Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Hóa học Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học chuyên đề hợp chất thiên nhiên...

Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học chuyên đề hợp chất thiên nhiên

.PDF
26
1066
122

Mô tả:

CHUYÊN ĐỀ: HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN A. Mở đầu 1. Lí do chọn đề tài Hợp chất thiên nhiên là các chất hóa học có nguồn gốc từ thiên nhiên hoặc được con người tách ra từ các loại động vật, thực vật trong tự nhiên. Trong cơ thể động thực vật không chỉ có hợp chất hữu cơ mà còn có nhiều hợp chất vô cơ như muối khoáng và trong phần này chỉ đề cập đến các hợp chất hữu cơ có trong động - thực vật. Nhiều hợp chất hữu cơ thiên nhiên như đường mía, đường củ cải, tinh dầu thơm, v.v … đã được sử dụng từ rất lâu. Y học cổ truyền đã biết đến tác dụng và độc tính của nhiều chất có nguồn gốc động – thực vật và sử dụng chúng làm thuốc chữa bệnh. Ngày nay, với sự hỗ trợ của các phương pháp phân tích hiện đại, ngành hóa học các hợp chất thiên nhiên phát triển mạnh mẽ và trở thành khoa học độc lập Nghiên cứu các hợp chất hữu cơ thiên nhiên là một trong những lĩnh vực rất thú vị trong Hoá học Hữu cơ. Lĩnh vực này nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất của những hợp chất thiên nhiên và cách tách lấy chúng từ nguồn thiên nhiên vô tận. Trên cơ sở đó, người ta còn nghiên cứu về một số phương pháp tổng hợp chúng thay vì phải tách chúng từ các cây cỏ, động thực vật trong tự nhiên. Các hợp chất hữu cơ thiên nhiên rất đa dạng và phong phú. Chúng có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, hóa mĩ phẩm, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc kích thích sinh trưởng, … nhờ tính chất hóa học, đặc biệt là hoạt tính sinh lí của chúng. 2. Mục đích của đề tài Trong các vấn đề liên quan đến hợp chất thiên nhiên như nghiên cứu về các loại hợp chất thiên nhiên, các phương pháp chiết xuất, tách biệt, phân tích cũng như tổng hợp chúng ... thì quan trọng nhất là phải biết được chúng có cấu trúc như thế nào, hiểu được hoạt tính của chúng ra sao để ứng dụng vào thực tiễn. Do đó trong khuôn khổ của chuyên đề này chúng tôi chỉ nghiên cứu để làm sáng tỏ một vài vấn quan trọng, có tính thiết thực nhất về cấu trúc (cấu hình, cấu dạng) và tính chất của hợp chất thiên nhiên. B. Nội dung 1. Khái quát về hợp chất thiên nhiên Hợp chất hữu cơ thiên nhiên rất đa dạng và phong phú. Tùy thuộc vào cách phân loại người ta chia các hợp chất thiên nhiên ra thành nhiều loại khác nhau 1.1. Dựa vào tính thiết yếu đối động thực vật 1 | 26 Người ta chia thành 2 nhóm + Chất trao đổi sơ cấp : Là những chất thiên nhiên cần thiết cho sự sống gồm cacbonhidrat, protein, axit nucleic, các lipit và dẫn xuất của chúng. Các hợp chất này được sản sinh từ các cơ thể sống, không phụ thuộc vào loài. Quá trình trong đó các chất trao đổi sơ cấp được tạo thành được gọi là quá trình trao đổi thứ cấp + Chất trao đổi thứ cấp: Là những hợp chất thiên nhiên không hẵn không cần thiết cho sự sống của động thực vật. Tuy nhiên khác với chất trao đổi sơ cấp, các chất trao đổi thứ cấp thường phụ thuộc nhiều vào loài. Các hợp chất thứ cấp bao gồm: tecpenoit, steroit, flavonoit, ankaloit … Chúng là sản phẩm của quá trình trao đổi thứ cấp. Các chất trao đổi thứ cấp được nghiên cứu nhiều do tác dụng dược lý và các hoạt tính sinh học của chúng. Trong hợp chất thiên nhiên thường có các nhóm chức cơ bản: + Hợp chất hidrocacbon chưa no + Ancol - phenol – ete +Anđehit - xeton + Axit cacboxylic và dẫn xuất + Amin + Dị vòng + Hợp chất tạp chức 1.2. Dựa vào bộ khung cacbon, các nhóm chức Các hợp chất thiên nhiên thường được phân loại thành: + Tecpenoit (monotecpen, đitecpen, sesquitecpen, tritecpen…) + Gluxit ( monosacarit, oligosacarit, polisacarit) + Axit amin, peptit, protein + Lipit, chất béo + Steroit + Ankaloit + Flavonoit + Tanin + Chất kháng sinh + Vitamin 2. Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên 2 | 26 Cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên Đồng phân cấu tạo - Đồng - Đồng - Đồng chức - Đồng - Đồng Đồng phân lập thể phân mạch C phân vị trí phân nhóm Đồng phân hình học Đồng phân quang học Đồng phân cấu dạng phân liên kết phân hỗ biến Đồng phân cis – trans, Z–E Cấu hình D–L R–S Dạng a – e với vòng no 2.1. Đồng phân cấu tạo trong phân tử hợp chất thiên nhiên VD1: Myrxen (7-Metyl-3-metylenocta-1,6-đien) và ocimen (3,7-Đimetylocta-1,3,7-trien) có công thức phân tử là C 10 H16 . Chúng đều có ba liên kết đôi ở các vị trí khác nhau Myrxen Ocimen Myrxen có trong tinh dầu cây nguyệt quế, … còn ocimen có trong lá cây húng quế, … 2.2. Đồng phân lập thể trong phân tử hợp chất thiên nhiên 2.2.1. Đồng phân hình học Đồng phân hình học gây nên bởi sự phân bố khác nhau của các nhóm nguyên tử ở hai bên của một bộ phận cứng nhắc như nối đôi, vòng no, … Khi hai nhóm thế lớn ở cùng một phía của bộ phận cứng nhắc, ta có đồng phân cis hay Z; còn nếu khác phía ta có đồng phân trans hay E. Tuy nhiên danh pháp cis – trans áp dụng trong phạm vi hẹp hơn, thường là hiđrocacbon. Thứ tự giảm dần độ hơn cấp của các nhóm thế dựa theo sự giảm số thứ tự của nguyên tử liên kết trực tiếp với bộ phận cứng nhắc (vòng 1). Nếu nguyên tử ở vòng 1 giống nhau thì xét tiếp số thứ tự của nguyên tử ở vòng 2. liên kết đôi, ba tương đương hai, ba nguyên tử mang liên kết đơn. - OH > -NH2 > -CH2 -CH3 > -CH3 > -H VD2: Geraniol là thành phần chính của tinh dầu sả và tinh dầu hoa hồng. Nerol thường gặp trong tinh dầu hoa cam và cam lê. Chúng đều có công thức C 10 H8 O và là đồng phân E, Z của nhau. 3 | 26 CH2OH CH2OH Nerol (Z) Geraniol (E) VD3 (Đề thi HSG QG 2011): Xitral (CH3 )2 C=CHCH2 CH2 C(CH3 )=CHCH=O có trong tinh dầu chanh, gồm 2 đồng phân a và b. Cấu tạo phân tử xitral có tuân theo qui tắc isoprenoit hay không? Hai chất a và b thuộc loại đồng phân nào? Hãy viết công thức cấu trúc và gọi tên hệ thống hai đồng phân đó. Hướng dẫn giải Cấu tạo phân tử xitral tuân theo qui tắc isoprenoit: CH3-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH=O CH3 CH3 Hai đồng phân của xitral là: O O O O Đồng phân a (xitral-a) Đồng phân b (xitral-b) (E)-3,7-Đimetylocta-2,6-đienal (Z)-3,7-Đimetylocta-2,6-đienal a và b là hai đồng phân hình học. 2.2.2. Đồng phân quang học Đồng phân quang học xuất hiện khi chất có tính quang hoạt (tính chất làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực). Điều kiện để có tính quang hoạt là phân tử có yếu tố không trùng vật - ảnh, phổ biến là có nguyên tử C bất đối, kí hiệu là C*. Đó là nguyên tử C liên kết với bốn nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau C*abcd (a ≠ b ≠ c ≠ d) Kí hiệu (+), (-) dựa theo dấu của góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hoặc trái. Kí hiệu D, L được dùng phổ biến đối với gluxit và axit amin. Kí hiệu D để chỉ nhóm OH (với gluxit) hoặc nhóm NH2 (với aminoaxit) ở nguyên tử C* cuối cùng hướng về bên phải trong công thức chiếu Fisơ và kí hiệu L khi các nhóm đó hướng về bên trái. Trong tự nhiên, gluxit thường tồn tại ở cấu hình D còn axit amin ở cấu hình L. Tuy nhiên danh pháp cấu hình D – L còn có những hạn chế. 4 | 26 CHO OH CHO HO HO OH OH OH CH2OH D-(+)-Glucozơ HO HO CH2OH L-(-)-Glucozơ Kí hiệu R, S. Xét C*abcd với sắp xếp độ hơn cấp a > b > c > d. Khi nhìn theo trục liên kết C*–d (hướng từ C* đến d trong công thức phối cảnh) thì ba nhóm a, b, c theo thứ tự có cùng chiều kim đồng hồ ta có đồng phân R ( nghĩa là “phải”), còn nếu ngược chiều kim đồng hồ ta có đồng phân S ( nghĩa là “trái”). Chú ý trên công thức Fisơ nều nhóm có độ hơn cấp thấp nhất ở đường nằm ngang thì cấu hình R, S lại ngược lại, cùng chiều kim đồng hồ là đồng phân S còn nếu ngược chiều kim đồng hồ là đồng phân R. COOH H2N H CH3 COOH H NH2 CH3 (S)-Alanin (R)- Alanin Alanin thiên nhiên Alanin tổng hợp VD4 (HSG QG 2005): L-Prolin hay axit (S)-piroli®in-2-cacboxylic cã pK1 = 1,99 vµ pK2 = 10,60. Piroli®in (C4 H9 N) lµ amin vßng no n¨m c¹nh. ViÕt c«ng thøc Fis¬, c«ng thøc phèi c¶nh cña L-prolin. H-íng dÉn gi¶i: COOH NH H N COOH H H 2.2.3 Đồng phân cấu dạng Do sự quay quanh trục liên kết đơn nên các chất đã tạo ra vô vàn các cấu dạng khác nhau với độ bền khác nhau như dạng xen kẽ bền hơn dạng che khuất, dạng anti bền hơn dạng syn, dạng ghế bền hơn dạng thuyền, liên kết biên (e) bền hơn liên kết trục (a). Cấu dạng ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất, đặc biệt là hoạt tính sinh học của các chất. Cùng là một chất nhưng cấu dạng khác nhau thì hoạt tính sinh học cũng khác nhau. Tuy nhiên, có 5 | 26 những chất khác nhau như xibeton (một xeton vòng lớn) và anđrostenol (một steroit) lại có mùi giống hệt nhau, đó là do chúng có cấu dạng giống nhau. CH3 CH3 H HO O H Androstenol Xibetol 3. Giới thiệu một số hợp chất thiên nhiên tiêu biểu 3.1. Tecpenoit Tecpen là những hiđrocacbon không no, không vòng hoặc có vòng, có công thức chung (C5 H8 )n với n ≥ 2. Chúng dường như đã tạo thành do isopren kết hợp với nhau theo kiểu “đầu nối với đuôi” (quy tắc isopren). Số đơn vị mắt xích isopren Số nguyên tử cacbon Loại tecpen 2 10 Monotecpen 3 15 Sesquitecpen 4 20 Đitecpen 6 30 Tritecpen Tecpenoit là các dẫn xuất chứa oxi của tecpen như ancol, anđehit, xeton, … Chúng có bộ khung cacbon tương tự tecpen và cũng tuân theo “quy tắc isopren”. Tecpen và tecpenoit rất phổ biến trong tinh dầu và có mùi thơm dễ chịu. 3.1.1. Monotecpen (C 10 ) Dựa vào đặc điểm cấu trúc, có thể chia thành 3 nhóm chính là: loại không vòng (như geraniol), có 1 vòng (như limonen) và 2 vòng (như pinen). Trong mỗi nhóm có thể là loại không có nhóm chức hoặc có thể có nhóm chức (ancol, andehit, xeton.. ) Ví dụ : Hợp chất không vòng OH * OH OH Myrxen Geraniol Nerol Linalool 6 | 26 Geraniol có đồng phân hình học là nerol. Geraniol ở dạng trans (đồng phân E) là thành phần chính của tinh dầu sả và tinh dầu hoa hồng. Nerol ở dạng cis (đồng phân Z) có mặt trong một số tinh dầu như tinh dầu hoa cam và cam lê. Linalool là đồng phân cấu tạo của geraniol và nerol. Chúng đều là những ancol không no, đơn chức C 10 H8 O. Linalool có tính quang hoạt với một cặp đối quang, (R)-(-)-linalool có trong tinh dầu hoa hồng. (S)-(+)-linalool có trong tinh dầu cam. Hợp chất 1 vòng * * α-Tecpinen Limonen α-Phenanđren Tecpinolen O OH menthol O carvon menthon Limonen có một nguyên tử C* ở vị trí số 4 nên cũng có tính quang hoạt. Tinh dầu chanh, cam có (R)-(+)-limonen còn dầu tùng bách lá kim có thành phần chính là (S)-(-)-limonen. Menthol, C10 H20 O, có ba nguyên tử C* trong phân tử và do đó có thể tồn tại 2 3 = 8 đồng phân lập thể. Đồng phân (-)-menthol là thành phần chính của tinh dầu bạc hà. Menthon, C10 H18 O, có 4 đồng phân quang học do có hai nguyên tử C*. Các đồng phân (+)menthon được tìm thấy trong tinh dầu cây phong lữ, (-)-menthon có trong cây bạc hà. Hợp chất hai vòng: * O O * α-Pinen β-Pinen Cacron Campho 7 | 26 Phân tử campho có hai nguyên tử C* do đó có thể tồn tại hai đôi đối quang nhưng thực tế chỉ tồn tại một đôi đối quang khi vòng xiclopentan ở cấu hình cis, còn đồng phân trans không tồn tại do sức căng lớn. 3.1.2. Sesquitecpen (C 15 ): Sesquitecpen luôn có mặt cùng với monotecpen trong tinh dầu. Sesquitepen trong tinh dầu do có nhiệt độ sôi trên 200o C, do đó khi chưng cất thì chúng có hàm lượng không cao. Một số sesquitecpen có trong tinh dầu là: neroliđol (tinh dầu hoa cam), cacđinen (tinh dầu loài bách tròn), selinen (cần tây).  Cadinen  Selinen Humulen Caryophyllen 3.1.3. Đitecpen (C20 ): Vitamin A hay renitol, C20 H30 O, có trong dầu gan cá, lòng đỏ trứng, sữa, …. Vitamin A cần thiết cho sự phát triển bình thường của người và động vật có vú. Sự thiếu hụt vitamin A sẽ gây nên bệnh quáng gà, khô giác mạc và võng mạc. Axit abietic C 20 H30 O 2, có trong nhựa thông. COOH OH Vitamin A Axit abietic 3.2. Gluxit 3.2.1. Monosaccarit Đa số các monosaccarit thiên nhiên có cấu hình D, còn cấu hình L thì ít thấy. Các monosaccarit tồn tại chủ yếu dạng vòng pyranozơ hoặc furanozơ. Trong dung dịch nước, hầu hết các đường hiện diện ở dạng pyranozơ nhưng nếu kết hợp với một chất sinh học thì nó hay ở dạng furanozơ. Tùy thuộc vị trí của nhóm OH hemiaxetal, ta có cấu hình α- hoặc β-. Đối với vòng pyranozơ thì cấu dạng ghế là bền nhất. OH HO OH L-Arabinozơ OH CH OH 2 CH2OH O O OH HOCH2 O O OH HO HO HO OH D-Glucozơ OH HO OH D-Galactozơ CH2OH OH OH D-Frutozơ 8 | 26 3.2.2. Oligosaccarit Oligosaccarit trong tự nhiên tồn tại dạng tự do và dạng hợp chất. Oligosaccarit được tạo bởi 2 đến 8 đơn vị monosaccarit cùng loại hoặc khác loại. Oligosaccarit ở dạng tự do phổ biến nhất là đisaccarit. Trong cấu trúc phân tử đisaccarit, hai monosaccarit liên kết với nhau theo kiểu glycozit với sự tham gia của nhóm OH hemiaxetal của một phân tử monosaccarit ở dạng pyranozơ hoặc furanozơ với cấu hình α- hoặc β-. Tùy thuộc vào nhóm OH của monosaccarit thứ hai tham gia tạo liên kết glycozit, nếu không phải là nhóm OH hemiaxetal thì đisaccarit đó bị tautome hóa và có khả năng đổi quay. Do cấu dạng ghế của monosaccarit nên cấu dạng của oligosaccarit (xác định bằng sự phân bố tương đối trong không gian của các gốc liên kết) chủ yếu phụ thuộc cấu hình của liên kết glycozit. Trong xenlobiozơ, liên kết β-glycozit phân bố dạng e, còn trong mantozơ là dạng a. Liên kết hiđro nội phân tử trong xenlobiozơ (hình vẽ) được bền hóa bởi cấu trúc thẳng, trong khi đó ở phân tử mantozơ lại có khuynh hướng “đẩy ra”. Vì vậy xenlobiozơ có cấu tạo cứng nhắc còn mantozơ thì không. CH2OH O CH2OH HO HO H H OH O HO HO CH2OH O O H OH O OH O OH O CH2OH HO OH OH α-Mantozơ β- Xenlobiozơ 3.3. Axit amin, peptit, protein 3.4. Ankaloit 4. Một số phản ứng thường dùng trong xác định cấu trúc phân tử hợp chất thiên nhiên 4.1 Xác định cấu trúc của tecpen. Dựa vào các phản ứng đặc trưng và qui tắc isopren Những phản ứng đặc trưng thường dùng: + Xác định liên kết đôi: phản ứng với dung dịch brom, cộng hydro ( Ni xúc tác) + Xác định H linh động: Tác dụng với CH3 MgX hoặc với natri + Xác định nhóm -CHO: Dùng thuốc thử Fehling, Tollens hay axit fucsinsunfurơ + Xác định vị trí của liên kết đôi: Phản ứng ozon phân : Cho hỗn hợp các hợp chất chứa nhóm cacbonyl, phản ứng oxi hóa cắt mạch… phối hợp với ”quy tắc isopen” ta có thế xác định được cấu tạo của tecpen. VD5 (HSG QG 2009): 9 | 26 Khung cacbon của các hợp chất tecpen được tạo thành từ các phân tử isopren kết nối với nhau theo quy tắc « đầu – đuôi» . Ví dụ, nếu tạm quy ước: (đầu) CH2 =C(CH3 )-CH=CH2 (đuôi) thì phân tử  -myrcen (hình bên) được kết hợp từ 2 đơn vị isopren. Dựa vào quy tắc trên, hãy cho biết các chất nào sau đây là α-Myrcen tecpen và chỉ ra các đơn vị isopren trong khung cacbon của các tecpen này. OH O O O O Acoron O O O OH O OH O Prostaglan®in PG-H2 O O O Po®ophyllotoxin HO O Axit abi eti c Hướng dẫn giải: Acoron và axit abietic là tecpen: O O O O O O Acoron Acoron HO Axit abietic HO Axit abietic VD6 (HSG QG 2003): Ozon ph©n mét tecpen A (C10 H16 ) thu ®-îc B cã cÊu t¹o nh- sau: CH3 C CH2 CH O CH CH2 CH O C H3C CH3 Hidro hãa A víi xóc t¸c kim lo¹i t¹o ra hçn hîp s¶n phÈm X gåm c¸c ®ång ph©n cã c«ng thøc ph©n tö C10 H20 . a) X¸c ®Þnh c«ng thøc cÊu t¹o cña A. b) ViÕt c«ng thøc c¸c ®ång ph©n cÊu t¹o trong hçn hîp X. Hướng dẫn giải a) 10 | 26 b) (vßng 7 c¹nh kÐm bÒn h¬n vßng 6 c¹nh) 4.2 Xác định cấu trúc của gluxit + Xác định các oligosaccarit: Phản ứng thủy phân bằng các men đặc hiệu + Xác định cấu trúc monosaccarit: metyl hóa OH hemiaxetal bằng CH3 OH/HCl, ankyl hóa các nhóm OH còn lại bằng phương pháp Williamson, oxi hóa + Xác định số nhóm OH và cấu trúc vòng: phản ứng este hóa, thủy phân + Xác định cấu dạng của nhóm OH: tác dụng C 6 H5 CHO hoặc CH3 COCH3 tạo axetal và xetal vòng với hai nhóm OH ở dạng cis. VD7: Hãy xác định cấu trúc của đisaccarit melibiozơ dựa trên các dữ kiện thực nghiệm sau: - Melibiozơ có sự quay hỗ biến - Thủy phân trong axit loãng hoặc α-galactoziđaza (enzim chỉ phân cắt liên kết α- galactozit) đều cho D-galactozơ và D-glucozơ. - oxi hóa bằng nước brom cho axit melibionic. Metyl hóa axit melibionic rồi thủy phân thì thu được 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-galactozơ và axit 2,3,4,5-tetra-O-metyl-D-glucomic. Hướng dẫn giải Melibiozơ bị thủy phân bởi α-galactoziđaza chứng tỏ mắt xích D-galactozơ ở dạng α-Dgalactozit. 4.3 Xác định cấu trúc của amin, aminoaxit, peptit, protein 11 | 26 + Xác định bậc amin: Phản ứng với HNO 2 , C6 H5 SO2 Cl/NaOH + Xác định vị trí nhóm amin: Phản ứng thoái phân Hoffman +Xác định nhóm amin trong aminoaxit: tác dụng của nhiệt, phản ứng ankyl hóa bằng CH3 I hoặc (CH3 )2 SO4 , phản ứng axyl hóa. + Xác định số nhóm cacboxyl trong aminoaxit: phản ứng este hóa trong HCl hoặc C6 H5 SO 3 H. + Xác định peptit, protit: phản ứng thủy phân hoàn toàn, thủy phân một phần nhờ các enzym có tính chọn lọc cao, các phản ứng màu như xantoprotein, ninhiđrin ... Phương pháp Sanger, phương pháp Edman xác định aminoaxit đầu N. Thủy phân bằng men cacboxypeptiđaza xác định lần lượt các aminoaxit đầu C. Ngoài ra, việc phân tích cấu trúc các hợp chất thiên nhiên sẽ thuận lợi hơn khi kết hợp với các phương pháp phân tích hiện đại như phương pháp phổ, ... VD8: Hợp chất (S)-conin A C 8 H17 N là một ancaloit lỏng độc trong cây độc cần, tan trong dung dịch HCl, không tách N 2 khi cho tác dụng với dung dịch HNO 2 , cho kết tủa với C6 H5 SO 2 Cl/NaOH, metyl hóa hoàn toàn và tách Hofmann cho anken, trong đó có B C 10 H21 N. Thoái phân B theo Hofmann cho hỗn hợp 1,4-octadien và 1,5-octadien. Xác định cấu trúc của A và B. Hướng dẫn giải A không tách N 2 khi điazo hóa và cho kết tủa sunfonamit nên là amin bậc 2. Metyl hóa cho muối tetraankylamin, tách Hofmann cho anken, còn khả năng metyl hóa và thoái phân nên là hợp chất vòng no. Qua hai lần metyl hóa và thoái phân cho ddien nên có mạch nhánh 3C ở vị trí Cα, có thể là propyl hay metyl và etyl trong đó propyl mới cho 1,4- và 1,5-ddien, còn etyl và metyl cho 1,6- và 1,5-ddien. Vậy A là 2-propylpiperidin ((S)-conin) và B là 5-N,Ndimetylamino-1-octen. CH3I Ag2O/NaOH CH3I Ag2O/NaOH NH CH2CH2CH3 A + N B 5. Một số bài tập vận dụng Bài 1. (HSG QG 2007) Một monotecpenoit mạch hở A có công thức phân tử C10 H18 O (khung cacbon gồm hai đơn vị isopren nối với nhau theo qui tắc đầu-đuôi). Oxi hoá A thu được hỗn hợp các chất A1, A2 và A3. Chất A1 (C3 H6 O) cho phản ứng iodofom và không làm mất màu nước brôm. Chất A2 (C2 H2 O 4 ) phản ứng được với Na2 CO 3 và với CaCl2 cho kết tủa trắng không tan trong axit axetic; A2 làm mất màu dung dịch KMnO 4 loãng. Chất A3 (C5 H8 O3 ) cho phản ứng iodofom và phản ứng được với Na2 CO 3 . 12 | 26 a. Viết công thức cấu tạo của A1, A2 và A3. b. Vẽ công thức các đồng phân hình học của A và gọi tên theo danh pháp IUPAC. Hướng dẫn giải a. A là hợp chất mạch hở nên có 2 nối đôi A1 tham gia phản ứng iodofom nên A1 là hợp chất metyl xeton CH3 COCH3 + I2 / KOH CHI3 + CH3 COONa A2 phản ứng với Na2 CO3 nên đây là một axit, dựa vào công thức phân tử đây là một diaxit HOOC-COOH + Na2 CO 3 NaOOC-COONa + H2 O + CO 2 A3, C5 H8 O3 , cho phản ứng iodoform, phản ứng được với Na2 CO3 . A3 vừa có nhóm chức metyl xeton vừa có nhóm chức axit A1: CH3 COCH3 ; A2 : HOOC-COOH và A2: CH3 COCH2 CH2 COOH 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 cấu tạo của A1, A2, A3 nên xác định được vị trí các liên kết đôi trong mạch cacbon: Vì có sự hình thành axit oxalic nên A có thể là: OH OH Nerol Geraniol (E) -3,7- dimetyl octa-2,6-dienol (Z)-3,7-dimetyl octa-2,6-dienol Bài 2. Cloven lµ mét hîp chÊt thiªn nhiªn cã thÓ tæng hîp ®-îc trong phßng thÝ nghiÖm. Thùc hiÖn qu¸ tr×nh tæng hîp cloven theo qu¸ tr×nh chuyÓn hãa sau: CH3 OH COOCH3 H3C A O O ... H3C F HO- G ... H3C cloven 13 | 26 Cho chÊt ban ®Çu A t¸c dông víi MnO 2 t¹o thµnh hîp chÊt B (C13 H18 O3 ). Sau ®ã B ph¶n øng víi mét axit råi ch-ng cÊt hçn hîp ph¶n øng ®Ó c« lËp mét trong c¸c s¶n phÈm ph¶n øng cho hîp chÊt C (C12 H16 O3 ). Khö C b»ng hidro trªn Pd t¹o thµnh D, ph¶n øng kÕ tiÕp víi 1,2-etandiol cã mÆt axit v« c¬ t¹o thµnh hîp chÊt E (C14 H22 O4 ). E t¸c dông víi (CH 3 CH2 )2 CuLi trong ete vµ thªm axit cho hîp chÊt F. Trong m«I tr-êng kiÒm F chuyÓn thµnh hîp chÊt G (C14 H 20 O), tõ ®ã thu ®-îc cloven b»ng hai b-íc. ViÕt c¸c s¬ ®å ph¶n øng ®· nªu vµ hai b-íc cuèi cïng trong sù tæng hîp cloven tõ hîp chÊt G. BiÓu diÔn cÊu tróc kh«ng gian cña cloven, chØ râ c¸c nguyªn tö bÊt ®èi vµ x¸c ®Þnh cÊu h×nh R, S cña chóng trong cÊu tróc cña cloven. H-íng dÉn gi¶i OH O MnO2 CO2CH3 H3C A O H3C Li/NH3 OHOH H3C H3C G S H3C COOH H3C D O F E CO2H H3C C O O COOH O H2/Pd B O H3C CO2CH3 H3C O H+ R R CH3 S cloven Bài 3. (DHBB 2013) Axit retigeranic là một tecpenoit được phân lập từ một loại địa y. Cấu trúc của axit retigeranic được xác định dựa trên phương pháp phân tích tia – X. Công thức của axit retigeranic như sau: Xác định cấu hình của axit retigeranic. Axit retigeranic có thể có bao nhiêu đồng phân cấu hình? Hướng dẫn giải: 14 | 26 1. Xác định cấu hình của axit retigeranic: Bài 4. (HSG QG 2009) Inulin (một cacbohiđrat có trong rễ cây actisô) không phản ứng với thuốc thử Felinh; khi bị thuỷ phân có mặt α-glucoziđaza cho 2 mol glucozơ và một polisaccarit gồm các D-fructozơ kết cấu theo kiểu (2→1)-Dfructofuranozơ. Phân tử khối tương đối của inulin khoảng 5200 u. Vẽ công thức Havooc (Haworth) của inulin. Hướng dẫn giải: Công thức của Inulin: O O O CH2 O O 28 ®¬n vÞ CH2 O O CH2 OO (Hoặc vẽ 2 gốc glucozơ ở cùng một đầu) Bài 5. Trong mật mía có chất đường không khử (+)-raffinozơ C18 H32 O 16 bị thủy phân axit cho D-fructozơ, D-galactozơ và D-glucozơ, thủy phân bằng men α-galactozidaza cho α-galactozơ và saccarozơ, bằng men invertaza cho D-fructozơ đisaccarit melibiozơ, khi metyl hóa raffinozơ rồi thủy phân cho 1,3,4,5-tetra-O-metyl-D-fructozơ, 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-galactozơ và 2,3,4-triO-metyl-D-glucozơ. Xác định cấu trúc của raffinozơ. Hướng dẫn giải Rafinozơ có liên kết giữa galactozơ và glucozơ là α(1,6), liên kết với fructozơ bằng liên kết α-glucozit-β-fructozit nên Rafinozơ có công thức: 15 | 26 Hoặc Bài 6. (HSG QG 2004) Monosaccarit A (®Æt lµ glicoz¬ A) cã tªn lµ (2S,3R , 4S , 5R)– 2,3,4,5,6– – pentahi®roxihexanal. Khi ®un nãng tíi 100 0 C, A bÞ t¸ch n-íc sinh ra s¶n phÈm B cã tªn lµ 1,6– anhi®roglicopiranoz¬. D– glucoz¬ kh«ng tham gia ph¶n øng nµy. Tõ A cã thÓ nhËn ®-îc c¸c s¶n phÈm E (C5 H10 O5 ) vµ G (C5 H 8 O7 ) theo s¬ ®å ph¶n øng: A Br2 H2O C CaCO3 D H2O2 E HNO3 G a) ViÕt c«ng thøc Fis¬ cña A vµ B. b) A tån t¹i ë 4 d¹ng ghÕ (D-glicopiranoz¬). ViÕt c«ng thøc cña c¸c d¹ng ®ã vµ cho biÕt d¹ng nµo bÒn h¬n c¶? c) Dïng c«ng thøc cÊu d¹ng biÓu diÔn ph¶n øng chuyÓn ho¸ A thµnh B. V× sao D– glucoz¬ kh«ng tham gia ph¶n øng t¸ch n-íc nh- A? d) ViÕt c«ng thøc cÊu tróc cña E vµ G. H·y cho biÕt chóng cã tÝnh quang ho¹t hay kh«ng? H-íng dÉn gi¶i a) CHO CH HO OH HO HO OH 0 100 C HO OH + H2O O CH2OH O-CH2 HO OH OH O OH b) C1 -  OH OH O HO OH 1 C -  HO 16 | 26 HO OH HO OH OH O C1 -  OH OH 1 C -  O HO HO HO HO 1 C -  BÒn nhÊt v× sè liªn kÕt e – OH nhiÒu nhÊt c) OH O HO O OH 1000C O HO OH OH + H2O HO HO D- Glucoz¬ kh«ng ph¶n øng t¸ch n-íc v× c¸c nhãm – OH ë C1 vµ C6 lu«n ë xa nhau. d) CHO OH COOH OH HO HO OH CH2OH Quang ho¹t OH COOH Kh«ng quang ho¹t Bài 7. Từ một protein thực vật tách ra được chất A C 5 H10 N2 O3 , chứa một nhóm amin, đun nóng với kiềm không giải phóng NH3 và tạo thành axit aminođicacboxylic C 3 H5 (NH2 )(COOH)2 . Khi tiến hành thoái phân Hofman dẫn xuất axetyl của A tạo ra axit α,γ-điaminobutirric. Xác định cấu trúc của A. Hướng dẫn giải A có 2 nguyên tử N, trong đó có một nguyên tử N thuộc nhóm amin, nguyên tử N còn lại không phải ion NH 4 vì khi đun với kiềm không giải phóng NH3 . A bị thủy phân tạo C3 H5 (NH2 )(COOH)2 nên A có dạng NH2 CO-C3 H5 (NH2 )COOH Thoái phân Hofman dẫn xuất axetyl của A tạo ra axit α,γ-điaminobutirric. Vậy A là H2 NCO(CH2 )2 CH(NH2 )COOH NHCOCH3 H2NCO(CH2)2CHCOOH H2NCO(CH2)2CH(NH2)COOH A NH2 H2N(CH2)2CHCOOH NH2 HOOCCH2CH2CHCOOH Bài 8. Felingas trin là chất kích thích bài tiết axit gastric trong dạ dày động vật có 17 aminoaxit với thành phần là (Ala2 AspGly2 Glu5 LeuMetPheProTrp2 Tyr). Khi thủy phân bằng men 17 | 26 chymotrypsin thu được 4 đoạn mạch sau: (1) Glu-Gly-Pro-Trp; (2) Gly-Trp; (3) Met-Asp-Phe; (4) Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr và phân tích nhóm cuối mạch cho thấy Glu là nhóm cuối đính với N, Phe là nhóm cuối C. Xác định cấu trúc của gastrin. Hướng dẫn giải Theo đề bài xác định được (1) ở đầu N, (3) ở đầu C, không xác định được vị trí của (2) và (4) nên gastrin có hai cấu trúc: Glu-Gly-Pro-Trp-Gly-Trp -Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr- Met-Asp-Phe Hoặc Glu-Gly-Pro-Trp -Leu-Glu-Glu-Glu-Ala-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe Bài 9. (HSG QG 2003) TRF lµ tªn viÕt t¾t mét homon ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña tuyÕn gi¸p. Thñy ph©n hoµn toµn 1 mol TRF thu ®-îc 1 mol mçi chÊt sau: N NH3 ; CH2-CH-COOH ; HOOC-CH 2-CH2-CH-COOH ; N COOH H NH2 (Glu) (Pro) NH2 N H (His) Trong hçn hîp s¶n phÈm thñy ph©n kh«ng hoµn toµn TRF cã dipeptit His-Pro. Phæ khèi l-îng cho biÕt ph©n tö khèi cña TRF lµ 362 ®vC. Ph©n tö TRF kh«ng chøa vßng lín h¬n 5 c¹nh. H·y x¸c ®Þnh c«ng thøc cÊu t¹o vµ viÕt c«ng thøc Fis¬ cña TRF. H-íng dÉn gi¶i: *Tõ d÷ kiÖn thñy ph©n suy ra 2 c«ng thøc Glu-His-Pro vµ His-Pro-Glu (®Òu cã 1 nhãm – CO– NH 2 ) * Tõ M = 362 ®vC suy ra cã t¹o ra amid vßng (lo¹i H 2 O) * Tõ d÷ kiÖn vßng  5 c¹nh suy ra Glu lµ aminoaxit ®Çu N vµ t¹o lactam 5 c¹nh, cßn Pro lµ aminoaxit ®Çu C vµ t¹o nhãm – CO – NH 2 . VËy cÊu t¹o cña TRF: HN CH CO-NH CH CO N CH CO-NH2 CH2 O N NH C«ng thøc Fis¬: 18 | 26 NH2 CO N CO NH CO NH O H H H CH2 N NH Bài 10. Atropin (C17 H23 O3 N) là một ancaloit có trong lá và thân cây cà độc dược, có tác dụng làm giãn đồng tử, kích thích hô hấp, giảm sự co bóp của ruột. Thủy phân atropin trong môi trường kiềm cho axit atropic C 6 H5 CH(CH2 OH)COOH và tropin C 8 H15 ON (là một ancol không quang hoạt). Đề hiđrat hóa tropin cho tropiđen. Hãy xác định công thức cấu tạo của atropin. CH3 N Tropiden Hướng dẫn giải Vì đề hiđrat hóa tropin cho tropiđen và tropin là một ancol không quang hoạt nên tropin có cấu trúc đối xứng. Thủy phân atropin cho axit atropic và tropin nên atropin chứa nhóm chức este: CH3 N Atropin OCO CH CH2OH C 6H 5 Bài 11. (HSG QG 2006) Tõ h¹t tiªu ng-êi ta t¸ch ®-îc hîp chÊt E (C17 H19 NO 3 ) lµ chÊt trung tÝnh. Ozon ph©n E thu ®-îc c¸c hîp chÊt: eta®ial, B, D. Thuû ph©n B thu ®-îc OHC-COOH và hîp chÊt dÞ vßng 6 c¹nh piperi®in (C5 H11 N). Cho D t¸c dông víi dung dÞch HI ®Æc thu ®-îc 3,4-®ihi®roxibenzan®ehit. H·y x¸c ®Þnh c«ng thøc cÊu t¹o cña A, B, D. Cã bao nhiªu ®ång ph©n lËp thÓ cña E? H-íng dÉn gi¶i: Ozon ph©n E thu ®-îc eta®ial chøng tá trong A cã nhãm =CH-CH= . Thuû ph©n B thu ®-îc OHC-COOH vµ piperi®in, suy ra B cã liªn kÕt O=C-N- vµ N n»m trong vßng 6 c¹nh. D ph¶n øng víi HI thu ®-îc 3,4-®ihi®roxibenzan®ehit. VËy cã c¸c c«ng thøc cÊu t¹o: 19 | 26 C OHC N O O CHO O (D) (B) O CH CH CH CH C N O O (E) Trong A cã 2 liªn kÕt ®«i, sè ®ång ph©n h×nh häc lµ 4: ZZ , EE , ZE , EZ. Chú ý đồng phân E không thể xuất hiện đồng phân ZZ. Bài 12. (HSG QG 2011) Khử xitral rồi chuyển hoá sản phẩm A theo sơ đồ: Xitral LiAlH4 H+ A B (C H , d¹ng m¹ch hë) (C10H18O) 10 16 o t C 2,5,5-Trimetylbixiclo[4.1.0]hept-2-en Viết công thức cấu tạo của A, B, C và hoàn thành sơ đồ các phản ứng. Giải thích quá trình chuyển hóa tạo thành C. Hướng dẫn giải Xitral LiAlH4 A H+ CH2OH CH2+ -H2O 2 1 - H+ 3 7 7 4 6 6 B 2 1 5 C 5 Bài 13. (HSG QG 2009) Cho sơ đồ sau: (-)-Serin HCl CH3OH A PCl5 B OH- (C4H9Cl2NO2) C NaSH (C4H8ClNO2) D (C4H9NO2S) 1. H3O+, to 2. OH E Viết công thức Fisơ của E và cho biết cấu hình tuyệt đối (R/S) của nó. Hướng dẫn giải: Các phương trình phản ứng: HCl HOCH2-CH-COOCH3 HOCH2-CH-COOH CH3OH NH3Cl NH2 A L-(-)-Serin PCl5 ClCH2-CH-COOCH3 NH3Cl B ClCH2-CH-COOCH3 NH2 C NaSH HSCH2-CH-COOH E NH2 1. H3O+, to 2. OH- HSCH2-CH-COOCH3 NH2 D 20 | 26
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan