 Lys CH2 CH2 NH2 + CH3 CO2 H3N C CH2CH2 S CH2 O H

 

O H2N CH CHC C OH CH2 CH2 CH2 CH2 H3C N CH3 CH3

O H2N CHC CHC OH CH2 CH2 CH2 CH2 + NH H 3C

Base -H-Base NH2

N

N

N

further methylation NH2 N

CO2 H3N C CH2CH2 S CH2 O H

N

N

 

OH OH

OH OH

SAM

N

N

O O CHC C OH H2N CH CHC C OH H2N CH CH2 CH2 CH2 CH2 + CH2 CH2 CH2 CH2 H C N CH3 N 3 H3C CH3 CH3

27-4. H2N

OH

H2C

FAD   FADH2

H2N

NH H O H

H

N

O

H2N

OH

H2C

R

R N

O

O

O

N

NH

H N

O

H2N

OH

OH

NH H2C O H H

H2C O H

NH2

O O

NH

N O  A H

FAD

N H

NH H

FADH2

O H2N

OH

NH2

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  38

H

O

 

năm 2006  

Cao su t ự nhiên là polime t ạo thành t ừ isopren tức là 2-methyl-1,3-butađien. Isopren đượ c tìm thấy không chỉ  trong  trong cao su mà c ả trong một t ập hợp r ộng rãi các s ản phẩm tự nhiên có tên là các tecpen, mà hầu hết có chứa khung cacbon t ạo thành từ các mắt xích isopren liên k ết theo ki ểu nối đầu đuôi với nhau. S ự phát hiện ra hiện tượng này- quy t ắc isopren- có lợi ích r ất l ớ n trong việc tìm ra c ấu trúc và xác định nguồn gốc sinh t ổng h ợ p c ủa các tecpen.

 

1.

Xác định các đơn vị isopren trong các ter penoid penoid sau đây:  

OH

OH

 AcO

O

OH

O O

R

O  OBz OH OBz OH OAc

  Trong hoá học polyme, các đơn vị   lặp lại gọi là các monome và các đơn vị   lặp lại liên k ết với nhau do các phản ứng polime hoá dây chuy ền hoặc polyme hoá t ừng bước. Một vài ví dụ về  phản ứng polyme hoá t ừng bước được đưa ra dưới đây.   2. Xác định các monomer trong các ph ản ứng điều chế  polymer sau đây    

HOOC

COOH

+  

H2N

heat

salt

Nylon-6,6

NH2

NCO +   HO

OH

 

Polyurethane

NCO O O

+   HO

O

OH OH

heat

Glyptal

 

Người ta ngờ  r ằng t ự nhiên đã sử  dụng các khối c ấu trúc cơ sở  được tìm thấy trong không gian gi ữa các vì vì sao như HCN, HCN, NH3  và nước để t ạo ra adenin, guanin, cytosin và uracil, trong các h ệ ti ền s ự 

sống, như Oro đã trình bày năm 1960.   3.

Hãy nhận dạng nguồn gốc c ủa mỗi nguyên tử cacbon và nitơ của các bazơ  dưới đây, đượ c tổng h ợp từ HCN, NH3 và nước.

 

NH2 N N H

N N

O N N H

O

NH2 NH

N

NH2

HN

HN O

O

N

N

 

Đáp án: 

 

OH

OH

OH OH

O

 AcO

OH

O O

R

O  OBz OH OBz OH OAc

 AcO

O

OH

O R

O

O OH OBz OH OBz OAc

 

 

O *

Nylon-6,6

H N

N H

O

O

O

*

O *

NH

Polyurethane *

NH O

OH

O

Glyptal *

 

O O

O

*

  NH2 N N H

N

O N

NH

N H

N

O

NH2

N

HN

HN

NH2

O

O

N

N

H2O N N

N N

N

N   N

N

N N

OH2 N

N

N

OH2   N

N

N

N

OH2   N

  Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Khả  năng phản ứng cao c ủa andehit đã giúp nó trở   thành một tác nhân không th ể  thiếu trong t ổng hợp hữu cơ. Nguyên tử  cacbon c ủa nhóm cacbonyl là tâm electrophin. Trong phản ứng ngưng tụ  andol xảy ra phản ứng giữa một enol (hay enolat) nucleophin công vào nhóm cacbonyl electrophin của phân t ử andehit (hoặc xeton) khác. 1. Điền vào ô trống dưới đây các chất tương ứng của phản ứng andol hóa cho sẵn và sử dụng các ký tự E  hay N  để ký hiệu các tâm nucleophin và electrophin elect rophin tham t ham gia vào vào tiến trình phản phản ứng. ứ ng. OH –  CH3CHO

CH3CHO

 

 

Andehit không có nguyên t ử  hydro-α   thường không thể tham gia vào phản ứng andol hóa với tư cách tác nhân nucleophin, như vậy các andehit này không th ể tham gia các phản ứng tự hợp đượ c. 2. Các andehit này thường được xếp vào loại không thể enol hóa. Tại sao? Cho ba ví dụ về loại

andehit này.

Formandehit là andehit n ổi ti ếng nhất trong s ố  này. Nó được một trong s ố  những cha đẻ  c ủa Hóa hữu cơ là Alexander M. Butlerov tìm ra vào khoảng đầu năm 1859. Khi nghiên cứu hợp chất này Butlerov đã có một phát hiện hết s ức lý thú, đó là dung dịch nướ c c ủa fomandehit trong s ự có mặt c ủa nước vôi đã chuy ển thành một loại xi rô có vị  ngọt. Khoảng n ửa thế  k ỷ  sau, một nhà hóa học vĩ đại khác là Emil Fischer đã nghiên cứu chi tiết phản ứng này và đã xác định được đó là hỗn hợp tạo thành đó là các cacbohydrat raxemic. Hỗn hợp này được gọi là formose, và phản ứng t ạo thành hỗn hợp đó gọi là phản ứ ng ng formose. Phản ứng này r ất thú vị do vai trò quan tr ọng c ủa nó trong vi ệc tạo thành các phân t ử  đường trên Trái đất trướ c khi có s ự  s ống. Nhìn trên khía c ạnh thực ti ễn thì phản ứng này chính là m ột nguồn cung c ấp đường giá r ẻ cho công nghệ  sinh học do fomande fomandehit hit thô có thể đượ c t ạo thành dễ dàng với lượng lớ n từ cacbon và nước. 3. Đề nghị một phương pháp sản xuất fomandehit trong công nghiệp không quá ba bước từ than đá và nước. Cơ chế  ngưng tụ  c ủa fomandehit vẫn là một bí ẩn lớn trong thời gian dài t ừ khi Fischer nghiên c ứu

phản ứng này. Một trong s ố  những cách khả  thi để  giải đáp bí ẩn này chính là khái ni ệm Umpolung1. Bản chất c ủa quá trình tổng hợp quan tr ọng này có thể  đượ c mô t ả  thông qua quá trình ngưng tụ  benzoin như sau:

PhCHO

  CN – 

CN Ph

CN Ph

 – 

O

PhCHO

NC Ph

OH  

OH

  

O Ph

–  HCN  HCN

Ph

OH

4. Đánh dấu vào sản phẩm phản ứng (benzoin) những phần có nguồn gốc từ benzandehit và đặt các ký tự E  và N vào các tâm electrophin và nucleophin tương ứng . Trung gian có tính nucleophin đượ c t ạo thành t ừ  chất ban đầu có tính electrophin (hay ngượ c lại) được gọi là nguyên lý Umpolung  trong hóa hữu cơ hiện đại.  Để  tránh việc s ử  dụng chất độc xianua thì các h ợp chất khác có nhóm CH axit tương tự  như các

muối thiazolium đã được s ử  dụng. Việc lựa chọn này dựa trên những nghiên c ứu về  s ự  tương đồng cấu trúc. M ột trong s ố  các muối thiazolium là dẫn xuất của vitamin B 1 hay thiamin pyrophotphat có 1  Nguyên

văn tiếng Đức  

 

Ph OH

 

vai trò trong t ự  nhiên là một chất hỗ  tr ợ   cho các enzym trans-ketolase xúc tác cho m ột phản ứng tương tự  như ngưng tụ  benzoin trong cơ thể  sống bằng cách chuy ển phần còn lại c ủa một axit

cacboxylic (gốc axyl) theo ki ểu tác nhân nucleophin hơn là tác nhân electrophin. CH3 N

N+

CH3 N   NH2

S

O

O  –  O P O – 

O O PO – 

 

5. Đánh dấu vào nhóm CH axit ở công thức muối   thiazolium có tác dụng như HCN. Vẽ các cấu trúc cộng hưởng của cacbanion tương ứng có thể giải thích được tính axit của CH đã chọn. 6. Những người nghiện rượu thường mắc bệnh thiếu B1 cấp tính. Giải thích? 

Một mô hình hiện đại hơn của phản ứng formose dã đượ c nghiên c ứu. Trong đó fomandehit chuyển thành xetotriose đơn giản nhất (dihydroxyacetone, DHA) với hiệu suất cao trong s ự  có mặt c ủa canxi

hydroxit và vitamin B 1 (ký hi ệu là HZ ở chuỗi dướ i). Z CH2O

Z – 

Z

Z

O – 

OH

 

CH2O O

 – 

OH

 

7. Hoàn chỉnh chuỗi phản ứng này cho đến sản phẩm cuối .

Với tất c ả  các dữ  ki ện đã có, chúng ta có thể  khám phá bí ẩn c ủa phản ứng này. Một chú ý quan tr ọng chính là phản ứng c ủa dung dịch nướ c tinh khiết c ủa fomandehit trong s ự  có mặt c ủa vôi là tự  xúc tác, có nghĩa là tốc độ  phản ứng r ất chậm ở  thời điểm bắt đầu (giai đoạn c ảm ứng), tuy nhiên t ốc độ  phản ứng sau đó tăng nhanh cho đế n khi hết fomandehit. S ự  có mặt ở  lượ ng ng vết c ủa bất k ỳ   một cacbohydrat nào cũng có thể  làm tăng tốc phản ứng n ếu nó được đưa vào trong giai đoạn c ảm ứng.

Quá trình này x ảy ra qua một chu trình xúc tác bao gồm các giai đoạn ngưng tụ  andol (AC), tautome xeto-enol (KET), chuy ển proton t ạo thành enolat (E) và đồng phân hóa enol hay enolat (EI). 8. Hoàn thành sơ đồ đơn giản của phản ứng formose bằng cách điền vào các ô trống ở dưới .

9. Chỉ ra những bước nào đã xảy ra trong trong giai đoạn cảm ứng   10. Chỉ ra chu c hu trình trình xúc tác và và các chất xúc tác tương ứng.  

   

CH2O

H2O

 

OH – 

CH2O

H2O O  AC 

HO Е 

OH – 

KET 

 AC 

CH2O

KET 

E 

OH – 

CH2O  AC  EI 

 

Đáp án:  Phản ứng ngưng tụ andol xúc tác base đi qua giai đoạn tạo ion enolate có tính nucleophin rất cao, có khả năng tấn công trực tiếp vào nguyên tử cacbon carbonyl của phân tử andehit khác để tạo thành -hydroxyandehit

(aldol). N

CH3CHO   OH – H2O

 – 

O

O – 

O – 

CH3CHO

CHO E   O OH – H2O OH CHO

 

Các andehit không enol hóa được là các andehit không có proton , vì thế chúng không thể tạo thành được enol hay enolat. Trong số các andehit không enol hóa quan trọng thì bên cạnh fomandehit và benzandehit PhCHO có thể kể thêm axit tricloaxetic andehit (cloral) CCl 3CHO, glyoxal OHCCHO, và nhiều chất khác nữa.

 

Sản xuất fomandehit qua ba bước chính gồm: a) khí hóa than dưới tác dụng của hơi nước ở nhiệt độ cao thu được khí tổng hợp  được sử dụng làm nguyên liệu cho b) Tổng hợp metanol với xúc tác đồng trên kẽm oxit ở 250°C và áp suất 100 atm . Dehydro hóa methanol ở 650°C với xúc tác bạc sẽ thu được fomandehit fomandehit. C + H2O

CO + H2

 

CH3OH

CH2O

 

Bước chính trong cơ chế ngưng tụ benzoin là giai đoạn cộng nucleophin của xúc tác vào nhóm carbonyl của một andehit không enol hóa. Nguyên tử cacbon trung tâm không còn là cacbon sp2 nữa mà là nguyên tử cacbon sp3  mang hai nhóm thế hỗ trợ cho sự bất đinh xứ của điện tích âm và như vậy giải thích được tính axit của nhóm CH. Sau khi deproton hóa thì cacbanion tạo thành sẽ đóng vai trò tác nhân nucleophin tấn công vào nhóm carbonyl của phân tử andehit khác. Sự tách loại xúc tác nucleophin (anion xianua) sẽ tạo lại nhóm cacbonyl. Như vậy quá trình chung chính là sự chuyển nhóm PhCO (RCO, axyl) từ phân tử andehit.  

PhCHO

 

CN

CN – 

Ph

Ph

E PhCHO

N CN

O – 

NC Ph

OH

 

OH

  

O Ph

 HCN –  HCN

OH

Ph N

  E Ph OH

Bình thường, nhóm axyl được chuy ển t ừ tác nhân electrophin (axyl clorua, anhydrit hay các d ẫn xu ất axit khác) đến tác nhân nucleophin. Nguyên lý Umpolung chỉ   ra cách thực hiện điều này bằng cách

sử dụng c ặp tác nhân có khả năng phản ứng nghịch đảo. Sự tương đồng giữa xianua và muối thiazolium rất thú vị. Nhìn bên ngoài có vẻ như cả HCN và muối

thiazolium (xét nguyên tử C-2) có thể được xem là dẫn xuất  của axit fomic.   OH CH3 N + R N

S

CH3

  NH2

H

S

N+

N

H

OH – + R N

S

H

+ R N

S

R N   S

C N

:C N

 

Các c ấu trúc c ộng hưởng c ủa anion thiazolium cho bi ết r ằng bên c ạnh d ạng cacbanion còn có d ạng khác là cacben trung hòa! Th ực vậy, đây đúng là phân tử  cacben với c ấu hình 6e quanh cacbon , gồm một c ặp e không liên k ết và một obitan tr ống. Các nghiên c ứu gần đây cho thấy r ằng anion thiazolium và các anion dị  vòng gần giống khác (ví dụ  imidazolium) đều là các caben b ền, chúng có r ất nhiều ứng d ụng trong hóa hữu cơ và xúc tác. Các cacben này đều là nucleophin do liên k ết vớ i dị 

 

nguyên tử  giàu 2e bên c ạnh tâm cacben. Như vậy có thể cho r ằng t ự  nhiên s ử  dụng cacben bền để  thể hiện vai trò xúc tác c ủa enzym transketolase. Quay tr ở  lại với các chất tương đồng với anion xianua chúng ta có th ể  thấy r ằng ion xianua có thể có một dạng c ấu trúc c ộng hưởng khác là isoxianua với phần tựa cacben là cacbon hóa tr ị hai.

Như ở cấu trúc thiamine pyrophot phat trên cũng như ở các muối thiazolium khác, chúng rất có khả năng phản ứng với các andehit. Trong cơ thể những người nghiện rượu có rất nhiều sản phẩm dehydro hóa cồn là axetandehit. Andehit này liên kết với phần thiamin trong đoạn thiazolium, điều này làm dẫn đến sự giảm lượng vitamin tham gia vào các quá trình hóa sinh thiết yếu. Hóa học của quá trình như đã chỉ rõ ra từng bước trong sơ đồ dưới. Xúc tác (anion thiazolium hay thiazoliden nếu chúng ta chọn dạng cacben) được tái sinh ở bước sau cùng chính xác như trong phản ứng ngưng  tụ benzoin.

CH2O

Z

Z

O – 

OH

Z – 

 

Z

CH2O O

 – 

OH

Z  

HO

OH CH2O

HO

OH O

Z

 –  Z  Z – 

HO

O – 

Z

OH HO

OH

O –   

(Cả hai câu 9 và  10) Nguyên lý Umpolung cho phản ứng formose thực có thể được sử dụng bằng cách dựa vào nguyên tử CH axit của fomandehit ở dạng hydrat hóa. Do thiếu đi sự bền hóa bằng cộng hưởng nên tính axit của CH này thấp hơn rất nhiều, và quá trình deproton hóa để tạo thành cacbanion nucleophin sẽ ít hiệu quả hơn. Như vậy phản ứng sẽ xảy ra rất chậm ở giai đoạn đầu . Giai đoạn phản ứng được đặc trưng bởi nồng độ cacbanion thấp. Nhưng đến khi tạo thành glyoxal thì một chu trình xúc tác đầy hiệu lực lúc này đã được “bật lên”. Trong chu trình xúc tác này fomandehit thể hiện tính electrophin như bình thường.  

 

CH2O

H2O

OH

OH – 

OH

O – 

initiation step

OH

OH

OH

CH2O HO

OH

OH

H2O O HO catalyst

OH

OH – 

HO

O

O – 

OH

OH

HO

HO

OH OH

CH2O

catalytic cycle

O OH HO

 

OH

OH OH

O

OH –  CH2O HO

OH

O

OH

 – 

O

OH

 – 

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Mặc dù không hoàn to àn đúng như sự   tương đồng (về  mặt c ấu trúc, điện tử, lập thể) đã đượ c các nhà hóa học s ử  dụng r ộng rãi với nhiều lý do. Chẳng hạn các nhà hóa hữu cơ thường hay tạo ra nhiều tác nhân m ới, hay nhi ều phản ứng m ới dựa vào s ự tương tự với những gì đã biết. Một loại tương tự  quan tr ọng chính là s ự  tương tự  dị  nguyên t ử  - t ức là các hợp chất hay các phản ứng chỉ  khác   khác nhau bằng cách thay thế  một nguyên t ử hay nhóm nguyên t ử  bằng m ột nguyên t ử  hay

nhóm nguyên t ử khá  khácc ccóó cùng kiểu liên k ết với nhóm bị thay thế. Như vậy, s ự  tương đồng dị  tử  c ủa andehit s ẽ  là muối iminim, ví dụ  như muối Eschenmoser

CH2=NMe2+I-. 1. Cation của muối Eschenmoser thuộc loại tác nhân nào ? Electrophin

,

nucleophin

,

gốc tự do , axit Lewis

,

chất oxy hóa

,

nhóm bảo vệ   

2. Viết phản ứng xảy ra giữa muối Eschenmoser với axeton. Tại sao phản ứng này xảy ra không cần

xúc tác?

 

Tiếp theo chúng ta s ẽ  khảo sát s ự  tương đồng d ị  tử cho một s ố phản ứng. Ví dụ như chuyển vị Cope, thườ ng x ảy ra khi đun nóng 1,5-dien. Phản ứng x ảy ra theo cơ chế  dịch chuy ển đồng b ộ 6 electron để  t ạo thành hai liên k ết   và một liên k ết , một kkiiểu dịch chuy ển sigmatropic.

3. Sản phẩm thu được là gì nếu như đun nóng 1,5-hexadien đã có một nguyên tử H ở C1 bị thay thế bằng một nguyên tử D trong môi trường trơ (bỏ qua hiệu ứng đồng vị)?  

Nếu chúng ta s ử  dụng allyl ete CH2=CHOCH2CH=CH2  thay cho dien thì cũng một ki ểu chuy ển vị  tương tự  s ẽ  x ảy ra, nhưng kết quả  thu được s ẽ thú vị  hơn nhiều do t ạo ra đượ c một hợp chất khác

chức là xeton chưa no. Như vậy ki ểu phản ứng có s ự  tương tự  dị  tử (oxa-) này thường được gọi là chuy ển vị  oxo-Cope hay chuy ển vị  Claisen. Một phản ứng được nhà hóa học vĩ đại người Đức là Ludwig Claisen tìm ra m ột cách hết s ức tình c ờ. 4. Hoàn chỉnh phản ứng sau  O

D

t

  Sự  chuy ển vị  trong trường hợp này r ất thú vị  do có s ự  tạo thành nhi ều nhóm chức hoạt động chỉ   bằng môt quy trình đơn giản, và các nhóm chức mới sinh ra này có thể  ti ếp tục tham gia vào các phản ứng tiếp theo trong cùng h ỗn hợp phản ứng mà không c ần thiết phải tách ra các hợp chất ttrung rung gian. Các phản ứng chuy ển hóa theo chuỗi này đượ c gọi là các phản ứng domino, do có s ự tương tự  với một trò chơi nổi ti ếng là làm đổ  một dãy dài các quân c ờ domino chỉ   bbằng m ột cú chạm nhẹ. 5. Bạn phải hình dung được quá trình domino là một quá trình như thế nào bằng cách khơi mào phản ứng dưới đây bằng một axit mạnh và một tác nhân dehydrat hóa mạnh chẳng hạn HC(OEt)3 

CHO

H+

HN

N H

 

 Đề  nghị  một cơ chế hợp lý cho phản ứng này.

Đáp án:  1. Muối Echenmoser là m ột muối iminium, có s ự  tương đồng d ị  tử  với nhóm carbonyl. Như vậy muối Eschenmoser đóng vai trò như một tâm cacbon electrophin tương tự   như nguyên tử  cacbon cacbonyl. Ngoài ra nó cũng phải x ử  s ự  như một ion cacbenium bền như đượ c chỉ   ra ở  các c ộng hưởng sau đây:

H2C NMe2

 

H2C NMe2  

 

Do khả  năng cho   cao c ủa nhóm dimetylamino nên dạng c ấu trúc đầu ưu thế  hơn, và như vậy tính nucleophin, ứng vớ i dạng c ộng hưởng thứ  hai hầu như không thể  hiện. Nó có thể  xem như một axit Lewis như tất cả các C-electrophin khác do có kh ả  năng kết hợp với base chẳng hạn ion hydroxit hay nước. Như vậy đáp án đúng là electrophin, và tính chấ t axit Lewis hay tính nucleophin ch ỉ  là   là câu tr ả  lời phụ 

thêm. 2. Phản ứng x ảy ra không c ần xúc tác do muối iminium bản thân nó đã chị u s ự phân c ực r ất mạnh, và nguyên t ử  cacbon lúc này đã có đủ  tính electrophin để  tấn công vào nhóm cacbonyl khác mà không c ần đến s ự  hoạt hóa do xúc tác. Trong phản ứng với andehit hay xeton thì muối iminium đóng vai trò tương đồng dị  tử  với hợ p chất cacbonyl đã proton hóa , với liên k ết đôi cacbon-nitơ đã phân

cực mạnh do s ự  xuất hiện điện tích dương trên dị   tử. Như vậy muối iminium đã đủ kh ả năng để đóng vai trò tác nhân electrophin t ấn công vào dạng enol để  tạo thành một s ản phẩm có tên gọi là Mannich base, ngay chính bản thân phản ứng này cũng là sự  tương đồng d ị t ử với phản ứng andol.

NMe2

H2C NMe2 O

OH

 

O

3. Trong s ự  chuy ển vị  Cope, một điều quan tr ọng c ần phải đượ c nhận ra: phản ứng này là m ột cân bằng t ừ  luận điểm c ả  chất phản ứng cũng như sản phẩm đều cùng một cchhất (hay cùng một cchhức n ếu sử dụng dien thế). Như vậy phản ứng thuận và phản ứng nghịch đều cùng một lo ại. Trong trường hợ p phản ứng này, khi chất phản ứng và s ản phẩm cùng chức và bỏ  qua hi ệu ứng đồng vị thì r ất rõ ràng r ằng giá tr ị hằng s ố cân bằng b ằng đơn vị.

D

D  

Như vậy s ẽ dẫn đến s ự tạo thành một hỗn hợp đẳng s ố mol c ủa 1- và 3-deuteriohexadiene 3-deuteriohexadi ene-1, -1,5. 5.

4. Không giống như chuyển vị Cope, chuy ển vị  oxo-Cope có s ự  tạo thành hai hợp chất khác nhau (có nhóm chức khác nhau), như vậy phản ứng nghịch s ẽ khó x ảy ra. Trong trườ ng h ợp c ủa allyl phenol ete thì mảnh dị  tử-hexadien được tạo thành t ừ  đoạn mạch allyloxy cùng với một nối đôi ở   vòng benzen.

O

O D

HO H

D

D  

 

Khi còn ở  dạng keto ban đầu thì phenol đã nhanh chóng chuyể n sang dạng phenol bền hơn (enol), sự sắp x ếp nối đôi trong chuyển vị Cope  – Claisen đã không còn, và phản ứng nghịch không x ảy ra. 5. Phản ứng domino bắt đầu bằng việc tạo thành một muối iminium vòng tương tự  như muối Eschenmoser, với rietyl-orthoformat đóng vai trò như một tác nhân dehydrat hóa. Ở  muối này có hai nối đôi ở  vị trí c ần thiết để  x ảy ra s ự chuy ển vị Cope, và như vậy ở  đây chúng ta sẽ gặp ki ểu chuy ển vị  aza-Cope để  tạo thành một muối iminium mới dễ  dàng bị  thủy phân cho ra một amin bậc hai và fomandehit.

CHO HN

H+  – H2O

H2 O

N

 

N

NH

+ CH2O  

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Dung dịch nước hay dung dịch rượu c ủa xeton hay andehit có thể  được chuẩn độ  bằng halogen hay các liên halogen. Để  có thể  có được k ết quả  t ốt thì phép chuẩn độ  c ần phải được ti ến hành nhanh

trong s ự có mặt c ủa một hệ  đệm chẳng h ạn dung dịch NaHCO3. Nhỏ  2.00 mmol NaHCO3  và 1.00 ml 2.00 N dung dịch ICl trong metanol vào 10g xiclohexanon trong metanol. Sau khi khuấy tr ộn hỗn hợp thì thêm vào đó lượng dư NaI, sau đó chuẩn độ  bằng dung dịch Na2S2O3 1.00 N với chỉ   th thị hồ tinh bột th ấy t ốn hết 1.594 ml. 1. Viết các phản ứng xảy ra trong quá trình định phân . 2. Hợp chất nào đã phản ứng với ICl? Xác định hàm lượng của nó trong xiclohexanon. 3. Dung dịch đệm có vai trò gì? Và điều gì sẽ xảy ra nếu sử dụng Na2CO3 thay cho Na HCO3?

Một chất  A  không màu có công thức thực nghiệm C2H2O cho hai tín hi ệu ở  94 và 159 ppm trên phổ  13C

NMR. Phản ứng c ủa  A  vớ i halogen hay liên halogen x ảy ra ngay l ập tức nhưng định phân A bằng

cách trên thì l ại không hi ệu lực vì c ần nhiều hơn 1 mol halogen cho 1 mol  A mà vẫn chưa thể  tạo thành k ết t ủa.  A  phản ứng nhanh chóng vớ i andehit trong s ự  có mặt c ủa xúc tác axit hay base để t ạo thành các s ản

phẩm với các tỉ   lệ  hợp thức lần lượt là 1:1, 1:2 hay 1:3 (tùy thu ộc vào t ỉ   lệ các chất phản ứng). Các sản phẩm này thường có màu và thường đượ c sử  dụng để  định lượng andehit có trong vật liệu. Ví dụ cacbohydrat cho dung dịch màu đỏ khi phản ứng vớ i  A có thêm một gi ọt HCl.

 

Trong môi trường kiềm  A  phản ứng với metyl iodua cho ra một hỗn hợp các s ản phẩm. Nếu dùng dư

MeI thu được chất B. B chính là s ản phẩm t ạo thành khi trime hóa dimetylxeten với xúc tác base. Mặt khác nếu cho  A  phản ứng với lượng dư MeI trong sự có m ặt c ủa NaHCO3 thu được h ợp chất khác C. Hợp chất này có mùi dễ  chịu và được xác hận là một trong s ố  những thành phần quan tr ọng c ủa hương hoa hồng. Phổ  1H NMR c ủa B chỉ  cho   cho 1 pic c ộng hưởng trong khi C cho hai pic nhọn ứng với cường độ tích phân 1:3.  A  phản ứng với NaHSO3  khi đun nóng cho một chất không màu tan trong nướ c có công c ông thức phân t ử 

C6H5NaO5S, chất này t ạo màu tím với dung dịch FeCl3. Phổ  13C NMR c ủa chất này trong D2O cho 4 tín hiệu ở 157, 144,106,105 ppm. Phản ứng c ủa  A  với hydroxylamin cho chất D  có công thức phân t ử  C2H3NO, khử hóa chất này bằng H2  với xúc tác Raney-Ni thu đượ c chất E  có công thức phân t ử  C2H3N nhanh chóng s ẫm màu trong không khí. Chất này tan r ất ất kém trong nước nhưng tan tốt trong dung dịch HCl loãng. Đun sôi dung dịch loãng này cho l ại ch c hất  A. 4. Định cấu trúc của các chất   A A , B, C,  D, E.

5. Viết ccác ác phản ứng x ảy ra trong quá trình trên

Đáp án:  1-3. Xeton không ph ản ứng tr ực ti ếp với halogen. Các xeton và andehit có kh ả  năng enol hóa có thể  chứa enol tương ứng, vốn là các hợp chất chưa no giàu electron và phản ứng r ất nhạy vớ i các tác nhân electrophin. Phản ứng x ảy ra nhanh và định lượ ng. Chuy ển hóa xeton thành enol thườ ng r ất chậm, nhưng khi có mặt xúc tác axit và base thì x ảy ra nhanh hơn nhiều. Như vậy nếu phản ứng với halogen x ảy ra nhanh thì chỉ   có enol tham gia. Để  tránh s ự  xúc tác cho phản ứng enol hóa này thì axit tạo ra trong quá trình phải nhanh chóng bị  trung hòa bằng muối không có đủ tính kiềm để  tránh xảy ra quá trình enol hóa xúc tác base. Iot clorua là m ột tác nhân chuẩn độ  tốt hơn brom hay iot do liên halogen này đủ phân c ực nên phản ứng r ất nhạy với các liên k ết đôi.

 

OH+

acid catalysis

OH

H+ + H+  –   H

 H+ + H+  –  H

O

OH very slow

enol base catalysis

BH+ B:

BH+ B:

O

O – 

enolate

OH

 

O

OH + ICl

Cl –  I

I ICl + I –  = I2  + Cl – 2S2O32 –  + I2  = S4O62 –   + 2I –

 

Tính toán lượ ng enol cho giá tr ị 1.18%. Khi khảo sát chính xác hơn bằng các phương pháp động học

và phổ  cho thấy r ằng gí tr ị  này lớn hơn rất nhiều. Hằng s ố  tautome hóa thực c ủa xiclohexanon vào khoảng p K = 5-6. 4-5. Hàm lượng enol trong các xeton đơn giản thườ ng r ất thấp. Tuy nhiên có m ột số  hợ p chất có dạng enol r ất bền vững nên trong đó dạng enol ưu thế  hơn. Một trong s ố các ví dụ  quan tr ọng nhất của ki ểu hợp chất này chính là các phenol. Các phenol đơn giả n không hề  thể  hiện tính chất c ủa dạng xeto do dạng đó không thơm và rất kém bền so với dạng enol tương ứng (phenol)

OH

enol

O

O

keto-forms

 

Tuy nhiên đối với một s ố  dẫn xuất thế  của phenol, cũng như các phenol dị  vòng hay đa nhân thì sự 

tồn tại c ủa dạng xeto đã được xác nhận. Một trong s ố  đó được s ử  dụng làm phần sau cho bài t ập này.

 

Chuy ển hóa đề  c ập đến ở  đây làm rõ khả  năng phản ứng c ủa nhóm cacbonyl (phản ứng với hydroxylamin, bisunfit và ngưng tụ  với andehit). Từ  công thức phân t ử  c ủa dẫn xuất bisunfit có thể  đoán được r ằng chất ban đầu có 6 nguyên t ử  cacbon. Có nghĩa công thức phân t ử  của  A là C6H6O3 

và dựa vào dữ  ki ện về  phổ  13C NMR có thể  kết luận đây là một h ợp chất đối x ứng cao. Do có s ự hiện diện c ủa nhóm xeto nên hợ p chất này có thể  là xiclohexatrionexic lohexatrione-1,3,5, 1,3,5, hay dạng enol hóa hoàn toàn của nó là 1,3,5-trihydroxybenzene, được bi ết nhiều dưới cái tên floroglucine. Phản ứng ngưng tụ  với andehit cho andol bình thườ ng, dễ  dàng tách nước để  tạo ra c ấu trúc dạng quinoid là một chất tr ợ  màu mạnh. Hai trong s ố ba phân tử andehit có thể tham gia phản ứng này, và cấu trúc s ẽ  tr ở nên phức tạp hơn nữa nếu andehit có mang thêm m ột s ố nhóm chức khác (chẳng hạn các cacbohydrat hay các andehit xinamic vốn là các phân t ử cơ bản t ạo thành lignin).

R OH

OH

RCHO OH

OH

H+ OH

R

R

OH H+  –  H  H2O

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

  Sự metyl hóa cho ra s ản phẩm đa metyl hóa ở c ả dạng enol (3 nhóm metyl) và keto (6 nhóm metyl).

MeO

OMe MeI

HO

NaHCO3

OH

   

MeI

O

O

NaOH

OMe

OH

O

C

 A

B

  Dẫn xuất bisunfit dễ dàng mất nước để  tạo thành axit 3,5-dihydroxybenzenesunfonic

HO

OH

OH

HO

OH SO3Na

O NaHSO HO   3 OH

 

OH

HO

SO3Na

OH

 

HO

O

OH

N

NH2OH HO

O

OH

HO

O

N

N

OH

D +

H /H2O NO

NH2

NH

H2/Pd HN

NH

H2N

NH2

ON

NO

E

 

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Quá trình oxy hóa thoái phân các axit béo là một quá trình sinh học phổ biến trong tất cả các cơ thể sống. Trong các vivi si sinh nh vật vật quá trình này chủ yếu là sự oxy hóa   được mô tả ở sơ đồ sau: S S R R   1.1. 1. 2.3. 4.2. CoA   + CoA 1.3. X Y Z O O  

S

CoA

O

Trong tất cả  các bước c ủa quá trình oxy hóa , đoạn axyl đượ c liên k ết với coenzym A bằng liên k ết thioeste. Ở  sơ đồ trên các l ớp và phân l ớp (con s ố  phía trên mũi tên) của các enzym xúc tác cho các phản ứng tương ứng được gọi đúng theo danh pháp của Hiệp hội Hóa sinh quốc tế  (IUB). Đối với mỗi vvòng òng lặp gốc R vẫn không thay đổi. 1. V ẽ  c ấu trúc (không c ần quan tâm l ập thể) c ủa các chuy ển hóa chất X, Y v  vàà Z. S ử dụng ký hiệu “R” với các phần axyl không thay đổi. Axit phytanic  A  là một axit béo bão hòa có trong t ự  nhiên ở   dạng hai đồng phân l ập thể  không đối quang. Nó không tham gia vào quá trình oxy hóa  do có s ự  bất thường trong c ấu trúc c ủa nó. Tuy nhiên các loài động vật có vú chuy ển hóa nó thành axit pristanic acid B  với s ự giữ nguyên c ấu hình ở  các nguyên t ử  bất đối. Quá trình cuối cùng (thường g ọi là s ự oxy hóa α ) x ảy ra trong một s ố  tế bào đặc bi ệt g ọi là các peroxis peroxisomes. omes. Sự chuy ển hóa  A  được mô t ả ở sơ đồ dưới:

 

O NTP

 A

NMP+PPi E1

   A 1 HOOC

HS-CoA

H

CO2

O2 E2

 

 

O

S CoA

NAD+

B

A 2 E3  A 3

HOOC

COOH

NADH + H+ E4

H2O

COOH

  NMP  và NTP là các mono – và triphotphat c ủa các ribonucleosi t tương ứng N (A, C, G hay U), PP i  ––  pyrophotphat, CoA-SH  –  coenzym A, NAD+  và NADH  –  dạng oxy hóa và dạng khử  c ủa nicotine amide adenine dinucleotit tương ứ ng, E1-E4  – các enzym xúc tác t ác cho các phản ứng tương ứng.

Quá trình sinh t ổng h ợ p  A1  được xúc tác bởi E1  là một quá trình hai bướ c. Trung gian t ạo thành chứa photpho và oxy vớ i tỉ  l l ệ mol 1:8. 2. Từ  danh sách các ki ểu phản ứng cho dưới đây, hãy chọn các ki ểu phản ứng thể  hiện các bướ c được enzym E1 và E3 xúc tác.

a) Tạo thành este c ủa ribonucleosit photphat và axit carbonic. b) Chuy ển đoạn axit photphoric thải đến một chất khác do s ự  cắt đứt liên k ết có năng lượ ng cao c ủa một cchhất khác (phản ứng kinase). c) Thủy phân liên k ết este. d) Tạo thioeste c ủa axit cacbonic. e) S ự oxy hóa decacboxyl hóa. f) Cắt liên k ết cacbon-cacbon. 3.  Vẽ  c ấu trúc hợp chất trung gian c ủa phản ứng có E1 làm xúc tác. Cho r ằng c ấu trúc c ủa axit phytanic là RCOOH, với R là phần gốc hydrocacbon. B ti ếp t ục tham gia vào m ột loạt các quá trình oxy hóa β. Dữ  liệu về  sự  oxy hóa phân h ủy axit

pristanic cho ở bảng dưới. Bướ c

S ản ph m c t mạch

Formation of pristanoyl CoA

Không

The 1st  cycle of β-oxidation

Propionyl CoA

The 2nd cycle of β-oxidation

Acetyl Acet yl CoA

The 3rd cycle of β-oxidation

Propionyl CoA

The 4th cycle of β-oxidation

Acet Acetyl yl CoA

The 5th cycle of β-oxidation

Propionyl CoA

The 6th cycle of β-oxidation

Acet Acetyl yl CoA

The 7th cycle of β-oxidation

Propionyl CoA + Formyl CoA (s ản ph m c u i c ủa s ự thoái phân)

 

4. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử  c ủa axit phytanic  A  mà không c ần phải quan tâm đến quá trình oxy hóa α  đồng thời cho bi ết c ấu trúc c ủa axit pristanic.

5. V ẽ  c ấu trúc lập thể  c ủa  A và B . Lưu ý rằng các tâm bất đối trong các axit béo này đề u có c ấu hình R tr ừ tâm bất đồi gần nhóm cacboxylic nhất.

6. Giải thích t ại sao axit phytanic không thể tham gia vào quá trình oxy hóa β. Enzym xúc tác cho bước đầu tiên c ủa chu trình oxy hóa β  có t ính đặc thù lập thể. Acyl CoA có th ể bị 

enzym này chuy ển hóa nếu như tâm bất đối ở xa nguyên t ử cacbon ω  nhất có c ấu hình S. Có m ột loại enzym đặc biệt là AMCAR racemase (xu ất hiện trong một s ố  bệnh ung thư) có khả  năng chuyển hóa axit pristanic và m ột s ố  s ản phẩm c ủa quá trình oxy hóa β  chất này bằng cách xúc tác cho quá trình chuy ển c ấu hình từ R  S ở tâm bất đối xa nguyên t ử cacbon ω  nhất. 7.  Đề Đề  nghị  cơ chế cho quá trình raxemic hóa pristanoyl CoA. 8. Vẽ  c ấu trúc l ập thể  các chuy ển hóa chất c ủa s ự  oxy hóa axit pristanic có th ể  là cơ chất c ủa AMCAR. Trong quá trình oxy hóa α   c ủa chất  A trong các loài động vật có vú, chỉ   một c ặp đồng phân lập thể  được tạo thành trong phản ứng xúc tác E2.

9. Dựa vào các thông tin l ập thể hãy cho bi ết c ấu hình tuy ệt đối c ủa các tâm bất đối trong  A2.

Đáp án:  1. Dựa theo cách phân loại c ủa IUB:: 1.3.  – oxidoreductase đóng vai trò như nhóm nhậ n CH –CH; 4.2.  – carb  carbon-oxygen on-oxygen lyase (hay hydrolase); 1.1.  – oxidoreductase đóng vai trò như nhóm nhậ n CH –OH; 2.3.  – acyltransferase. Enzym thứ  nhất xúc tác cho quá trình dehydro hóa d ẫn đến s ự t ạo thành dẫn xuất β axyl chưa no (tất cả các nguyên t ử cacbon còn l ại tr ừ  cacbon cacbonyl g ọi chung là R) Vi ệc thêm nước vào axyl CoA chưa no này dẫn đến s ự  t ạo thành 3-hydroxyaxyl CoA (vi ệc t ạo thành 2-hydroxyaxyl CoA không phù

hợp với việc tạo thành s ản phẩm cuối đề  bài yêu c ầu). Điều này đượ c xác nhận lại bởi phân nhóm của enzym thứ  ba, xúc tác cho quá trình chuy ển hóa oxy hóa t ừ  một nhóm hydroxyl đến một nhóm cacbonyl. Enzym thứ  tư dẫn đến s ự  tạo thành s ản phẩm cuối c ủa chu trình là s ản phẩm thoái phân hợp ch ất thio (chuy ển hóa mảnh R-CO thành phân t ử CoA-SH mớ i).

 

R

S

CoA

 

S

R

O

OH O

X

Y

S

R

CoA

O

CoA

O Z

 

2. Dựa vào các dữ  ki ện c ủa đề  bài thì E1 xúc tác thành công cho hai quá trình. D ựa vào danh sách các phản ứng đã cho thì có hai trườ ng h ợp khả  thi cho giai đoạn đầu tiên: t ạo liên k ết este giữa một ribonucleosit photphate và axit cacbonic hay phản ứng kinase. Tiếp sau đó thioeste của axit cacbo c acbonic nic (phytanoil CoA) t ạo thành ở  bước thứ hai. Lý do E1  xúc tác cho hai giai đoạn phản ứng được cho là sự  tạo thành phytanoyl CoA có năng lượ ng t ự  do Gibbs dương. Quá trình này trở  nên khả thi nếu nó đi liền với s ự cắt đứt liên k ết có năng lượ ng cao trong NTP.

Nếu bước thứ  nhất là phản ứng kinase thì chỉ   có thể  tạo thành một s ản phẩm: Phần còn lại c ủa axit phytanic liên k ết với một photphat. Tỉ   lệ P : O trong s ản phẩm lúc này s ẽ là 1:5. Như vậy có thể  k ết luận r ằng có s ự  tạo thành trung gian chứa c ả  đoạn NMP hay NTP. Chú ý đoạn NDP không phù hợp với các s ản phẩm có chứa photpho ti ếp sau. Như vậy ki ểu phản ứng được xúc tác bởi các enzym là: E1  –– a), d); E3  ––  f). 3. Để  xác định E1 xúc tác cho phản ứng phân c ắt nucleotit nào c ần lập bảng t ỉ   lệ  mol P:O đối với t ất

cả các dẫn xuất có thể có c ủa ribonucleotit mono- và triphotphat. Hợp

ch t

Tỉ   lệ mol P:O n u nucleotit ban đ u chứa base

tru trung

gian chứa Monophotphat Monoph otphat Triphotphat riphotphat

Adenine

Guanine

Ura Uracil cil

Cytosine

1:8

1:9

1:10

1:9

1:4.66

1:5

1:5.33

1:5

Có thể  thấy ngay r ằng E1 chỉ  có   có thể xúc tác cho s ự  chuy ển hóa đoạn adenosin monophotphat trong phân tử axit phytanic:

NH2 N R O

O O P O O-

N

N N

O OH OH

 

4. Từ  bảng cho trong bài có thể suy ra s ố  nguyên t ử cacbon c ủa axit prystanic là: 4·3 (propionyl CoA) + 3·2 (axetyl CoA) + 1 (fomyl CoA) = 19.

 

Dựa vào chu trình phản ứng . Giai đoạn E3  xúc tác dẫn đến s ự  tách bỏ  một nguyên t ử cacbon gắn với CoA. Ở  các bước khác k ể  cả  bước được E2 xúc tác không x ảy ra s ự  thay đổi nào về  s ố  lượ ng các nguyên t ử  cacbon trong axit phytanic (chú ý đề  cho phương trình phản ứng). Như vậy  A  chứa 19+1=20 nguyên t ử cacbon.  Để  xác định công thức phân t ử  c ủa axit phytanic bão hòa: hydro  – 20·2, oxy  –  2 (cả  hai đều thuộc về 

nhóm cacboxylic). Như vậy công thức là, C20H40O2. Chú ý axit phytanic có th ể  đượ c viết dưới dạng RCOOH, với R là đoạn hydrocacbon. Như vậy R không mang nhóm chức (bao gồm c ả  nhóm hydroxyl hay cacboxylic). Công th ức thực nghiệm là: C10H20O. 5. Trong sơ đồ  c ủa s ự  oxy hóa   đã được thảo luận ở câu hỏi 1 thì axetyl CoA là ph ần bị tách ra khỏi

axit béo: FAD O R

S CoA

  1.3.  

FADH2

H20

O

OH O 4.2.

R

 

S CoA

R

S CoA CoA

NAD+ 1.1. NADH + H+ O

O

2.3.

R

S CoA CoA H3C

 

R

O

O S CoA CoA

HS-CoA S CoA

Một con đườ ng chuy ển hóa khác là s ự  tách loại propionyl CoA sau m ỗi hai chu trình thoái phân axit prystanic. Propionyl CoA s ẽ  được t ạo thành nếu một nhóm metyl gắn với nguyên tử  cacbon α . Trong trường h ợp này nguyên t ử cacbon α  phải có hydro để có thể  bị  loại ra ở  giai đoạn đầu c ủa chu trình. Như vậy việc có mặt nhóm metyl ở  vị trí này không thể giúp cho axit béo tham gia quá trình oxy hóa β  được như chỉ   ra ra ở sơ đồ  dưới:

 

FAD O R

S CoA

 

FADH2

H20

O

1.3.  

R

OH O  

S Co CoA A

4.2.

R

S CoA

NAD+ 1.1. NADH + H+ O

O

2.3.

R

S CoA

R

O S   CoA

 

O S CoA

HS-CoA

Có thể  thấy rõ từ  sơ đồ này s ản phẩm cuối c ủa quá trình chuy ển hóa axit prystanic có thể nhận được nếu chỉ  R  R bị thế bởi H ở chu trình trình oxy hóa β thứ 7. Như vậy s ản phẩm c ủa chu trình oxy hóa th ứ 6 là: O S CoA metabolite 6   Tương tự như vậy, suy ngượ c t ừ dưới liên quá trình oxy hóa thoái phân axit prystanic ta có: O S CoA metabolite 6

O

cycle №6

S CoA

  acetyl CoA

  metabolite 5

O

cycle №4

S CoA

acetyl CoA

metabolite 3

acetyl CoA

S CoA CoA

propionyl CoA

metabolite 4

O

cycle №3

S CoA

propionyl CoA

metabolite 2

O

cycle №2

O

 cycle №5

O

S CoA cycle №1

S CoA

  propionyl CoA

pristanoyl CoA

metabolite 1

  Khi xác lập được c ấu trúc c ủa B, dĩ nhiên dựa vào sơ đồ  oxy hóa α có thể xác lập được c ấu trúc c ủa  A. Bướ c chuy ển hóa  A  thành  A1  ứng với s ự  tạo thành phytanoyl CoA. Dựa vào phương trình phản

ứng ở   phản ứng thứ hai thì chỉ   một nguyên t ử  oxy tham gia vào chuy ển hóa t ừ  A A1  t ạo thành  A 2. Rõ

ràng nguyên t ử oxy này gắn vào nguyên t ử  cacbon α.  Điều này được xác nhận bở i tên c ủa quá trình oxy hóa, cũng như việc t ạo thành fomyl CoA (chứ  không phải axetyl CoA) ở  bước k ế  ti ếp. Như vậy

công thức tổng quát c ủa  A2 là: O R

S CoA OH

 

 

Ở  bướ c k ế  ti ếp liên k ết cacbon-cacbon bị  c ắt dẫn đến s ự  t ạo thành fomyl CoA và andehit tương ứ ng  A3:

O R

O S CoA

H

OH

S CoA

O +   R C H

 

A3. Nhóm cacbonyl tiếp tục bị oxy hóa thành cacboxyl cho phép t ạo thành B t ừ  A O O +   H O + + NADH +   H+ +   NAD R C R C 2 H OH  

Chú yes đến c ấu hình tuy ệt đối c ủa các nguyên t ử  bất đối trong axit phytanic, s ự  t ồn t ại hai đồng

phân lập thể  c ủa axit phytanic và s ự  lưu giữ  c ấu hình c ủa các nguyên t ử cacbon bất đối trong quá trình oxy hóa α , có thể xác định chính xác c ấu trúc c ủa  A v  vàà B :

(R)

(R)

(R)

COOH

(R)

(R)

(R)

 A (R)

(R)

(S)

B (R)

COOH

COOH

(R)

 

(S)

COOH

6.  Axit phytanic không thể tham gia vào quá trình oxy hóa β  do hi ện diện một nhóm metyl ở vị trí này, điều đó dẫn đến việc không thể t ạo thành dẫn xuất xeto-axyl ở phản ứng thứ ba trong chu trình.

7. H R

(R)

O

S

CoA

 -H+   + H+

S

R

O-

H

+ H+ CoA

 -H+

R (S)

S

CoA

O

R  =  _

R

  O

S

CoA

 

Sự  thioeste hóa axit pristanic dẫn đến việc tăng tính axit của nguyên t ử  hydro C-2, cho phép nó có khả năng deproton và tái proton hóa. 8.  Có thể  thấy đượ c r ằng s ự raxemic hóa ảnh hưởng đến các nhóm thế  ở  vị trí α. Như vậy hai trung gian đượ c t ạo thành trong quá trình chuy ển hóa axit pristanic (chất 2 và 4 ở  sơ đồ trên) có thể  là cơ

chất cho AMCAR (α-methylacyl-CoA racemase).

 

(R)

S   CoA

(R)

S   CoA

(R)

metabolite 2

 

O

O

metabolite 4

 

9.  Do chỉ   tạo thành hai đồng phân l ập thể  trong s ố  4 đồng phân đã xác định nên s ự hydroxyl hóa ở  C2 là đặc thù lập thể. Nó chỉ   x ảy ra t ừ  hướng ngượ c lại với hướng c ủa nhóm metyl, do nguyên t ử  cacbon trung tâm đã bị ch ắn mạnh ở  phía đó.

Cấu hình tuy ệt đối c ủa các tâm bất đối trong các đồng phân l ập thể là: 11R,7R,3R,2S 11R,7R,3R,2S và 11R,7R,3S, 11R,7R,3S , 2R.

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Sự oxy hóa ω  là một con đường khác để chuyển hóa các axit béo, nhưng ít gặp hơn quá trình oxy

hóa β. Con đường hiếm gặp này bắt đầ bằng quá trình oxy hóa nhóm metyl của axit béo thành nhóm cacboxyl. Axit dicacboxylic tạo thành tiếp tục tham gia vào một số chu trình oxy hóa β  hướng về phía nhóm cacboxyl đã hiện diện ban đầu trong phân tử axit. Tất cả các phản ứng xảy ra trong quá trình

oxy hóa ω  đều không có tính đặc thù lập thể. Do có một s ố  điểm bất thường trong c ấu trúc nên axit béo t ổng h ợ p D  trong các loài động vật có vú chỉ   có thể  bị  oxy hóa bằng con đường oxy hóa ω  (chứ  không phải là oxy hóa α  hay β). Axit dicacboxylic E  đượ c chuy ển hóa tiếp thành axyl CoA tương ứng, sau đó tiế p tục tham gia vào 7 chu trình oxy hóa β  liên ti ếp giải phóng ra 7 phân t ử  axetyl CoA. Công thức c ủa s ản phẩm trung gian F1  trong quá trình này là C27H39N7P3SO195 –. F1 tồn tại ở  dạng anion trong môi trườ ng pH sinh lý. Thủy phân nó t ạo thành hai s ản phẩm, một trong s ố đó là F2 không chứa cacbon bất đối.

D

omegaoxidation

E

 

acyl CoA of E

7 beta-oxidation cycles

F1

H2O

F2 + ...  

1. V ẽ c ấu trúc c ủa các hợp chất D, E, F2 và anion F1 ở pH 7. Chứng minh đây là câu trả  l ời phù hợp. 2. Giải thích t ại sao axit béo D không thể tham gia vào quá trình oxy hóa α cũng như β.  3.  Đề  nghị  c ấu trúc lập thể  c ủa axit béo t ổng h ợ p G, là một đồng phân c ủa ch ất D, có cùng s ố nguyên tử  cacbon trên mạch chính và cũng không tham gia vào quá trình oxy hóa α hay β vì sự   dị  biệt c ấu trúc. Quá trình oxy hóa axit béo theo con đườ ng (ω-1) cũng là một con đườ ng thoái phân axit béo khác trong động vật có vú. Nó đóng vai tr ò quan tr ọng trong s ự  chuy ển hóa các prostaglandin và d ẫn đến

sự  phát triển nhiều bệnh di truy ền. Một chu trình oxy hóa (ω-1) bao gồm năm giai đoạn oxy hóa 2e của axit béo.

 

Một axit béo đơn chứ c H  có nhiều trong t ự  nhiên chứa 75.97% C, 12.78% H, và 11.25% O về  khối lượ ng. Cuối quá trình oxy hóa (ω-1) nó cho s ản phẩm cuối J. Hợp chất I  (72.42% C, 11.50% H,

16.08% O về  khối lượng) là một trong s ố  các trung gian trong quá trình chuy ển từ  H sang J. Phổ  1H NMR c ủa chất I  c ho hai pic đơn với các cường độ  tích phân khác nhau và m ột s ố các pic đa. Cườ ng độ  tích phân c ủa mỗi pic đa khác với pic đơn. Một trong s ố  các pic đơn được nhận ra dễ  đàngo có cường độ tích phân cao nh ất trong toàn phổ  đồ.

4. V ẽ c ấu trúc c ủa H  và I. Chứng minh r ằng ằng đây là câu trả l ời phù hợp. 5. Cho bi ết c ần bao nhiêu bước oxy hóa 2e chất H để thu được I, n ếu biết r ằng ằng con đường oxy hóa ω  là một phần c ủa con đườ ng oxy hóa (ω-1). 6. Vẽ c ấu trúc c ủa J . Con đường oxy hóa α không khả  thi đối với các bệnh di truy ền người lớn (ARD) do thi ếu đi một

enzym c ần cho quá trình oxy hóa này. Chuy ển hóa axit phytanic  A  (hỗn hợp hai đồng phân l ập thể  trong đó epimer -R ưu thế  hơn, tức R>S) trong các cơ thể  người bệnh dẫn đến s ự  t ạo thành axit

dicacboxylic C (hỗn hợp không bằng nhau c ủa hai đối quang, R>S). 7. Xác định c ần có bao nhiêu bước oxy hóa để   nhận được C  từ  A A  trong cơ thể  cua người bị  bệnh ARD, nếu biết r ằng không sinh ra malonyl CoA trong chu trình oxy hóa β  thứ nhất. Oxy hóa β  ____ Oxy hóa ω  _____ Oxy hóa (ω-1)_____ AMCAR là enzym epimerase duy nhất tham gia vào chu trình oxy hóa chuy ển  A thành C. 8. Vẽ  c ấu trúc lập thể  c ủa hợp chất trung gian c ủa quá trình oxy hóa  A  trong cơ thể  c ủa bệnh nhân ARD có thể đóng vai trò cơ chất cho AMCAR.

Đáp án:  1.  Xem xét cơ chế  c ủa quá trình oxy hóa ω  và β  dẫn đến k ết luận F1  là dẫn xuất axyl CoA c ủa một axit dicacboxylic, trong đó nhóm cacboxyl đầu tiên đã có sẵ n trong D, trong đó nhóm thứ   hai được

tạo thành ở bước cuối c ủa chu trình oxy hóa β. Chú ý đến phản ứng thủy phân:

HOOC

R

COSCoA   +   H2O

 

HOOC

Có thể xác định đượ c công thức của F2 t ừ các tính toán sau:

R

COOH   + CoA-SH  

 

Công thức F2 = Công thức anion F1  + H5  –– Công thức dạng không ion hóa c ủa coenzym A + H2O = C27H39N7P3SO19 + H 5  –– C21H36N7P 3SO16 + H2O = C6H10O4. Lưu ý sản phẩm thứ  hai c ủa quá trình thủy phân là coenzym A không thể là F2 do có chứa nguyên t ử 

cacbon bất đối.

Tất c ả  các c ấu trúc có thể  có c ủa axit cacboxylic không có nguyên t ử cacbon bất đối có công thức C6H10O4  được cho dưới đây, cũng như axit béo D  ứng với mỗi chất F2 khác nhau. Luôn nh ớ  r ằng D không tham gia đượ c vào c ả  hai quá trình oxy hóa α  hay β, có thể  kết luận r ằng chỉ  có   có duy nhất m ột

sự lựa chọn thỏa mãn mà thôi (in đậm). GENERAL FORMULA OF D

 F2

HOOC

 

HOOC

COOH

COOH

R

R

POSSIBILITY OF

-OXIDATION -OXIDATION

 

COOH

YES

YES

 

COOH

YES

 NO

COOH

 NO

 

COOH

YES

 

COOH

R HOOC

 

NO

COOH

R COOH

R

 NO

 NO

YES

 NO

YES

HOOC COOH HOOC

R

 

COOH

R - non-identical residues

 

Công thức D  và E  có thể  đượ c suy ra bằng cách c ộng thêm 14 nguyên t ử cacbon (7 chu trình oxy hóa β) vào nguyên t ử  cacbon xa nhất trong F2. Phân t ử  không có s ự  phân nhánh ngoại tr ừ  ở  vị  trí cacbon α  do chỉ   có s ự  tạo thành axetyl CoA (chứ không phải propionyl CoA, etc.) sau mỗi chu trình oxy hóa β. Như vậy,

 

D

COOH HOOC

E

COOH

NH2 N O -OOC

S

H N

H N O

HOOC

OH

O CH3 O O P O P O H C O 3 OO-

N

N

N

anion  F1

O

O OH O P OOCOOH

F2

 

2. D  không thể  tham gia vào quá trình oxy hóa α - hay β  do nó không có nguyên t ử  hydro nối với nguyên t ử cacbon α. Điều này dẫn đến việc không thể t ạo thành đượ c nhóm hydroxyl hay liên k ết đôi, vốn là điều ki ện c ần để x ảy ra các con đườ ng chuy ển hóa tương ứ ng là oxy hóa α v  vàà β. 3. Axit béo D  và đồng phân G  c ủa nó chứa 18 nguyên tử cacbon trên mạch chính. Như vậy vớ i chất G  chỉ   có hai hướ ng phân nhánh khả thi: hai nhóm metyl hai m ột nhóm etyl. Cấu trúc có thể có c ủa G 

với nhóm etyl ứng vớ i quá trình oxy hóa chuy ển thành axit phytanic và axit pristanic ch ứa nhóm thế  metyl. Như đã trả  lời ở câu hỏi 1 là quá trình oxy α   và β không thể  x ảy ra đối với axit béo mang hai

nhóm thế  ở nguyên t ử cacbon α . Trong cùng thời điểm đó quá trình α  có thể kh ả thi nếu hai nhóm thế  gắn vào nguyên t ử  cacbon β  (xem đáp án câu 1). Như vậy chỉ  có   có thể  là axit béo chứa nhóm metyl ở  cả hai nguyên t ử  cacbon α  và β  thỏa mãn mà thôi. Trong trườ ng h ợ p c ủa con đườ ng oxy hóa β s ẽ là không khả  thi vì lý do tương tự   như ở  axit phytanic, trong khi đó quá trình oxy hóa α  không thể x ảy ra do tr ung ung gian xeton đượ c t ạo thành thay vì andehit (xeton không th ể  bị oxy hóa thành nhóm cacboxyl trong cơ thể s ống) Như vậy c ấu trúc c ủa G là: COOH

G

4. Tính toán xác đinh công thứ c thực nghiệm c ủa H  và I: H: n(C): n(H) : n(O) = 75.97/12.01 : 12.78/1.01 : 11.25/16.00 = 9 : 18 : 1; I: n(C) : n(H) : n(O) = 72.42/12.01 : 11.50/1.01 : 16.08/16.00 = 6: 11.33 : 1.

 

 

Công thức thực nghiệm c ủa I  là C18H34O3.  Axit béo H không thể  chứa ít cacbon hơn chuyển hóa chất của nó, mặt khác nó cũng phải có hai nguyên t ử oxy (axit đơn chức). Như vậy công thức phân tử c ủa H là C18H36O2. H là một axit béo bão hòa. Như vậy một nguyên t ử oxy s ẽ thay thế hai nguyên t ử  hydro trong H để 

cho I. Có một vài lựa chọn cho phản ứng thế này, có thể  k ể  ra s ự  tạo thành: 1) carbonyl; 2) epoxide; 3) t ạo thành liên k ết đôi vớ i nhóm hydroxyl ở  nguyên t ử cacbon khác; 4) oxy trong d ị vòng. Một ttrong rong số  các pic đơn ứ ng với nguyên t ử  hydro c ủa nhóm cacboxyl (cường độ  tích phân nhỏ). Như vậy I  không thể  có nguyên t ử  hydro khác có cùng cường độ, và như vậ y nhóm hydroxyl, m ảnh CHCH  trong vòng epoxy và nhóm CH trong dị vòng không thể  xảy ra. Chỉ  còn   còn lại một s ự  lựa chọn là nhóm cacbonyl, trong đó không thể  là nhóm andehit do nó có th ể  t ạo ra đượ c một pic đơn với cường độ  tích phân cũng tương tự   như nhóm cacboxyl. Lúc này xeton là sự   lựa chọn cuối cùng. Nhóm này

buộc phải nằm ở nguyên t ử cacbon [(ω)-1] do chỉ   trong trường h ợp này nhóm metyl m ới cho một pic đơn với cường độ  tích phân cao gấp ba l ần nhóm cacboxyl. Tất c ả  các pic đa đều cho tin hiệu có cường độ  tích phân là 2 (cao hơn 1 nhưng thấp hơn 3). Như vậy H là m ột axit béo mạch thẳng không

phân nhánh (chỉ  nhóm   nhóm CH2  không tương đương hiện diện ở giữa các nguyên t ử cacbon đầu mạch).

Cuối cùng, COOH

H

COOH

I

O

 

5. Tất c ả  các phản ứng trong con đườ ng oxy hóa (ω-1) đều là s ự oxy hó 2e c ủa axit béo. S ự phân tích ngược ttr  r ở l ại cho thấy I được t ạo thành từ ancol bậc hai sau:

COOH OH

 

 Ancol này đượ c t ạo thành (đừng quên đi 2e) trự c ti ếp t ừ  axit stearic (H) bằng phản ứng xúc tác

enzym oxygenase. Như vậy H chuy ển hóa thành I qua hai bước. 6. Cần có ba bước để  chuy ển hóa I  thành s ản phẩm cuối J , do quá trình oxy hóa (ω-1) bao gồm 5 bước liên t ục. Cũng cần phải đếm s ố  bước c ủa quá trình oxy hóa ω-pathway vốn dẫn đến s ự  t ạo

thành nhóm cacboxyl t ừ  nhóm metyl đầu mạch. Tất c ả  các bước c ủa quá trình oxy hóa ω  đều là s ự  oxy hóa 2e và là m ột phần c ủa con đườ ng oxy hóa (ω-1). Ở  bước đầu tiên thì axit béo chuy ển hóa thành ancol bậc một bằng phản ứng oxygenase. Ancol này sau đó bị   oxy hóa thành andehit, và cuối cùng thành axit cacboxylic (tương tự  như sự  oxy (ω-1) đã được mô t ả  trên). Như vậy quá trình oxy

hóa ω  bắt đầu từ ch ất I và bao ba o gồm c ả s ản phẩm cuối J . Cuối cùng thì,

 

HOOC

COOH

J 

O

7. Cấu trúc c ủa axit phytanic A: (R)

COOH

(R)

(R,S)

 

Trong cơ thể  những ngườ i bệnh ARD, s ự  oxy hóa axit béo này t ừ  đầu cacboxyl không thể  x ảy ra

bằng các con đường đã biết. Như vậy s ự  thoái phân phải bắt đầu từ  đầu ω. Sự  hiện diện c ủa nhóm metyl ở  nguyên t ử  cacbon (ω-1) không cho phép x ảy ra s ự oxy hóa (ω-1). Như vậy bước đầu tiên s ẽ  là quá trình oxy hóa ω  tạo trung gian: HOOC (R,S)

(S)

COOH

(R)

(R,S)

 

Lặp lại các quá trình oxy hóa ω  c ủa trung gian này s ẽ  dẫn đến việc tạo thành một axit tricacboxylic. Quá trình oxy hóa β  tiếp theo c ủa axit này dẫn đến s ự  tạo thành malonyl CoA ứng với các dữ  ki ện của đề  bài. Như vậy quá trình oxy hóa β là quá trình duy nh ất khả  thi để  ti ếp tục chuy ển hóa axit hai chức trên. S ố chu trình oxy hóa β có thể được xác định bằng cách phân tích các d ữ ki ện c ủa các hợp chất  A  và C. Do là m ột hỗn hợp hai đối quang nên C  chỉ   chứa một nguyên t ử cacbon bất đối. Chỉ  có  có hai s ản phẩm c ủa quá trình oxy hóa β thỏa mãn điều này: HOOC

(R,S)

COOH (1) 

HOOC(R,S)

COOH (2)  

Quá trình oxy hóa β  c ủa chất (1) dẫn đến s ự  tạo thành chất (2). Bước chuy ển hóa này được xác đị nh bằng s ự nghịch chuy ển c ấu hình tuy ệt đối c ủa tâm lập thể do có s ự thay đổi độ  hơn cấp nhóm thế. HOOC

HOOC

(R)

(S)

COOH

COOH

beta-oxidation HOOC

(S)

beta-oxidation HOOC

(R)

COOH

COOH

 

Cùng thời điểm đó xảy ra 5 chu trình oxy hóa β  c ủa axit dicacboxylic (trung gian (1)) không h ề  dẫn đến s ự  nghịch chuy ển c ấu hình nguyên t ử cacbon bất đối gần với nhóm cacboxyl ban đầu nhất. Do t ỉ  

lệ  R>S vẫn được giữ  nguyên khi chuy ển hóa  A   thành C nên s ản phẩm trung gian (1) l s ự  lựa chọn cuối cùng. Ngay c ả  khi cho r ằng chất trung gian (2) l à cơ chất thích hợp cho A MCAR cũng không thể  dẫn đến việc x ử lý chất này như đề bài yêu c ầu (AMCAR không cho t ỉ   llệ S>R). Như vậy s ố  bước cần thiết để chuy ển hóa  A  thành C:

Oxy hóa β  Oxy hóa ω 

5 bước 1 bước

 

 

Oxy hóa (ω-1)

0 (con đường này không x ảy ra)

8. Enzym xúc tác cho bước đầ u tiên c ủa quá trình oxy hóa ω  không đặc thù lập thể, như vậy trong trường hợp c ủa axit phytanic s ẽ nhận được một h ỗn hợp các đồ đồng phân lập thể: pro-(R)-methyl

omega-oxidation (R)

COOH

COOH

(R)

COOH

(R,S)

pro-(S)-methyl

(R,S)

(S)

(R)

(R,S)

  Như vậy s ản phẩm axyl CoA t ạo thành trong quá trình oxy hóa ω  (15R-epimer) s ẽ  bị  chuy ển hóa

bằng AMCAR t ạo thành S-epimer tương ứng. Như đã thấy ở  sơ đồ  trên, quá trình oxy hóa ω  làm thay đổi c ấu hình tuy ệt đối ở  nguyên t ử C-11 do

có s ự  thay đổi độ  hơn cấp, điều này làm cho quá trình xúc tác c ủa AMCAR ở  chu trình oxy hóa β thứ  ba tr ở  nên không c ần thiết. Điều tương tự  cũng xảy ra với C-7, với c ấu hình tuy ệt đối đã bị  thay đổi sau chu trình oxy hóa β  thứ hai: CoA S

(S)

 

(R)

(R,S)

cycle №2

COOH

CoA S

(S)

(S)

(R,S)

COOH

O

O

 

Như vậy chất thích hợp nhất để  làm cơ chất cho AMCAR là: HOOC

(R)

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

(S)

(R)

COOH (R,S)

 

năm 2007  

Quá trình peroxi hóa lipit, đặc biệt là các lipit có trong các màng sinh học và các lipoprotein được xem như là một giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của nhiều căn bệnh như chứng xơ vữa động mạch. Lipit chứa các axit béo chưa bão hòa (PUFA) là những thủ phạm chính chính của quá trình trình oxy hóa

này. X  là một trong s ố  các s ản phẩm cuối c ủa quá trình peroxi hóa các axit béo chưa bão hòa trong cơ thể  

động vật có vú. X c ũng có thể nhận được bằng cách ozon khử các PUFA.

1. Viết phản ứng x ảy ra khi ozon hóa axit timnodonic sau đó xử   lý hỗn hợp phản ứng với dimetyl sunfua. COOH timnodonic timnodon ic acid (without stereochem stereochemical ical information)

 

 

X có khả  năng phản ứng cao với r ất nhiều các hợp chất có hoạt tính sinh học ch c hẳng hạn protein. Đặc

biệt nó có thể  có tươ ng tác kiểu không enzym với phần amino axit trong albumin là m ột loại protein quan tr ọng trong s ự  vận chuy ển huy ết thanh. Kết quả các nhóm chức ở nhánh các amino axit liên k ết chéo vớ i nhau. Liên k ết tạo thành trong phản ứng này đượ c miêu tả  như sau (với R1  và R2  là các phân mảnh trong mạch polypeptit c ủa protein): R1

H N

N

HN

HN   R2

 

2.  V ẽ  c ấu trúc lập thể  c ủa chất X và các amino axit tham gia quá trình này, ch ỉ  ra  ra các nhóm tham gia vào quá trình ghép m ạch. 3.  Đề Đề  nghị  một cơ chế cho quá trình này, nếu biết r ằng trong phản ứng chỉ  có  có s ự loại nước. Y  là một s ản phẩm khác c ủa quá trình peroxy hóa lipit. Nó có cùng s ố  nguyên t ử  cacbon với X   và

tương tác được với c ả protein và axit nucleic.

Tương tác giữa Y  với phần lysin trong protein dẫn đến s ự  tạo thành một amino axit ít gặp là Nε-(3formyl-3,4-deh formyl-3,4-dehydropipe ydropiperidino) ridino) lys lysin in (FDP-lysine): (FDP-lysi ne):

OHC

COOH

N

NH2

 

4. V ẽ c ấu trúc c ủa Y, chú ý đến đến lượ ng nước gi ải phóng trong quá trình t ạo thành FDP-lysin. 5.  Đề  nghị  một cơ chế  giải thích s ự  tạo thành phần FDP-lysine nếu biết r ằng phần lysin này là m ột phần c ủa một protein. Bi ết r ằng c ộng Michael là một bước quan tr ọng ọng trong cơ chế. Tương tác giữa Y  với nucleosit Z  được tìm thấy trong các axit nucleic t ạo ra s ản phẩm c ộng Là

nucleosit Z1. Khối phổ  c ủa Z1  nhận được từ  phương pháp bắn phá nguyên t ử nhanh (FAB-MS) cho hai pic chính ứng với dạng monoproton hóa (M+H+), vớ i giá tr ị m/z  lần lượt là 191 và 307. 6. V ẽ c ấu trúc c ủa Z, nếu biết cchhất này phản ứng với Y  chỉ  cho  cho duy nhất Z1. Z1  chứa một base có c ấu t ạo một phần như sau: OH N N

 

 

7. V ẽ c ấu trúc Z1.

Đáp án:  1. COOH   +   5O3 + 5 H3C   CH3 S 4O H

O

O +

  H

 

H

COOH   +   5 H3C S   CH3 O

+ O H

2. Do X  là s ản phẩm ozon phân khử  các PUFA, nên nó chỉ   có thể  chứa ba nguyên t ố  là cacbon, hydro và oxy. Như vậy cả  4 nguyên t ử  nitơ trong cấu trúc liên k ết nằm ở   phần nhánh c ủa hai amino axit (lưu ý rằng không thể t ạo liên k ết peptit ở đây được)

Có thể  tồn tại 6 amino axit chính ch ứa nitơ ở  mạch nhánh bao gồm: asparagine, glutamine, lysine, histidine, arginine và tryptophan.

Tryptophan không thể  đưa vào cấu trúc liên k ết. Còn glutamin và asparain cũng bị  loại luôn do có thể  tạo đượ c liên k ết peptit trong khi c ấu trúc liên k ết lại không có nhóm CO nối với nguyên t ử nitơ cũng như các đoạn R1 và R2  (sự  khử amit thành amin như là kết quả  tương tác không enzym vớ i andehit

không thể x ảy ra) Có hai lý do để  loại bỏ  histidin, cho dù có thể  nhận ra đượ c phần imidazole trong c ấu trúc liên k ết.

Thứ  nhất, không có không gian cho chất X vốn chứa từ  3 đến 5 cacbon. Và thứ hai, nguồn gốc c ủa hai nguyên t ử nitơ ở  hai bên nhóm imidazole không thể giải thích được. Lysin và arginin là các amino axit còn l ại chưa nhắc đến. Các amino axit này có th ể t ạo ra hai kiểu k ết hợp: Arg-Arg và Arg-Lys (Lys-Lys có th ẻ  bỏ qua do nó có thể cho hai nguyên t ử nitơ vào cấu trúc liên kết). Như vậy arginin chắc chắn là một trong hai amino axit chính do có th ể  nhận ra đượ c phần guanidin trong c ấu trúc liên k ết như chỉ   ra ra ở hình dướ i: R1

H N HN

N HN   R2

 

Nguyên tử  nitơ còn lại chỉ  có   có thể  bắt nguồn từ lysin do nó có liên k ết với hai nhóm CH2  (nếu là phân tử  arginin thứ  hai chắc chắn s ẽ  tìm thấy thêm một phần guanidin nữa trong c ấu trúc liên k ết). Như vậy:

 

malondialdehyde R1

H N

N  

HN

lysine HN   R2

arginine

 

X chỉ   có thể  là diandehit malonic (xem hình trên). S ản phẩm còn lại c ủa quá trình ozon kh ử  axit timnodonic là propanal cũng chứa ba nguyên t ử  cacbon nhưng nó không thể  là X do chỉ   một nhóm

cacbonyl không đủ  để  t ạo thành liên k ết chéo. Như vậy propanal không thể  là s ản phẩm chính được

tạo thành trong hầu hết quá trình peroxy hóa các PUFA. H

H O

X

O

 

Cấu trúc c ủa L-lysin và L-arginine (L amino axit đượ c tìm thấy trong các protein): H2N

NH2

COOH HN

NH2

N H

L-lysine

COOH NH2 L-arginine

 

3. Cơ chế c ủa s ự t ạo nối (để  cho tiện có thể ký hi ệu R1 cho Arg, và R2 cho Lys):

H2O H

H O

H2N

+

O

Lys

O N H

Lys

NH2 Lys

N H

 

N

N

 

 

H

Lys Arg

NH2

+

HN

NH

   

H2O

N H

Arg

NH N

N H

Arg

4. Có thể  thấy r ằng s ản phẩm c ộng c ủa lysin với Y  chứa dư 6 nguyên tử   cacbon so với amino axit ban đầu. Y  c ũng chứa ba nguyên t ử  cacbon (như X). Như vậy c ần phải gắn hai mảnh Y  vào lysin để 

có thể t ạo thành FDP-lysine. Do cùng lượng nướ c giải phóng nên c ấu trúc thực nghiệm c ủa Y là: Y = (FDP-lysine  –  lysine + H2O)/2 = (C12H20O3N2  – – C6H14O2N2  + H2O)/2 = C3H4O.

FDP-lysin chứa nhóm cacbonyl, điều đó có nghĩa Y  là một andehit (như đã nói ở  câu hỏi 1 andehit là sản phẩm oxy hóa thường g ặp c ủa quá trình peroxy hóa các lipit). Như vậy Y là acrolein (chỉ  duy  duy nhất nhóm vinyl có thể là nhóm C2H3 gắn vào nhóm cacbonyl). O H

Y

 

 

Methyl xeten CH3 –CH=C=O cũng có cấu trúc C3H4O. Nhưng khả  năng này rất khó khả  thi do tính chất hóa học c ủa nó. Chẳng hạn trong s ản phẩm c ộng không hề  có nhóm metyl, đây là điều không thể đạt được trong trường hợp c ủa metyl xeten x eten.. 5. R2

NH

R1 C O R2 R1

R2

NH

R1 C O

NH2

(I)

O  

(II) R2

NH

C O R2

R1

O

N

(III)

R1

O O

N H

O

NH

C O

 

N

(IV)

O

- H2O

OH

NH

C O

N

O

(V)  

Ở  giai đoạn đầu tiên, phản ứng c ộng nucleophin c ủa nhóm ε-amino t ự  do trong lysin vào nối đôi (C-3)

của acrolein dẫn đến s ự  tạo thành dẫn xuất amin bậc hai (II ) vớ i s ự bảo toàn nhóm cacbonyl. II  tương tác với phân tử acrolein thứ  hai cũng bằng phản ứng c ộng Michael để  cho III , chất này chuy ển thành IV   bằng con đường ngưng tụ  andol. S ự  dehydrat hóa ti ếp theo (ngưng tụ  croton) cho s ản phẩm

FDP-lysine (V). 6. Các pic trong khối phổ  c ủa Z1  ứng với dạng monoproton hóa c ủa nó. Việc đầu tiên là phải xác định được phần mảnh nào đã bị  mất ở  pic có giá tr ị  m/z  nhỏ  hơn. Sự chênh lệch khối lượng ở  đây là: 307  –  191 = 116. Phân tích các giá tr ị  này bên c ạnh việc xem xét c ấu trúc các nucleosit dẫn đến khẳng định đây là đoạn deoxyribose, có nghĩa là liên kết dễ  vỡ  N-glycosit nhiều khả  năng bị phân c ắt (đoạn ribose cũng như các base tương tự   khác có các khối lượng phân t ử  khác nhau). Như vậy Z là một deoxyribonucleosit được tìm thấy trong DNA.

Khối lượng phân t ử  phần còn l ại c ủa Z1 là 191. Do đã xác định đượ c phần deoxyribose nên cũng có thể  xác định được base liên quan t ới Y. Bảng sau cho biết cách xác đị nh base này (nhớ  r ằng phản ứng giữa Z  và Y ch ỉ  cho  cho duy nhất Z1).

S đơn vị  acrolein (N) (kh i lượng phân tử 56) trong s ản ph m c ộng Khối lượng phân t ử base trong Z (191  – N·56)

1

2

3

135

79

23

 

Chỉ  duy   duy nhất adenine (M = 135, N = 1) phù hợp với các giá tr ị trong bảng. Như vậy Z là deoxyadenin: NH2 N N HO

N

 

Z

N

O

 

OH

7.  Phần mảnh cho trong bài có thể  được gắn vào phân t ử  deoxyadenine chỉ   bằng con đườ ng duy nhất sau: OH N N N HO

N N

Z1

O OH

 

Do các chất tương tác tỉ  lượng nên không còn cách nào khác ngoài base đã cho ở  trong bài.

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

Các Angiotensin (Ang) t ạo thành một họ  các oligopeptit có ho ạt tính sinh học có nhi ều ảnh hưở ng quan tr ọng ọng đến cơ thể  người. Chúng đóng một vai trò quan tr ọng trong việc điều hòa áp suất máu, ổn định cân bằng nước – muối và tham gia vào vào các quá trình tư duy.

Decapeptit angiotensin I (Ang I) là ch ất đầu c ủa họ  oligopeptit này. Thủy phân hoàn Ang I cho h ỗn hợp c ủa 9 amino axit: axit aspartic, arginine, valine, histidine, isoleucine, leucine, proline, tyrosine và phenylalanine. Asparagin bị th ủy phân cho axit aspartic trong điều ki ện thủy phân hoàn toàn peptit. 1. Vi ết phản ứng thủy phân asparagine. Có nhiều enzyme ở các nhóm khác nhau cũng có tham gia vào quá trình chuyển hóa các

angiotensin. Nhóm đầu tiên gồm các peptidase (AMA và AMN), có khả năng cắt mạch amino axit ở đầu N của oligopeptit. Nhóm thứ hai là c arboxypeptidase (Enzym chuyển hóa angiotensin, ACE và các chất tương đồng ACE2), có khả năng cắt mạch amino axit ở đuôi C của oligopeptit. Nhóm thứ ba bao gồm các peptidase  (endopeptidase trung tính (NEP) và prolyl endopeptidase (PEP)), có khả năng phân cắt liên kết peptit ở một số amino axit ax it đăc biệt.

 

 Ang I đượ c chuy ển hóa trong cơ thể người theo con đường sau:

Nonapeptide X

1

M=1182 Da

Ang I

2

M=1295 Da ACE

3

4 Heptapeptide Y 5

Nonapeptide Z

Ang II M = 1045 1045 Da

1-5 là các peptidase xúc tác cho các ph ản ứng tương ứng. Mỗi peptidase xúc tác cho phản ứng thủy phân một liên k ết peptit. Các peptidase gi ống nhau có thể được đánh số khác nhau.  Để  gọi tên các angiotensin thì m ột loại danh pháp đặc biệt đã ra đời. Các đơn vị  amino axit c ủa Ang I được đánh số  từ  đầu N đến đuôi C. Do tất c ả  các angiotensin đều có mảnh Ang I nên s ẽ  có t ừ 

«angiotensin» trong tên c ủa chúng cùng với các s ố  ả  r ập trong ngoặc đơn chỉ   vị  trí c ủa phần đầu N và đuôi C nó chi ếm trong Ang I. Ví d ụ, Ang I gọi tên theo danh pháp này s ẽ  là «angiotensin «angiotens in (1-10)».

2.  Vi ết tất c ả  các c ấu trúc amino axit hay các oligopeptit có th ể t ạo thành trong quá trình t ạo Ang II t ừ  Ang I. 3.  Gọi tên các oligopeptit X, Y  và Z  theo danh pháp Angiotensin . Xác định xem enzym 1-3 là amino hay cacboxipeptidase. 4. Xác định thành phần các amino axit có trong Ang I. Ch ứng minh đây là câu trả l ời phù hợp. Con đường chuy ển hóa dẫn xuất Ang I được sơ đồ  hóa như sau:  

Heptapeptide Y

Ang II 5

ACE 6

Pentapeptide Y2

Oligopeptide Y1

NEP 7

8

10

Pentapeptide Y3  M = 627 Da

Tetrapeptide  X  X1 1

Ang III

9

11 PEP

Ang IV

Nonapeptide Z AM-N

12

Octapeptide Z1

6-12 là các peptidase xúc tác cho các ph ản ứng tương ứng. Các peptidase gi ống nhau có thể  được đánh số khác nhau.

   

Pancreatic proteinase trypsin xúc tác cho quá trình th ủy phaanliene k ết peptit t ạo thành t ừ  nhóm cacboxyl c ủa arginin hay lysin. Z1  có khối lượ ng phân t ử  lớn nhất trong các peptit sinh ra khi trypsin xúc tác cho quá trình th ủy phân phân Ang I. 5. Xác định mảnh nào bị  c ắt ra khi chuy ển hóa Ang II đến Ang IV.

PEP chỉ   cc ắt cchhọn lọc các liên k ết peptit bắt nguồn từ nhóm cacboxyl c ủa prolin. 6. Xác định amino axit đuôi C trong Ang II và cấ u trúc c ủa dipeptit tạo thành khi x ử lý heptapeptide Y bằng ACE. Pancreatic proteinase chymotrypsin xúc tác cho quá trình th ủy phân liên k ết peptit đượ c hình thành bởi nhóm cacboxyl c ủa các amino axit thơm là  phenylalanine, tyrosine hay tryptophane. Bên c ạnh đó  chymotry psin cũng thườ ng thể  hiện tính chọn lọc với leuxin, cũng gần như các amino axit trên về  m ặt kỵ  nước. Khi x ử lý Ang II bằng chymotrypsin chỉ  thu được hai tetrapeptit 7. Vi ết chính xác thứ t ự sắp x ếp các amino axit trong Ang I. 8. Gọi tên các oligopeptit X1, Y1  và Z1 theo danh pháp Angiotensin.

Đáp án:  1. O H2N

+NH 3

COOH

+   H2O + 

H+

+ NH3 HOOC

COOH

+

+   NH4

 

2. X  và Z  là các nonapeptit.  Để  chuy ển từ Ang I thành các chất này trong m ỗi trườ ng h ợ p c ần phải cắt đi một amino axit. Ang I là m ột peptit mạch hở  có hai đầu, trong đó chỉ   có đầu N và đuôi C chịu ảnh hưởng c ủa các phản ứng này. Heptapeptit Y  được t ạo thành t ừ  Ang II vốn không phải là một

nonapeptut (chỉ   có thể  có hai nonapeptit là X  và Z). Như vậy, Ang II là một octapeptide. Do ACE thuộc nhóm carboxypeptidase, Y có thể  là Ang (1-7) hay Ang (2-8). Luận điểm Y  được tạo thành tr ực tiếp từ Ang I cho phép k ết lu ận Y là Ang (1-7). Bằng một con đườ ng khác có thể  tạo thành tr ực ti ếp  Y  từ  X . Luận điểm này xác nhận c ấu trúc Y  và Ang I có chung m ột amino axit đầu N. Như vậy nonapeptide X  đượ c tạo thành bằng s ự  c ắt đi amino axit đuôi C trong Ang I. Khối lượ ng phân t ử  của amino axit bị  c ắt bỏ là 1295  – 1182 + 18 = 131, ứng

với leuxin hay isoleuxin.  Ang II được t ạo thành t ừ Ang I bằng cách c ắt đi hai amino axit đuôi C. Khối lượ ng phân t ử c ủa amino

axit thứ 9 (tính t ừ đầu N) trong Ang I là: 1182  – 1045 + 18 = 155 (histidine).

 

Như vậy hai dipeptit có thể bị  c ắt là: His-Leu và His-Ile.

3.

X  – – Ang (1-9) Y  – – Ang (1-7). Z  – – Ang (2-10), do đượ c tạo thành bằng cách c ắt b ỏ amino axit đầu N.

2 - Amino peptidase; 1 và 3 - Carboxypeptidase. 4. Thành phần các amino axit trong Ang I có th ể  được xác định từ kh ối lượng phân tử bằng cách tính toán theo các bướ c sau: M(Ang

I)  –  Tổng khối lượng các amino axit sinh ra khi th ủy phân + 9M(H2O) = khối lượ ng c ủa đơn vị 

amino axit lặp lại (điều này chỉ  đúng nếu Ang I không ch ứa Asn). Nếu Ang I có chứa Asn thì tính toán khối lượng phân t ử  ở câu trên s ẽ  sai khác đi  1 g/mol. Do có s ự  khác nhau về  khối lượng phân t ử giữa Asn và Asp (tương ứ ng là 132 và 133 g/mol). Tính toán: M (amino

axit l ặp lại) = 1295  – (155 + 2131 + 133 + 174 + 117 + 181 + 115 + 165  – 189) = 155.

Giá tr ị  này ứng với histidin là đơn vị  amino axit l ặp lại, bên c ạnh đó là Asp. Như vậy thành phần amino axit có trong Ang Ià: 2His : 1Asp : 1Arg : 1Ile : 1Leu : 1Phe : 1Pro : 1Tyr. 5. Z1  được tạo thành từ  hai con đườ ng: từ Ang I bằng phản ứng xúc tác trypsin và t ừ nonapeptide Z (Ang (2-10)) trong phản ứng xúc tác AM-N (N-peptidase). Như vậy, Z1  là Ang (3-10), với Arg là đơn vị   amino axit thứ hai trong Ang I. Nghiên c ứu quá trình chuy ển hóa t ừ  Ang II thành Ang IV d ẫn đến k ết luận Ang III là m ột heptapeptit (lưu ý đến các phản ứng xúc tác bởi các enzym 7, 8, 8, 10). 10). Do Ang IV được t ạo thành t ừ heptapeptide

Ang III và s ự  thủy phân ti ếp tục tạo thành pentapeptide Y3 nên nó là m ột hexapeptide. Lưu ý rằng  Ang IV đượ c t ạo thành t ừ  c ả Ang (3-10) và Ang (1-8) nên chúng ta có th ể xác nhận Ang IV là Ang (38). Như vậy trên con đường đi từ   Ang Ang II đến Ang IV thì amino axit th ứ nhất và thứ  hai đã hoàn toàn bị  cắt bỏ. Mảnh amino axit thứ  hai đã được xác đị nh là Arg t ừ  trướ c. Amino axit thứ  nhất có thể được xác định d ễ dàng bằng s ự  khác biệt khối lượng c ủa Ang II vàAng IV: 1045  – 774  – 174 + 218 = 133, ứng vớ i Asp.

6. PEP c ắt bỏ  amino axit thứ  8 từ  Ang (3-8), cho thấy prolin chính là amino axit th ứ  7 trong Ang I. Khối lượ ng phân t ử của amino axit thứ 8 trong Ang I là 774  – 627 + 18 = 165 (Phe).

 

Heptapeptit Y  là Ang (1-7). ACE xúc tác cho phản ứng thủy phân dẫn đến s ự  tạo thành pentapeptit duy nhất Ang (1-5). Khối lượng phân t ử  c ủa amino axit thứ  6 được giải phóng t ừ  Y  như là một phần của dipeptit là 1045  – 664 – 165  – 115 + 318 = 155 (His). Như vậy amino axit đuôi C trong Ang II là Phe và dipeptit giải phóng t ừ Y là His-Pro.

7. Chỉ   hai tetrapeptit được tạo thành khi x ử  lý octapeptide Ang II b ằng chy motrypsin. Điều này có nghĩa là một trong s ố  các amino axit sau n ằm trong s ố  7 amino axit đầu tiên và chi ếm vị trí thứ 4: Tyr, Phe hay Leu. Phe đã được xác đị nh chiếm vị  trí 8 nên có thể  loại ra. Nếu vị trí thứ 4 là Leu thì Tyr chỉ   có thể  ở  vị  trí 3 hay 5 (vị trí thứ  10 đã được xác định là Leu hay Ile), điề u này dẫn đến một k ết quả  phức tạp khi c ắt mạch bằng chymotrypsin. Như vậy amino axit thứ  4 là. Vì lý do tương tự  nên Leu không thể ở vị trí 3 hay 5 nên nó s ẽ chỉ  ở  vị trí 10. Chỉ  còn   còn hai vị  trí là thứ 3 và 5 cùng với hai amino axit là Val và Ile. S ự  xác định chính xác vị trí chỉ  có  có thể  s ử  dụng k ết quả  c ủa việc tính toán khối lượng phân c ủa c ủa tetrapeptit sinh ra khi c ắt mạch Ang II bằng NEP.

Hướng 1. Val  – 3, Ile –  5:

(1-4)) = 133 + 174 + 117 + 181  – 318 = 551; M(angiotens (angiotensin in (5-8)) = 131 + 155 + 115 + 165  – 318 = 512;

Hướng 2. Val  – 5, Ile –  3:

M(angiotens (angiotensin in

(1-4)) = 133 + 174 + 131 + 181  – 318 = 565;

M(angiotens (angiotensin in

(5-8)) = 117 + 155 + 115 + 165  – 318 = 498.

M(angiotens (angiotensin in

Dễ  dàng thấy r ằng ằng hướng 1 thỏa mãn điều ki ện bài toán. Như vậy c ấu trúc c ủa Ang I là: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu 8.

X1  – – Ang (5-8); Y1  – – Ang (2-7); Z1  – – Ang (3-10).

 39 9 năm Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ 3

2007  

Quá trình polyme hóa theo cơ chế  gốc t ự do là một phương pháp thường dùng để  t ổng h ợ p polyme.

Nó bao gồm các giai đoạn sau: Khơi mào  –  Ở  giai đoạn này thườ ng s ử  dụng các tác nhân sinh g ốc t ừ các phản ứng hóa học hay

các biến đổi vật lý c ủa hệ thống (đun nóng hay chiếu x ạ). Phát triển mạch  –  Gốc tự  do c ộng vào monome để  tạo thành một gốc t ự do mớ i l ớn hơn. Thườ ng tốc độ  c ủa giai đoạn phát tri ển mạch không phụ  thuộc vào mức độ  phát tri ển gốc t ự  do c ủa quá trình

polyme hóa (giả  thiết r ằng khả năng phản ứng như nhau). Tắt mạch  –  Giai đoạn này s ự phát triển mạch bị  ngừng l ại do s ự  k ết hợp c ủa hai gốc t ự do. S ự tái t ổ  hợp giữa các c ác gốc gi ống nhau và các g ốc khác nhau nhau là các cách tắt m ạch thường g ặp.

 

Chuy ển mạch  –  là giai đoạn hình thành phân t ử polymer không hoạt động do s ự  tương tác của một gốc tự  do đang phát triển với một tác nhân chuy ển mạch. Quá trình này đi kèm vớ i vviiệc t ạo thành một gốc tự  do m ớ i. Gốc mới có thể khơi mào cho quá trình tạ o thành mạch polyme mới hay làm t ắt m ạch. Phân tử  monome, dung môi hay các chất đặc biệt thêm vào đều có khả  năng làm tác nhân chuyển mạch.

 Để  thu được poly-(metyl metacrylate) (poly-MMA), đun nóng 9,4g  monome c ủa nó ở  60C trong s ự  có mặt c ủa 0.1 g α ,α’ -azodiisobutyronitrile (AIBN) và 0.5 g of α-clotoluene. Khối lượng riêng c ủa hỗn

hợp phản ứng là 0.91 g/cm 3. Hằng s ố  tốc độ  c ủa các giai đoạn sơ cấp lần lượ t là: k in  = 7.2·10 –4  s –1  (khơi mào), k p  = 7.1·102  l·mol –1·s –1  (phát triển mạch), k t   = 2.6·107  l·mol –1·s –1  (tắt mạch). Hiệu suất khơi mào là  f iinn  = 0.8. Hằng s ố chuy ển mạch là: CA  = 4.2·10 –4  (với α-clotoluene) và nồng độ  monome

là CM = 1.0·10 –5 . Hướ ng ng d ẫn:

hằng s ố chuy ển mạch được định nghĩa là tỉ   lệ  giữa hằng s ố  tốc độ  của quá trình chuy ển

mạch với giai đoạn phát triển mạch. CH3 H2C

CH3 O

N

O

CH3

N CH3

N CH3

CH3

MMA

N

 

AIBN

 

1. Viết các phản ứng xảy ra trong quá trình khơi mào, phát tri ển mạch, chuy ển mạch và tắt mạch trong hệ  thống đã cho trên. 2. Viết các phản ứng có khả năng làm giảm hiệu suất kkhhơ i mào f inin. 3. Viết bi ểu thức t ốc độ  phản ứng c ủa các quá trì t rình: nh: a) t ạo ra các gốc hoạt động b) tiêu thụ monome c) thay đổi nồng độ gốc t ự do 4. Áp dụng nguyên lý nồng độ  dừng hãy xác định nồng độ  cân bằng cho các gốc tự  do như là một hàm c ủa các thông s ố động học c ủa các giai đoạn sơ c ấp.

 

5. Xác định tốc độ  tiêu thụ  monome (tốc độ polyme hóa) như là một hàm c ủa nồng độ các tiểu phân trung gian c ủa monome và các chất ban đầu, và các thông s ố  động h ọc của các bướ c s ơ c ấp. Xác định b ậc c ủa phản ứng polyme hóa với monome và chất kkhhơi mào.

Polyme nhận được từ  các hệ  thống k ể  trên c ó độ  chuy ển hóa thấp (nhỏ  hơn 10% so với lượ ng monome tiêu thụ) và c ó độ polyme hóa Pn là 125. 6. Xác định giá tr ị  hằng s ố  tốc độ  phản ứng t ắt mạch dị ly. S ắp x ếp các quá trình sau đây theo thứ t ự  giảm dần ảnh h ưở ng của nó đến giá tr ị Pn. a) tắt mạch 

b) chuy ển mạch đến monomer c) chuy ển mạch đến α -clotoluene Phổ 1H NMR c ủa polyme nhận được từ con đường trên cho ở  dưới. 7. Xác định c ấu trúc polyme dựa vào thông s ố về  cường độ tích phân các pic đặc trưng cho ở  bảng: . Tín hiệu

Cường độ tích phân

a b

5.0 1.0

c

1.0

d

42

e

2.0

f

27

g

39

h

4.5

 

 

Đáp án:  1. Khơi mào: N

H3C

H3C

H3C

N N CH3

N

CH3

+

C

2 N

 

N2

CH3

N C

CH3 CH3

H2C  

C C N

CH3

CH3

C

C

+

CH3

H3C C

O

CH2   C C

O CH3

 

O

O CH3

 

 

Phát triển mạch: N

N

C

C H 3

C C H 3

C H C 3

C H 3

C H 3 C H 2C

C

C

H C 3

C

+

C H 2 C n

O

H C  2

C

O

C H 3

C

C H 3

C H 3

O

C H 2C

C H 2 C n+1

O

C

C O

O

C H 3

C H 3

C H 3

O

O

O C H 3

C H 3

  Tắt mạch do t ổ hợp các gốc giống nhau: N

N

N C C

CH3

H3C

C CH3

C

C

CH3

CH3

O CH3

CH3

O

O

H3C

C

O

n+m+2 C O

O

N CH

CH

3

C

 

O

CH

CH3

CH3 CH2   C

CH2   C m

CH2   C

O C

O

O

CH3

C

H3C

+

CH2   C n

CH2   C

C

CH3

C

CH3

3

3

 

Ngắt mạch do tổ hợ p các gốc khác nhau: N

N C C

CH3

H3C

C CH3

CH3

CH2   C n

CH2   C C

O

O

C

CH3

H3C

+ C

H3C

CH3

CH2   C m

CH2   C

O C

O CH3

CH3

O

O

O

O CH3

CH3

N

C

N C C

CH3

C C

H3C

CH3 CH2   C C O CH3

H3C

CH3 CH2  HC n O

+ C

CH3 CH3 CH2   C

O

CH3 CH   m

C

O

O

C

C O

O CH3

CH3

CH3

O

 

CH3

 

Chuy ển mạch đến α -clotoluene: N

N C C

C

CH3

Cl

H3C

CH2   C n

CH2   C C

O

CH3 CH3

+ C

O

C O

O CH3

HC

CH3 CH2  HC n

CH2   C

O

CH3

Cl

H3C

CH3

CH3

O

C

+ C

O

O CH3

CH3

Cl Cl

CH3

CH3

HC   H2C

+

C O

O

O

O CH3

CH3

  Chuy ển mạch đến monome: N

N C C

C

CH3

C

CH3

H3C

CH3

CH3 CH2   C n

CH2   C C

O

O

H2C  

C

O

H3C

CH3 CH2   C

O

CH2  HC n O

O CH3

C

+ C

C

O

O

O

CH3

O CH3

CH3

CH3

H2C  

CH3

C

O

O

CH3

CH2

C

+ C

CH3

 

2. C H 3

C H 3

C

+

C C

C H 3

H C H 3 3 C

C

N

N C H 3

N

N

H C H 3 3 C

C H 3

C H 3

C N

C H 3

C H 3

C

C

+ C H 3

C

H C 3

H C 2

+

C H 3

N N

 

 

3. Tốc độ sinh gốc tự do: 

d [P ] dt 

 = 2  kin  f in  [In ]  

Tốc độ tiêu thụ monome:

d [M] Bi ến đổi nồng độ  gốc t ự do:

 =

 k p  [P ]  [M]  k tr,M[P. ][M]  

dt 

d [P ] dt 

 = 2  kin  f in  [In ]  2k t  [P ]2  

4.

d [P ] dt 

 = 2  kin  fin  [In ]  2k t  [P ]2 = 0   1/ 2

[P ]  =  kin  f in  [In]  k t  



5. 

d [M] dt

 =  R p

 

1/ 2

 

 k  f   [In]  = kp  [P ]  [M] [M] = k p   in in [M]]     [M k  t  

Như vậy phản ứng có bậc 1 với monomer, bậc ½ với chất khơi mào.

6.  S ố  độ polyme hóa trung bình Pn có thể  đượ c biểu diễn dưới dạng t ỉ   s ố  đơn vị  monome đã polyme hóa trên s ố  mạch polyme hóa xuất hiện trong cùng đơn vị   thời gian. Giá tr ị  sau vào khoảng ½ s ố  nhóm cuối c ủa polyme không tham gia vào quá trình polyme hóa (nhóm cu ối không hoạt động c ủa polyme). .

Pn  =

(M)) n(M 1 n(tails) 2

 

Các giai đoạn khác nhau có thể  làm tăng hoặc không làm thay đổi s ố nhóm cuối. Bao gồm: Khơi mào: + 1 nhóm cuối / mỗi gốc t ự do t ạo thành

Phát triển mạch: 0 nhóm cuối, Chuy ển mạch: + 2 nhóm nhóm cuối Tổ  hợ p các gốc khác nhau: + 1 nhóm cuối Tổ  hợ p các gốc gi ống nhau: + 0 nhóm cuối.

 

Vậy,

Pn  =

 R p  dt

=

1

 R  R  2 R   dt  2 i

t,d

Rp

,

1

R  R  2R   2

tr

i

t,d

tr

 

Với Rp, Ri, Rt,t,dd, Rtr  là  là t ốc độ tương ứng c ủa các giai đoạn phát triển mạch, khơi mào, tổ hợ p các nhóm khác nhau và chuy ển mạch.

 Ri = 2 fin  kin  [In ] = 2   kt,d

 k t,c    [P ]2  

 Rt,d = 2k t,d   [P ]2    Rtr = ktr [P ][ ][M]  k tr [P ]][[A]  , M

A

Với k tr M   và k tr A   là hằng s ố  tốc độ  tương ứng giai đoạn chuy ển mạch đến monome và chất A (trong bài này chất A là α -clotoluen). (Theo định nghĩa hằng s ố  chuy ển mạch thì

ktMr = CM  k p   và

A

k tr = CA  k p .)    p



 

p

[M][P [P ]  R = k   [M] Sử  dụng biểu thức cho t ốc độ  phản ứng tương ứng trong phương trình Pn và thực hiện một số  biến đổi ta được:

1 Pn

 =

1/ 2

 2kt,d

 k t,c    kin  f in [In ]  [ A]      CM  C A [M] k p [M]  kt,d  k t,c  

Với k t,d    và k t,c   là hằng s ố  tốc độ  phản ứng t ắt mạch cho các giai đoạn tương ứng là t ổ hợp các gốc khác nhau và gi ống nhau.

Nồng độ monome [M] = 9.4 g / (100.1 (100.1 g/mol) / (10 g / 0.91 g/ml) = 8.5 mol/l. Nồng độ ch ất khơi mào [In] = 0.1 g / (164.2 g/mol) / (10 g / 0.91 g/ml) = 0.055 mol/l. Nồng độ tác nhân chuy ển mạch [A] = 0.5 g / (98.96 (98.96 g/mol) / (10 g / 0.91 g/ml) = 0.46 mol/l. Các giá tr ị khác đã cho ở  đề bài. Thay thế  s ố hạng thứ hai và thứ ba bằng các giá tr ị tương ứng ta có: 1/ 2

1 Pn

 =

 2k  k     k  f  [In]   1.0 10  2.26 10   t,d

k p [M]

t,c

in



k t,d

in

 kt,c  

5

5

 

 

 Đối với quá trình t ổ  hợp các gốc khác nhau và gi ống nhau đã đượ c mô t ả  bằng các phương trình động học tương tự  nhau (chỉ   khác nhau giá tr ị  hằng s ố  tốc độ) ta có thể thay thế  t ổng k t,d

 k t,c  

bằng giá tr ị hằng s ố t ốc độ  quan sát được k t . Tức là,

 kt,d

1/ 2

 k t    kin  f in [In ]  1 5 5  =    1.0  10  2.26  10 = P k [M] k k      p t,d t,c n   =  k t,d   2.6 107  1.8  1010  1.0  105  2.26  105 1 1 7 Thay thế  Pn = 125, ta được: k t,d t, d  = 1.8·10   l   m ol –   s – . 

 Đại lượng đầu tiên đóng góp nhiều nhất vào giá tr ị  1/Pn, trong khi đó đại lượng thứ  hai và thứ  ba đóng góp gần như nhau (đại lượ ng thứ  hai ít hơn thứ  ba m ột chút). Như vậy đóng góp của các quá

trình vào vào gái tr ị  P n quan sát được giảm theo thứ tự: Tắ t m ạ ch >> chuyể n m ạch đế n clotoluen > chuy ể n m ạch đế n monome. 

7. Tín hi ệul a  ứng với proton trong vòng thơm. Điều này dẫn đến k ết luận vòng benzen s ẽ  nằm ở   một đầu c ủa polyme, điều này có đượ c do s ự  chuy ển mạch đến clotoluene. Như vậy một đầu (hoặc c ả  hai đầu) s ẽ có c ấu trúc. Cl

R

  Như vậy có thể pic b   hay c  có thể  được gán cho proton c ủa nhóm clometyl (điều này đượ c xác nhận

bằng giá tr ị độ chuy ển dịch hóa học c ủa b  và  và c  và  và bằng t ỉ   ll ệ b/c b/ c  v  vàà a/c  đều bằng 1:5). Nếu đoạn clotoluen được tìm thấy ở  c ả  hai đầu c ủa polyme thì công thức phân t ử c ủa polyme có thể  được viết ở   dạng: (C7H6Cl)(C5H8O2)n(C7H6Cl). Tỉ   lệ  c ủa các cường độ  tích phân c ủa pic a v  vàà (b  hay c)

so với tổng cường độ  tích phân các pic (c   hay b ) + d  + e + f  +  + g  (pic h  c ủa TMS không tính) b ằng

6:111. Như vậy tổng các tín hiệu c ủa (C5H8O2)n  ứng với 11112/6 = 222 proton. Chia giá tr ị này cho số  proton c ủa mỗi đoạn lặp s ẽ  nhận được giá tr ị  độ polyme hóa bằng 27.75.  Độ polyme hóa luôn là số  nguyên nên phần dư 0.25 chắc chắn do lỗi. Điều đó có nghĩa là đoạn clotoluen chỉ  có   có thể  ở   một đầu. Hơn thế  nữa, do chỉ   có 1 proton ở   vùng trườ ng y ếu (ở 5 ppm), có thể  nhận thấy điều này khi

xem xét t ỉ   lệ  cường độ tích phân c ủa a:b :c.  Độ chuy ển dịch hóa học này khó có th ể xem là c ủa proton thơm nên chỉ  có   có thể  là proton nằm gần liên k ết đôi. Phân tích tất c ả các khả năng tắt m ạch và chuy ển

mạch có thể  có suy ra c ấu trúc có s ự  tổ  hợ p c ủa các gốc khác nhau phù hợ p nhất với các dữ  ki ện. Như vậy c ấu trúc c ủa polyme s ẽ là:

 

Cl CH3

R O

O

CH3

  Công thức phân tử  c ủa nó có dạng (C7H6Cl)(C5H8O2)n(C5H7O2) hay (C7H6Cl)(C5n+5H8n+7O2n+2). Từ  giá tr ị  tỉ   lệ  các cường độ  tích phân c ủa a  + (b   hay c ) so với (c   hay b ) + d   + e  + f  +  + g  = 6:111 có thể  kết luận r ằng pic c ủa nhóm (C5n+5H8n+7O2n+2) ứng với 1116/6 = 111 proton. Như vậy, 8n + 7 = 111, hay n = 13. V ậy c ấu trúc c ủa polyme cuối cùng s ẽ là: Cl

 

CH3

CH3

13 O CH3

O

O

O CH3  

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39 năm 2007   Phản ứng polyme hóa có th ể  được khơi mào bằng ion. Phụ  thuộc vào điện tích c ủa nhóm cuối m ạch trong giai đoạn phát triển mạch mà có thể  phân biệt được trùng hợ p anion hay trùng hợ p cation. Phản ứng trùng hợp theo cơ chế ion cũng xảy ra tương tự  như gốc t ự do, t ức g ồm các giai đoạn khơi mào, phát tri ển mạch, tắt mạch và chuy ển mạch. Quá trình polyme hóa cationic được khơi mào bằ ng axit mạnh hay các tác nhân electrophin, trong khi quá trình anionic l ại được khơi mào bằng base mạnh và các chất cho electron. 1. V ới các monome sau hãy cho bi ết ki ểu trùng hợp mà chúng có thể tham gia (gốc tự do, cactionic hay anionic).

 

O N

O

O CH3

H2C

H2C

a

 

O

CH3

H2C

b

N

c

CH2

CH3 H2C

H2C

O

O O

CH3

O

S

CH3

d

e

f

O

g

h

O

NO2

CH3 H2C

H2C CH3

i

j

k

l

  Phản ứng trùng hợp anioic được khơi mào bởi các cơ kim và có thể được mô t ả theo sơ đồ động học bao gồm các bướ c khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch. Giai đoạn sau cùng là k ết quả  c ủa quá trình phản ứng giữa cacbanion với tác nhân t ắt m ạch là axit HA.

 

C4H9Li

-

C4H9 Li

+

 

-

C4H9 Li

+

H9 C 4

+

H2C

Li

H2C

H 9 C4

Li

R

-

  R

 

 

+

-

CH

CH

kin

 

n

kp

R

R HA

kt H 9 C4

+

LiA

n R

  2.

 

R

a) Vi ết biểu thức tốc độ  phản ứng biểu diễn s ự  tiêu thụ  monome và các chuỗi hoạt động (các anion lớn) được ký hi ệu lần lượt là [M] và và [M –] b) Quá trình polyme hóa anionic cho phép t ổng h ợp các polyme có c ấu trúc gần như đồng nhất. Dựa vào luận điểm này hãy so sánh định tính hằng s ố  tốc độ  phản ứng c ủa giai đoạn khơi mào và phát triển mạch. c) Tính khối lượng phân tử của polyme nhận được khi polyme hóa 100  g styren trong 600 ml

1,4-dioxan trong sự có mặt của   0.234 g naphtalen và 0.042 g natri kim loại. Biết rằng 58.9% lượng monome đã bị chuyển hóa trong quá trình này .

Polyme hóa là c ả  một quá trình nghệ  thuật thiết k ế  mạch phân t ử  thành các hình d ạng và kích thướ c khác nhau. S ự  tắt mạch vẫn là một tr ở  ngại c ủa phương pháp do nó tạo thành tiểu phân không có khả năng găn thêm đơn vị   monome mới. 3.

a) Những quá trình tắt mạch nà có thể xảy ra trong quá trình polyme hóa theo cơ chế gốc và ion? Điền vào bảng dưới. Ki u t t mạc h 

G c t ự do Anionic

Các ph n khá khác nhau t hợp lại Các ph n gi gi ng nhau t hợp lại Chuy n mạch đ n dung môi Chuy n mạch đ n monome b) Giải thích tại sao một polyme nhận được trong quá trình polyme hóa anionic có sự phân bố khối lượng phân tử hẹp hơn so với polyme hóa theo cơ chế gốc.

R

+

 

c) Dung môi nào sau đây thích hợp làm môi trường cho phản ứng polyme hóa anionic: (a)

benzene; (b) 1,4-dioxane; (c) tetrahydrofuran; (d) 1,2-dimethoxyethane. S ắp x ếp các dung môi này theo thứ t ự tăng dần tốc độ polyme hóa. d) So sánh t ốc độ  c ủa quá trình polyme hóa anionic với các chất khơi mào lần lượ t la natri, kali và xesi naphthalenua. naphthalenua.

Đáp án:  1.  Tất c ả  các chất đều chứa nối đôi (kể  c ả  các hệ  vòng chưa no thiophene (e) và pirole (l )) có thể  được polyme hóa bằng cơ chế  gốc t ự  do. Trong trườ ng h ợp các dị  vòng thơm thì gốc t ự  do sinh ra

trong quá trình phát tri ển mạch có thể  đượ c bền hóa bằng tương tác vớ i hệ  thống n ối đôi liên hợ p.

R

•

S

S

R C

R S

S

S S

S

 

Như vậy s ự polyme hóa gốc t ự do phù hợp với các hợp chất a -f , h ,  j -l .

Các chất nhận electron như  nitrile (a), carbonyl (f ), ), hay nitro (k ) làm bền các ion l ớn tích điện âm (xem c ấu trúc dưới). Hợp chất cchhứa các nhóm này có thể được polume hóa theo t heo cơ chế  anionic. N

C

R

C-

C

  Trái lại, hợp chất chứa các nhóm thế  cho electron gần với liên k ết đôi (isobutylene ( j j )) tạo N

cacbocation bền. Hợp chất này s ẽ được polyme hóa theo cơ chế cationic. R

CH3 C+

CH3

 

Các vinyl ete có thể  tham gia vào quá trình polyme hóa cationic do trong trườ ng hợp này nhóm ankoxy gây +C làm bền các cation c ation lớn.

Các vòng căng epoxy có thể  bị  mở  vòng bằng cách t ạo thành cacbanion. Như vậy (g ) có thể  là monome trong quá trình polyme hóa m ở  vòng theo cơ chế  anionic. Tương tác của epoxy vớ i axit

C

 

mạnh dẫn đến sự  mở   vòng t ạo cacbocation, điều này dẫn đến việc polyme hóa vòng epoxy theo cơ chế cationic. Tetrahydrofuran (i ) không thể  tham gia vào quá trình polyme hóa anionic do vòng này ít căng và không chịu ảnh hưởng bở i base. Tuy nhiên các axit m ạnh có thể proton hóa nguyên t ử oxy ete c ủa vòng này dẫn đến s ự  c ắt đứt liên k ết C –O. K ết quả  là cacbocation t ạo thành s ẽ  khơi mà quá trình polyme hóa mở v  vòng. òng. Hiệu ứng c ộng hưở ng c ủa nhóm phenyl làm bền vững c ả  cacbocation l ẫn cacbanion. Như vậy styren (d ) có thể  bị  polyme hóa theo c ả  hai cơ chế  ion. Điều tương tự  cũng xảy ra với thiophen và furan (e  và l ). ).   R

R C+

C-

  Như vậy phản ứng polyme hóa theo cơ chế anion có thẻ x ảy ra đối với a , d , e , f , g , k , l Phản ứng polyme hóa cationic có th ể x ảy ra đối với d , e , h ,  j , l .

2. a)

rP  = 

d [M] dt 

= k  p  [M  ]  [M]  

2. b) Tất c ả  mạch c ủa polyme đơn phân tán đều có chiều dài bằng nhau, điều này chỉ   có thể  đạt được nếu như tất c ả  các mạch được khơi mào cùng lúc rồ i mới đến phát tri ển mạch. Như vậy quá trình khơi mào phải x ảy ra r ất ất nhanh hơn phát triển mạch. k in >> k p.

2. c)  Tương tác giữa naphtalen với natri trong dung môi dioxan d ẫn đến việc tạo thành anion-gốc natri naphtalenua, chất nnày ày kh k hử styren theo cơ chế 1e để t ạo thành anion-gốc styren.

   

[

 N a+

.

[

.



] Na

.



] Na+ CH=CH

CH HN a+ 2  C

2

C6H 5

C6H 5

.

2CH HN a 2  C

 N aCH CH H HN a 2  C 2  C

C6H 5

C6H 5

C6H 5   Sự  k ết hợp hai anion gốc dẫn đến s ự  tạo thành dianion, có kh ả năng phát phát ttriể riển mạch ở c ả hai hướng. Như vậy natri trong naphtalen có thể  khơi mào cho quá trình polyme hóa anionic.  Để  tìm mối quan hệ  giữa độ polyme hóa (Pn)  và phần mol monome tiêu th ụ  (q), c ần phải viết phương

trình tổng n ồng độ  monome dựa trên nồng độ  hiện tại của monome, anion l ớn và chất khơi mào). 

[M]0 = [M]  Pn ([M ]  [In]) / 2 = [M]  Pn[In]0 / 2  

[In]0 là n ồng độ đầu cua natri naphtalenua.

Giờ  đã có thể khai tri ển [M] như một hàm c ủa q:

q  =

[ M]0  [M] [M]0

= 1

[ M] [M]0

 =>

[M] = [M]0 (1  q)  =>

[M]0 = [M]0 (1  q)  Pn[In]0 / 2   Và cuối cùng, Pn  = 2

[M]0 q [In]0

Nồng độ  monomer [M] 0 =

 

10 100 0  1.60  mol/l. 0.60 600 0  10 104 4

Nồng độ ch ất khơi mào  [In] [In]0 =

0.234 0.600  128

0.042

=

0.600  22.99

= 3.04 103  mol/l.

Thay thế các giá tr ị này vào ta đượ c

Pn  = 2

q[M ]0

[ In]0

=2

0.589 1. 1 .60  

3.04 103

= 620 ,

Khối lượ ng phân t ử của polyme tổng h ợp là Pn∙104 = 64480 g/mol.

 

  3. a) Ki u t t mạch

Cơ ch  g c t ự do

Các ph n khá khác nhau t hợp lại

+

Các ph n gi gi ng nhau t hợp lại

+

Cơ ch  anionic

Không khả thi với h u h t mo monome  – 

Khả  thi với h u h t các các dun dung mô môi, ví ví Chuyển mạch đến dung môi

+

dụ  amoniac lỏng. Lượ ng vết nướ c và axit trong hỗn hợ p phản ứng có thể làm ngưng sự ph  phát át triển mạch.

Chuy n mạch đ n monome

+

 – 

3. b)  Khác với gốc tự do, quá trình polyme hóa anionic có th ể  x ảy ra mà không c ần đến s ự tát mạch. Như vậy các tâm hoạt động ở   mỗi đầu đều vẫn còn nguyên vẹn cho đến khi hoàn t ất quá trình. Nếu

sự  khơi mào nhanh hơn phát triển mạch thì t ất c ả  các đoạn mạch đều c ó cùng độ  dài, điều này s ẽ  làm hẹp lại khoảng phân bố  khối lượng phân t ử. 3. c) Tốc độ  c ủa quá trình polyme hóa anionic ph ụ  thuộc vào độ  mạnh c ủa tương tác gữa cacbanion phát triển mạch và đối ion c ủa nó. Khả  năng tương tác của dung môi với đối ion càng thấp thì t ốc độ  phản ứng polyme hóa càng gi ảm. Benzen có ái l ực thấp nhất đối vớ i việc solvat hóa các ion kim lo ại ki ềm. K ết quả  là nó khó solvat hóa ion kim lo ại ki ềm.1,4-Dioxan có c ấu trúc đối x ứng và momen lưỡ ng c ực bằng 0 nên khả  năng solvat hóa chỉ  có   có thẻ  khá hơn benzen một chút. THF có 1 nguyên t ử  oxy nên có độ phân c ực cao k ết quả  là nó solvat hóa ion kim loại ki ềm t ốt hơn dioxan. Dimetoxyetan

là phân t ử kém bền có hai chức ete nên có khả  năng tạo phức chelat với ion kim loại ki ềm. Như vậy t ốc độ c ủa phản ứng polyme hóa anionic tăng theo thứ  t ự.

benzene < 1,4-dioxane < tetrahydrofuran tetrahydrofuran < dimethoxyethane 3. d) Tương tác tĩnh điện mạnh giữa cation kim loại ki ềm và anion l ớn s ẽ làm giảm kh ả  năng phát vào kích thước đối ion, cation có bán kính l ớ n s ẽ có triển mạch. Giá tr ị hằng s ố tương tác phụ  thuộc vào tương tác nhỏ. Bán kính anion tăng theo chiều Na+  < K+ < Cs+. Tốc độ c ủa quá trình trùng h ợ p anionic cũng tăng theo chiều đó.

Olympic Hóa họ c quố c tế  lần thứ  39

năm 2007  

 Để  t ổng h ợp các đại phân t ử  có c ấu trúc phức t ạp c ần phải s ử dụng nhiều cách khác nhau: dùng các

ki ểu polyme hóa khác nhau, các ch ất khơi mào khác, dung môi khác và điều ki ện khác, đồng trùng hợp các monome khác nhau cũng như thay đổi polyme thu đượ c. Một s ố thí dụ  về  các polyme đồng trùng hợp cho ở bảng dưới.

 

Ki u đ ng trùng hợp Khối

Mô hì hình nh c u trúc trúc

Ký hiệu vi t t t

AAAAAAAAAAA AAAAAA AAAAAABBBB ABBBBBBBBBB BBBBBBBBBB BBBB

poly(A)-b poly(A)-block-po lock-poly(B) ly(B) poly(A-alt-B),

Luânn phiên Luâ phiên

ABABAB ABABABABABA ABABABABAB BABAB poly(AB)

Thống kê

AABABAABBBA AABABA ABBBAABBBA ABBBABAABAB BAABABAAB AAB

poly(A-stat-B) poly(A-stat-B)

 AAAAAAA  AAAA AAAAAAA AAAAAAAA AAAAAAA AAAAAAA AAAAAAAA AAAAAA AA

Nhánh

Gradie Gradient nt

B B B B B B

B B B B B B

B B B B B B

poly(A)-graft-poly(B)

 

AAAAABAAABA AAAAAB AAABAABBAB ABBABABBBBA ABBBBABBBB BBBB

poly(A-gr poly(A-gradad-B) B)

Khi phát tri ển k ỹ  thuật đồng trùng hợp điều quan tr ọng là phải lưu ý đến khả  năng phản ứng c ủa các monome. Động h ọc phản ứng đồng trùng hợp có thể  được mô t ả  bằng một dãy các phản ứng sơ cấp với các hằng s ố  tốc độ  cho trước. Trong trườ ng h ợp phản ứng đồng trùng hợp hai gốc tự  do s ẽ  x ảy ra bốn phản ứng sơ cấp c ủa quá trình phát triển mạch (mô hình đơn vị   cuối).

k11 R1

  +   M1

 

R1

 

R1

 

R2

 

R2

k21 R2

  +   M1 k12

R1

  +   M2 k22

R2

  +   M2

 

 

Tốc độ  tương đối c ủa các monome trong quá trình đồng trùng hợp được đặc trưng bở i tỉ   số  giữa hằng s ố  tốc độ  c ủa s ự thêm vào chúng với gốc lớn đã có: r 1 

k 11 k 12

, và r 2



k 22 k 21

. Các tỉ   ll ệ này còn

được xem như là hằng s ố  đồng trùng hơp (giá trị   r   luôn nằm giữa zero và đơn vị). Ví dụ  đối với st styren yren

và anhydrit maleic hằng s ố  đồng trùng hợp tương ứng là 0.04 và 0.01. Thỉ nh nh thoảng có s ự  áp d ụng cách tương tự để  định nghĩa hằng s ố đồng trùng hợp c ủa hai ion.

1. Hoàn thành các phản ứng polyme hóa sau và vẽ  c ấu trúc các chất từ  X1  ––  X7. Cho biết c ấu trúc đầy đủ  cũng như cấu trúc thu gọn c ủa t ất c ả  các polyme đồng trùng hợp. Ở  c ấu trúc thu gọn ký hiệu đơn vị  styren là St, đơn vị  etylen oxit EO, đơn vị vinyl alcol units là VA, và anhydrit maleic là MA. S ử 

dụng các ký hiệu viết tắt cho trên nếu c ần. a) H2C H2C

O Na X1

X2

 

X3

 

X4

 

 

b) 1) a Na (a