ĐỀ THI THỬ HSG HÓA HỌC HỮU CƠ tháng 8.2023 (KÈM BT BỔ SUNG, CÓ ĐÁP ÁN)

Đề thi thử hóa học hữu cơ dành cho HS chuyên tham gia các kì thi HSG, SV, GV. Đề thi thử hóa học hữu cơ dành cho HS chuyên tham gia các kì thi HSG, SV, GV. Đề thi thử hóa học hữu cơ dành cho HS chuyên tham gia các kì thi HSG, SV, GV. Đề thi thử hóa học hữu cơ dành cho HS chuyên tham gia các kì thi HSG, SV, GV.

ĐỀ THI THỬ HÓA HỌC HỮU CƠ

Tháng 08/2023

Thời gian: 180 phút

CÂU 1

1) Phản ứng alkyl hóa bởi tác nhân enolate của 3-methyl-2-cyclohexanone với các dẫn chất dibromide

khác nhau tạo thành các sản phẩm khác nhau được biểu diễn bên dưới Hãy giải thích sự tạo thành các sản phẩm đặc trưng cho từng trường hợp cụ thể, từ đó khái quát hóa quy luật đóng vòng tương ứng với độ dài của mạch dibromide

2) Sau đây là phần đầu tiên của tổng hợp vitamin K, một trong những thuốc dùng trong cầm máu

Hãy xác định cấu trúc của A – C Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa từ A sang B

3) Cho sơ đồ chuyển hóa và phổ MS, IR, NMR của các sản phẩm 1 và 2 như sau:

Phổ Hợp chất

7.21 (2H, d, J = 8.0 Hz) 7.35 (1H, t, J = 8.0 Hz) 7.62 (2H, d, J = 8.0 Hz)

21; 47; 48; 121; 127; 130; 138; 170; 172

Chú ý: s = singlet (mũi đơn); d = doublet (mũi đôi); t = triplet (mũi ba); m = multiplet (mũi đa)

a) Dựa vào dữ kiện phổ, hãy biện luận công thức cấu tạo của 1 và 2

b) Đề nghị cơ chế phản ứng tạo thành 1 và 2

4) Các cặp piperidine hydroxyl hóa dưới đây cho thấy sự khác biệt đáng kể về pKa Khác biệt này có thể giải thích là do các hiệu ứng điện tử lập thể Sử dụng thuyết FMO, giải thích sự khác nhau về tính của các piperidine dưới đây.

5) Sắp xếp theo chiều giảm dần tính acid của các hợp chất sau (không cần giải thích):

a)

b)

6) Bromine hóa electrophile (electrophilic bromination) là một phản ứng phổ biến được sử dụng để

đưa bromine vào các vòng thơm, với bromine nguyên tố hoặc NBS, kết hợp chất xúc tác acid Lewis thích hợp Dưới đây là hai phân tử tương tự Cả hai đều có thể bị bromine hóa electrophile và cùng một vòng thơm được bromine hóa trong cả hai phân tử Tuy nhiên, một hợp chất phản ứng nhanh hơn đáng kể so với hợp chất kia

a) Mối quan hệ về cấu trúc giữa hai phân tử là gì?

b) Vòng thơm nào bị bromine hóa, vòng có hai nhóm thế hay vòng có bốn nhóm thế? Giải

thích, vẽ các cơ chế liên quan nếu cần thiết

c) Phân tử nào (phải hay trái) phản ứng nhanh hơn? Giải thích, vẽ các cơ chế liên quan nếu cần

thiết

CÂU 2

1) Hoàn thành chuỗi tổng hợp Makaluvamine K:

2) Cho sơ đồ chuyển hóa sau Hãy vẽ cấu trúc của trung gian A, sản phẩm B – C và đề xuất cơ chế

cho chuyển hóa từ A → B và A → C

3) Hợp chất Hippolachnin A được tìm thấy trong mộc nhĩ trắng chứa dị vòng tetrahydrofuran là hợp

chất tiềm năng trong việc chữa trị các bệnh xơ hóa, viêm màng não hay suy thận cấp, Năm 2015, nhóm nghiên cứu của giáo sư Erick Carreira tại Đại học ETH Zürich (Thụy Sĩ) đã tổng hợp thành công Redhippolachnin A theo sơ đồ sau:

Vẽ công thức cấu tạo các hợp chất từ A – G (không cần xét đến các yếu tố lập thể)

4) Vào năm 2009, một đại dịch cúm lợn đã lan khắp thế giới, loại virus này có khả năng chống lại

việc tiếp xúc với các chất ức chế protein M2 thường được sử dụng như rimantadine và amantadine trong điều trị cúm thông thường Chỉ có các hợp chất ức chế enzyme neuraminidase mới có hiệu quả chống lại bệnh cúm lợn Loại thuốc phổ biến nhất thuộc loại này là Oseltamivir (tên thương mại là Tamiflu):

Thuốc này được phát triển bởi công ty Gilead Science Inc Các nhà khoa học của công ty này đã

sử dụng (-)-shikimic acid tự nhiên làm nguyên liệu ban đầu (sơ đồ tổng hợp đơn giản hóa được cho bên dưới):

Vẽ cấu trúc của các hợp chất A – D với đầy đủ yếu tố lập thể

5) Hợp chất A là một hydrocarbon thể khí ở đktc với khối lượng riêng là 1.25 g/L Phản ứng với

oxygen có bạc làm chất xúc tác, thu được hợp chất B, hợp chất này phản ứng với 1/x đương lượng nước để tạo thành nhiều sản phẩm (x là số nguyên dương) Phản ứng với 2 đương lượng thionyl chloride tạo hợp chất D, sau đó hợp chất này phản ứng với hợp chất C theo tỷ lệ 1:1 với sự có mặt của KOH để tạo ra hợp chất E (có M = 264 g/mol và thường được sử dụng để giúp hòa tan các hợp chất dạng ion trong dung môi hữu cơ) E Phản ứng với hợp kim sodium potassium, hafnium (IV) chloride và sodium chloride, và caesium thu được F, G và H tương ứng Hợp chất H có màu xanh đen và thuận từ, phản ứng với HCl trong dung môi toluene ướt tạo ra chất lỏng ion J, có 19.957%

Cl theo khối lượng Hợp chất J phản ứng với 2 đương lượng nước để tạo ra chất rắn ion K chứa

cation [H5O2]+ Những phản ứng này được tóm tắt trong sơ đồ dưới đây

[eq = đương lượng; evaporate = làm bay hơi; wet toluene = toluene ướt]

a) Xác định khối lượng phân tử và công thức của A

b) Hãy viết công thức chung cho các sản phẩm hydrate hóa của B

c) Vẽ cấu trúc của tất cả hợp chất trong sơ đồ Nếu là hợp chất ion, có thể vẽ riêng anion và cation d) Tại sao dùng KOH để tạo thành E thay vì các hydroxide kim loại kiềm khác (như NaOH)? e) Mô tả bản chất liên kết của anion trong J Có thể sử dụng giản đồ MO

CÂU 3

Khi bạn đi ngang qua tiệm bánh mì, bạn sẽ bị cưỡng lại

bởi mùi bánh mì mới nướng Anh hùng trong một quyển

tiểu thuyết đã nói trong một dịp tương tự: "Nếu bạn nói

với tôi rằng điều này không hoàn hảo, thì bạn là kẻ thù

của tôi mãi mãi." Thành phần hương vị bánh mì chính

được xác định vào năm 1969 là hợp chất X tồn tại ở trạng

thái cân bằng với chất hỗ biến Y của nó theo tỷ lệ 2:1

Thật không may, cả hai dạng đều không bền và sau vài

giờ, bánh mì không có mùi thơm như cũ

Hỗn hợp đồng phân của X và Y này được tổng hợp vào

năm 1993 từ piperidine theo trình tự phản ứng được cho

trong Sơ đồ 1 Đáng chú ý là tỉ lệ ban đầu của X và Y là 1:4; sau đó, tỉ lệ này dần dần chuyển về trạng

thái cân bằng

Sơ đồ 1

Hợp chất B đặc trưng bởi trục đối xứng 3 lần (nghĩa là khi quay 120° sẽ tạo ra một phân tử giống hệt

chất ban đầu) xảy ra ở trạng thái cân bằng với đối phân C của nó Sự chuyển đổi xen kẽ của hai dạng

này diễn ra thông qua chất trung gian A cũng là chất trung gian trong quá trình hình thành B, C và sự chuyển hóa của chúng thành D Các hợp chất A, B, C có thành phần nguyên tố như nhau: ωC = 72.24%,

ωH = 10.91%, ωN = 16.85%

1) Vẽ cấu trúc các chất A – E, X, Y

Xử lý hợp chất E với phức CH3Li∙LiBr trong (C2H5)2O ở 0°C không thể tạo ra các sản phẩm mục tiêu

X và Y Thay vào đó, ban đầu tạo thành kết tủa màu vàng F Quá trình xử lý nước của kết tủa này dẫn

đến hỗn hợp hợp chất E và chất hỗ biến G của nó

2) Vẽ cấu trúc của F và G

Một cách tiếp cận khác đối với hợp chất X dựa trên việc sử dụng dẫn xuất H của acid pipecolinic

Người ta đã chứng minh rằng X có thể được tổng hợp bằng chuỗi phản ứng được trình bày trong Sơ

đồ 2

Sơ đồ 2

3) Vẽ cấu trúc của I và J

2) Năm 2000, Deslongchamp và các cộng sự đã công bố sơ đồ tổng hợp bất đối đầu tiên của

diterpenoid (+)-maritimol Chìa khóa trong cách tiếp cận của họ là phản ứng Diels–Alder xuyên

vòng trong chuyển hóa từ I sang J

Xác định cấu trúc của các chất chưa biết trong sơ đồ (với đầy đủ yếu tố lập thể) Biết J không chứa

4) Đề xuất sơ đồ tổng hợp chất B từ chất A qua 6 giai đoạn Các tác nhân, điều kiện phản ứng xem

như có đủ

5) Từ benzene, các chất hữu cơ mạch hở (cung cấp không quá 2 nguyên tử carbon vào phản ứng),

dung môi hữu cơ và các chất vô cơ khác, hãy đề nghị sơ đồ tổng hợp các hợp chất sau:

CÂU 5

1) Bên dưới là một phần quá trình sinh tổng hợp morphine đã được nghiên cứu trong các mô và tế

bào của cây anh túc Hãy xác định cấu trúc của các chất A – E và morphine

2) Người ta phát hiện trong thực vật hoặc các loại vi nấm, enzyme UDP-L-arabinose-4-epimerase

đảm nhận xúc tác cho cân bằng chuyển hóa UDP-D-xylose thành UDP-L-arabinose, phản ứng

được biểu diễn như hình bên dưới:

a) Đề xuất cơ chế cho phản ứng (*), biết NAD+ có vai trò không thể thiếu trong phản ứng

b) Hằng số cân bằng của phản ứng (*) được xác định như sau: Dùng hỗn hợp chứa UDP-D-xylose

và UDP-L-arabinose (tỉ lệ 65:35) được ủ ở 37oC với enzyme và dung dịch đệm Tris 0.08 M,

pH = 7.5, tổng thể tích là 30μl Tại các thời điểm xác định, trích các mẫu 5μl của hỗn hợp phản

ứng bị bất hoạt và tỉ lệ của UDP-D-xylose so với UDP-L-arabinose được trình bày trong hình

bên Phản ứng dừng lại sau 12 giờ, cho thấy trạng thái cân bằng đã được thiết lập

Thời gian (giờ) % UDP-D-xylose (%)

Tính hằng số cân bằng của phản ứng (*) Nhận xét về độ bền của 2 chất tham gia khảo sát?

c) Dựa vào cấu trúc của 2 chất trên, đề xuất một vài yếu tố ảnh hưởng đến độ bền thực nghiệm

3) Để phân lập các hợp chất thiên nhiên từ thực vật, người ta có thể sử dụng phương pháp sắc kí cột

(Column Chromatography) Từ một phân đoạn X (giả sử chỉ chứa A, B, C và D) của rễ cây me

rừng (Phyllanthus emblica Linn.), một nhà khoa học thực hiện các bước sau:

• Nhồi chặt silica gel pha thường (Normal Phase – NP) vào một cột thủy tinh có van khóa với kích thước thích hợp

• Cho hệ dung môi CHCl3 – MeOH (tỉ lệ thể tích 9 : 1) chảy qua cột thủy tinh vài lần

• Hòa tan hết X trong lượng vừa đủ hệ dung môi trên rồi đổ từ từ vào cột thủy tinh

• Sau khi hòa tan hết dung dịch của X hấp thụ hết vào silica gel, cho tiếp hệ dung môi trên chảy

chậm liên tục qua cột và hứng dung dịch chảy ra khỏi cột trong các bình tam giác được đánh

số thứ tự thì sẽ thu được với độ tinh khiết nhất định

a) Dựa vào sự tương tác giữa các hợp chất trên với silica gel NP, hãy giải thích trình tự giải li ra

khỏi cột của các chất A, B, C và D

b) Nếu thay hệ dung môi CHCl3 – MeOH ở trên bằng MeOH thì có thể tách được các chất ra khỏi

phân đoạn X được không? Giải thích

4) Từ lâu, nhiều nguyên tố được tinh chế từ quặng trong lòng đất Quặng ABC2O6 chứa ba nguyên tố

A, B và C là các nguyên tố từ nhóm chính thứ 1 (nhóm IA), 13 (nhóm IIIA) và 14 (nhóm IVA)

Bên dưới là sơ đồ các quá trình tách và tinh chế để phân lập hợp chất này thành các nguyên tố tinh

khiết Biết: Ai, Bi, Ci là các chất chứa A, B, C A6, A7, C2 và B4 là đơn chất A được sử dụng làm pin điện trong xe điện, thiết bị điện tử…, C2 là nguyên tố được tìm thấy trong đất sét, tràng thạch…,

B2 là chất rắn màu trắng không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch kiềm

a) Xác định C1 – C2, B1 – B4, D1 kèm theo phase tương ứng của chúng

b) Xác định A1 – A8 kèm theo phase tương ứng của chúng

c) Viết phương trình phản ứng kèm theo các phase cho mỗi bước I – XI

-HẾT -

*MỘT SỐ BÀI TẬP BỔ SUNG, THAY THẾ

CÂU 1

Các tinh thể ruby hay hồng ngọc có màu đỏ đậm và được biết đến như

những món đồ trang sức Bên cạnh đồ trang sức, một viên hồng ngọc

đã được sử dụng để chế tạo tia laser đầu tiên vào năm 1960 bởi

Theodore Maiman – một kỹ sư và nhà vật lý người Mỹ – được xem là

người đã phát minh ra tia laser

Màu đỏ của ruby bắt nguồn từ sự hấp thụ ánh sáng của các ion Cr3+

được kết hợp trong các tinh thể aluminium oxide (Al2O3) không màu

còn được gọi là Corundum

Maiman và tia laser vào 7 – 1960 Dưới đây là bốn phổ hấp thụ của một mẫu ruby:

1) Quang phổ hấp thụ nào trong bốn quang phổ trên là của mẫu ruby?

Trong ruby, ion Cr3+ liên kết với 6 ion oxygen

2) Vẽ giản đồ tách mức năng lượng orbital d và chỉ ra các orbital khác nhau liên kết với mỗi mức

năng lượng

Viên ruby được đặt trên một thang đo (không có từ tính) Cân nằm cân bằng với quả nặng có khối lượng bằng viên ruby

3) Điều gì sẽ xảy ra với việc đọc thang đo nếu một nam châm được đặt dưới viên ruby?

Ô mạng cơ sở của corundum đã được nghiên cứu cẩn thận Một cách để mô tả ô cơ sở của nó là cấu

trúc mạng lục giác xếp chặt (hexagonal close packed – HCP):

4) Bao nhiêu phần trăm hốc tứ diện và bát diện bị chiếm trong Al2O3 nếu vẽ dưới dạng HCP?

Khi phân tích HCP, người ta thấy tốt hơn là chia hình dạng hình học lục giác thành 3 lăng trụ hình thoi giống hệt nhau Người ta thấy Al2O3 có hai dạng bền là dạng α hoặc dạng γ Hai dạng được biểu diễn dưới dạng lăng trụ hình thoi trong đó cả hai đều có α = 90°, β = 90°, γ = 120°

α-Al2O3 (Al xanh, O đỏ) a: 4.782 Å, b: 4.782 Å, c: 12.98 Å

γ -Al2O3 (Al hồng, O đỏ) a: 5.616 Å, b: 5.616 Å, c: 7.825 Å

Để xác định bằng tinh thể từ một viên ruby, người ta đã tiến hành phân tích tinh thể được sử dụng trong tia laser của Maiman Kết quả là các mẫu nhiễu xạ bột được tạo ra bằng cách sử dụng bức xạ CuKα1

với bước sóng 1.5418 Å:

Dữ liệu từ 4 trong số các đỉnh từ giản đồ trên có các chỉ số Miller sau: 116, 113, 104 và 102 Với cấu trúc mạng lục giác, có thể sử dụng hệ thống mạng Bravais-Miller Với các hằng số mạng a, b và c, khoảng cách d giữa các mặt phẳng mạng liền kề (hkℓ) (khoảng cách d) có thể tính là:

Công thức định luật Bragg:

Với n nguyên Trong bài tập này, n = 1

5) Xác định các đỉnh thuộc bốn chỉ số

6) Xác định tinh thể Al2O3 là dạng α hay γ

7) Xác định khối lượng riêng của ɑ-Al2O3 dựa vào số liệu đã cho trong giản đồ

Ống phóng sử dụng trong laser ruby là một hình trụ có chiều dài 15.2 cm và đường kính 1.15 cm Ion

Cr3+ chiếm 0.050 % khối lượng

8) Xác định số ion Cr3+ trong ống phóng laser

CÂU 2

Quá trình HAT (hydrogen atom transfer – chuyển một nguyên tử hydrogen) từ lâu đã được xem là một phương pháp linh hoạt để chức hóa (functionalization) C–H do khả năng phản ứng và tính chọn lọc phản ứng cao Các tâm carbon gốc tự do có thể nhận hydrogen thông qua quá trình HAT 1-n (với n =

4 – 8 hoặc lớn hơn)

Năm 1997, Hart và đồng nghiệp đã quan sát oxindole 2 là sản phẩm chính trong quá trình nghiên cứu tổng hợp gelsemine, trong đó 1 đã trải qua quá trình 1,4-HAT để tạo thành 2

1) Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa 1 sang 2

Năm 2001, Zard và Cassayre đã công bố một quá trình tổng hợp (-)-dendrobine trong đó nhân pyrrolidine được cho là tạo thành thông qua quá trình đóng vòng gốc tự do trichloroacetamide tương

ứng Tuy nhiên, khi xử lý chất nền 9 bằng nickel và acid acetic với sự có mặt của diphenyl diselenide, thu được enamide 11 (C22H23Cl2NOSe) thay vì lactam vòng 10 như dự kiến

2) Vẽ cấu trúc của 11 và giải thích bằng cơ chế phản ứng

Quá trình 1,7-HAT cũng đã được phát hiện trong chuyển hóa sau

3) Xác định sản phẩm của chuyển hóa trên và đề xuất cơ chế phản ứng

Một phản ứng thông qua quá trình chuyển một nguyên tử hydrogen cũng được công bố Đề xuất cơ chế cho phản ứng này:

CÂU 3

Tác nhân Z là hợp chất hữu cơ có công thức phân tử C8H8O2 Phổ 13C NMR gợi ý rằng có 6 môi trường

13C NMR khác nhau Ngoài ra, Z phản ứng hoàn toàn với 1 đương lượng LiAlH4 và còn có thể phản

ứng với CrO3 trong H2SO4 Sản phẩm của phản ứng của Z với BBr3 có thể được phản ứng với CrO3

trong H2SO4 (nhiều hơn lượng dùng để oxid hóa trực tiếp Z đã trình bày chi tiết ở trên)

Dưới đây là sơ đồ tổng hợp một hợp chất hữu cơ thú vị có sử dụng tác nhân Z:

Vẽ cấu trúc của Z và các chất chưa biết trong sơ đồ

Biết:

- Hợp chất C có 4 nhóm thế

- (TMS)2NK là một base rất mạnh

- Chuyển hóa F sang G là quá trình đóng vòng sinh ra vòng 5 cạnh

- Chuyển hóa H sang I là phản ứng Ramberg – Backlund Ví dụ bên dưới minh họa cho phản

ứng này

- Chuyển hóa I sang J là quá trình đóng vòng

- (TMS)3SiH tương tự như Bu3SnH, nguồn hydride gốc tự do AIBN là chất khơi mào phản ứng

gốc tự do

CÂU 4

Dưới đây là sơ đồ tổng hợp Periplanone B, một pheromone giới tính cực mạnh được bài tiết từ gián

cái Mỹ thuộc loài Periplaneta Americaana, được tổng hợp lần đầu vào năm 1976

Xác định cấu tạo các chất A – I

CÂU 5

Zhang và cộng sự đã mô tả sự phân lập của bảy diterpenoid fusicoccane mới từ nấm gây bệnh thực

vật Alternaria brassicicola Một trong số chúng, (+)-Alterbrassicicene C, chứa một hệ thống vòng cầu

nối oxa bốn vòng phức tạp Bài tập này sẽ tập trung khảo sát quá trình tổng hợp phân tử này

Trước tiên, trung gian 8 được tổng hợp như sau:

Cho biết: Phổ 1H và 13C NMR của 12 như sau:

1H NMR (600 MHz, CDCl3):

9.59 (s, 1H), 4.17 (dd, J = 9.6, 6.3 Hz, 1H), 2.33 (ddd, J = 12.5, 8.2, 6.3 Hz, 1H) 2.28-2.18 (m, 2H), 2.02 (td, J = 12.3, 9.6 Hz, 1H), 1.29 (s, 3H), 1.02 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 0.91 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 0.88 (s, 9H), 0.11 (s, 3H), 0.09 (s, 3H)

13C NMR (151 MHz, CDCl3):

213.9, 198.5, 78.5, 66.9, 54.6, 32.6, 27.8, 25.8, 21.4, 19.4, 18.1, 16.2, -4.3, -4.9

Lưu ý: Một trong những tín hiệu 13 C NMR thuộc dung môi Tín hiệu 1 H của dung môi đã được loại bỏ

1) Vẽ cấu trúc của 8, 9, 11, 12, S2, S3 Dự đoán hóa học lập thể nếu cần thiết

Tiếp theo, trung gian 7 được tổng hợp theo sơ đồ:

7 và 8 sau đó được dùng đề hoàn thành tổng hợp toàn phần (+)-Alterbrassicicene C:

2) Vẽ cấu trúc của 5, 6, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26, S5, S4 Dự đoán hóa học lập thể nếu cần

thiết

3) Xử lý 5 bằng bạc trifluoroacetate (AgTFA) tạo thành một vòng mới và loại bỏ Br Vẽ cơ chế phản

ứng cho bước này

4) Một quá trình đóng vòng thú vị cũng xảy ra khi xử lý 18 với DBU Vẽ cơ chế phản ứng của bước

này

CÂU 6

Một sơ đồ mô tả cách tổng hợp polymer bằng phương pháp điện hóa được mô tả dưới đây 10 đại diện

cho một điện cực được đặt trên chất nền 15 được kết nối với liên kết phân cắt (cleavable linker) 25

Sau đó, polymer 20 được tổng hợp bằng cách thêm các monomer của 30 vào điện cực 10 trong quá trình tổng hợp từng bước Sau đó, nó được phân tách có chọn lọc để tạo ra polymer 35 trong dung dịch

40

Xét quá trình tổng hợp điện hóa của một số polymer Polymer bên dưới được tạo ra thông qua một phương pháp tương tự trên

1) Vẽ cấu trúc của A và B trong sơ đồ trên

Polymer dưới đây được tổng hợp bằng phương pháp tương tự:

2) Vẽ cấu trúc của C và D trong sơ đồ trên

Trong khi một số loại thuốc có thể được tổng hợp bằng phương pháp điện hóa, thì phương pháp phổ biến hơn là tổng hợp chúng bằng cách sử dụng amino acid Ví dụ như một phần sơ đồ tổng hợp của Sespenine, một sesquiterpenoid indole có cấu trúc bất thường, được trình bày dưới đây:

ở bài này

Một sơ đồ tổng hợp từng phần của alkaloid Palhinine A được cho bên dưới:

4) Vẽ cấu trúc của A, B và C trong sơ đồ tổng hợp từng phần Palhinine A

Một sơ đồ tổng hợp từng phần khác của alkaloid Palhinine A:

5) Vẽ cấu trúc của G, H và I

CÂU 7

1) Đề xuất và giải thích một cơ chế hợp lý cho chuyển hóa sau đây được báo cáo bởi Glorius và đồng

nghiệp (ACIE 2010, 49, 9761–9764)

2) Vào năm 2022, Arun và đồng nghiệp đã báo cáo một phản ứng sau (J Org Chem 2021, 23,

6372-6376) Xác định các chất nền ban đầu còn thiếu và đề xuất một cơ chế hợp lý

ĐÁP ÁN

ĐỀ THI THỬ HÓA HỌC HỮU CƠ

Tháng 08/2023

Thời gian: 180 phút

CÂU 1

1) Phản ứng alkyl hóa bởi tác nhân enolate của 3-methyl-2-cyclohexanone với các dẫn chất dibromide

khác nhau tạo thành các sản phẩm khác nhau được biểu diễn bên dưới Hãy giải thích sự tạo thành các sản phẩm đặc trưng cho từng trường hợp cụ thể, từ đó khái quát hóa quy luật đóng vòng tương ứng với độ dài của mạch dibromide

Cơ chế phản ứng thông qua hệ giống anion pentadienyl được biểu diễn như sau:

Phản ứng đóng vòng có thể diễn ra với nucleophile là nguyên tử oxygen hoặc nguyên tử carbon (tùy thuộc vào tính cứng/mềm và tốc độ đóng vòng tương ứng với cỡ vòng của sản phẩm)

Kết quả này cho thấy tốc độ đóng vòng 3 nhanh hơn vòng 5 do khoảng cách giữa hai nguyên tử phù hợp (thuận lợi về mặt động học)

Kết quả này cho thấy tốc độ đóng vòng 6 nhanh hơn vòng 4 do khoảng cách giữa hai nguyên tử phù hợp dù cho tương tác giữa nucleophile cứng và nucleophile mềm kém hiệu quả (thuận lợi về mặt động học)

Kết quả này cho thấy tốc độ đóng vòng 5 nhanh hơn vòng 7 do khoảng cách giữa hai nguyên tử phù hợp (thuận lợi về mặt động học)

2) Sau đây là phần đầu tiên của tổng hợp vitamin K, một trong những thuốc dùng trong cầm máu

Hãy xác định cấu trúc của A – C Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa từ A sang B

Cơ chế:

3) Cho sơ đồ chuyển hóa và phổ MS, IR, NMR của các sản phẩm 1 và 2 như sau:

Phổ Hợp chất

7.21 (2H, d, J = 8.0 Hz) 7.35 (1H, t, J = 8.0 Hz) 7.62 (2H, d, J = 8.0 Hz)

21; 47; 48; 121; 127; 130; 138; 170; 172

Chú ý: s = singlet (mũi đơn); d = doublet (mũi đôi); t = triplet (mũi ba); m = multiplet (mũi đa)

a) Dựa vào dữ kiện phổ, hãy biện luận công thức cấu tạo của 1 và 2

Phổ IR cho thấy 1 có 2 nhóm C=O Mặt khác, phổ 1H – NMR và phổ 13C – NMR cho thấy phân tử

1 có tính đối xứng, chỉ có 2 nhóm –CH3 và 2 nhóm –CH2–, có nguyên tử carbon liên kết với nguyên

tử oxygen (δC = 105 ppm) Kết hợp với sơ đồ chuyển hóa đã cho, xác định được công thức cấu tạo

của 1

Phổ IR cho thấy 2 có 2 nhóm C=O Mặt khác, phổ 1H – NMR và phổ 13C – NMR cho thấy 2 có vòng

benzene (δH = 7.21 – 7.62 ppm; δC = 121 – 138 ppm) và >CH–CH2–CH2– Kết hợp với sơ đồ chuyển

hóa đã cho, xác định được công thức cấu tạo của 2

b) Đề nghị cơ chế phản ứng tạo thành 1 và 2

4) Các cặp piperidine hydroxyl hóa dưới đây cho thấy sự khác biệt đáng kể về pKa Khác biệt này có thể giải thích là do các hiệu ứng điện tử lập thể Sử dụng thuyết FMO, giải thích sự khác nhau về tính của các piperidine dưới đây

5) Sắp xếp theo chiều giảm dần tính acid của các hợp chất sau (không cần giải thích):

a)

B > D > C > A

b)

3 > 4 > 1 > 2 > 5

6) Bromine hóa thân điện tử (electrophilic bromination) là một phản ứng phổ biến được sử dụng để

đưa bromine vào các vòng thơm, với bromine nguyên tố hoặc NBS, kết hợp chất xúc tác acid Lewis thích hợp Dưới đây là hai phân tử tương tự Cả hai đều có thể bị bromine hóa thân điện tử và cùng

một vòng thơm được bromine hóa trong cả hai phân tử Tuy nhiên, một hợp chất phản ứng nhanh hơn đáng kể so với hợp chất kia

a) Mối quan hệ về cấu trúc giữa hai phân tử là gì?

Phi đối phân (Diastereomer), không chấp nhận câu trả lời Đồng phân lập thể

b) Vòng thơm nào bị bromine hóa, vòng có hai nhóm thế hay vòng có bốn nhóm thế? Giải

thích, vẽ các cơ chế liên quan nếu cần thiết

Vòng có hai nhóm thế, do giàu e hơn

c) Phân tử nào (phải hay trái) phản ứng nhanh hơn? Giải thích, vẽ các cơ chế liên quan nếu cần

thiết

Bên phải, do có hiệu ứng nhóm kề từ OH

CÂU 2

1) Hoàn thành chuỗi tổng hợp Makaluvamine K:

2) Cho sơ đồ chuyển hóa sau Hãy vẽ cấu trúc của trung gian A, sản phẩm B – C và đề xuất cơ chế

cho chuyển hóa từ A → B và A → C

A B

C

Cơ chế

3) Hợp chất Hippolachnin A được tìm thấy trong mộc nhĩ trắng chứa dị vòng tetrahydrofuran là hợp

chất tiềm năng trong việc chữa trị các bệnh xơ hóa, viêm màng não hay suy thận cấp, Năm 2015, nhóm nghiên cứu của giáo sư Erick Carreira tại Đại học ETH Zürich (Thụy Sĩ) đã tổng hợp thành công Redhippolachnin A theo sơ đồ sau:

Vẽ công thức cấu tạo các hợp chất từ A – G (không cần xét đến các yếu tố lập thể)

4) Vào năm 2009, một đại dịch cúm lợn đã lan khắp thế giới, loại virus này có khả năng chống lại

việc tiếp xúc với các chất ức chế protein M2 thường được sử dụng như rimantadine và amantadine trong điều trị cúm thông thường Chỉ có các hợp chất ức chế enzyme neuraminidase mới có hiệu

quả chống lại bệnh cúm lợn Loại thuốc phổ biến nhất thuộc loại này là Oseltamivir (tên thương mại là Tamiflu):

Thuốc này được phát triển bởi công ty Gilead Science Inc Các nhà khoa học của công ty này đã

sử dụng (-)-shikimic acid tự nhiên làm nguyên liệu ban đầu (sơ đồ tổng hợp đơn giản hóa được cho bên dưới):

Vẽ cấu trúc của các hợp chất A – D với đầy đủ yếu tố lập thể

5) Hợp chất A là một hydrocarbon thể khí ở đktc với khối lượng riêng là 1.25 g/L Phản ứng với

oxygen có bạc làm chất xúc tác, thu được hợp chất B, hợp chất này phản ứng với 1/x đương lượng nước để tạo thành nhiều sản phẩm (x là số nguyên dương) Phản ứng với 2 đương lượng thionyl chloride tạo hợp chất D, sau đó hợp chất này phản ứng với hợp chất C theo tỷ lệ 1:1 với sự có mặt của KOH để tạo ra hợp chất E (có M = 264 g/mol và thường được sử dụng để giúp hòa tan các hợp chất dạng ion trong dung môi hữu cơ) E Phản ứng với hợp kim sodium potassium, hafnium (IV) chloride và sodium chloride, và caesium thu được F, G và H tương ứng Hợp chất H có màu xanh đen và thuận từ, phản ứng với HCl trong dung môi toluene ướt tạo ra chất lỏng ion J, có 19.957%

Cl theo khối lượng Hợp chất J phản ứng với 2 đương lượng nước để tạo ra chất rắn ion K chứa

cation [H5O2]+ Những phản ứng này được tóm tắt trong sơ đồ dưới đây

[eq = đương lượng; evaporate = làm bay hơi; wet toluene = toluene ướt]

a) Xác định khối lượng phân tử và công thức của A

b) Hãy viết công thức chung cho các sản phẩm hydrate hóa của B

Phản ứng với oxygen tạo ra một số hợp chất phản ứng với nước; quan trọng là nó phản ứng dưới

mức cân bằng hóa học Vì vậy, ta suy nghĩ đến một số phản ứng xB + H2O → C Một số ý tưởng cho B có thể là acetaldehyde, oxirane, formaldehyde, v.v Oxirane phù hợp nhất với mô tả này Công

thức chung là HO–(C2H4O)x–H

c) Vẽ cấu trúc của tất cả hợp chất trong sơ đồ Nếu là hợp chất ion, có thể vẽ riêng anion và cation

C là HO-(C2H4O)n-C2H4-OH hoặc HO-R-OH Khi đó D là Cl-R-Cl Chúng phản ứng để tạo thành

vòng tương ứng -O-R-O-R-, tức là crown ether được gợi ý trong bài (tất nhiên crown ether được sử dụng để hòa tan các hợp chất ion) Chúng ta biết được khối lượng mol là 264 = 6*44, trong đó 44 là khối lượng mol của một đơn vị C2H4O, càng khẳng định điều trên

d) Tại sao dùng KOH để tạo thành E thay vì các hydroxide kim loại kiềm khác (như NaOH)?

K+ phù hợp với crown ether hơn Na+ hoặc các kim loại kiềm khác, vì vậy nó được sử dụng để giúp tạo vòng

e) Mô tả bản chất liên kết của anion trong J Có thể sử dụng giản đồ MO

Liên kết Cl-H-Cl ba tâm hai electron Liên kết tương tự như liên kết của ion bifluoride: