Đề thi thử chọ học sinh giỏi quốc gia môn hóa hữu cơ năm 2024

1. Một trong những phương án tổng hợp Vitamin C từ glucozơ được tiến hành như sau: a) Vitamin C có bao nhiêu nguyên tử C, giải thích tại sao vitamin C lại có tính axit ? b) Xác định cấu trúc các chất (A), (B), (C), (D), (E), (F) trong sơ đồ trên

ĐỀ THAM KHẢO SỐ 1 KỲ THI CHỌ HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NĂM HỌC 2023-2024 MÔN HÓA HỌC THỜI GIAN 180 PHÚT

Câu I (3,0 điểm) Cho các hợp chất sau

Cho các giá trị pKa (không theo thứ tự) là 7,15; 7,97; 10,09; 8,25; 10,00; 10,26

1 Hãy sắp xếp các pKa với chất thích hợp theo chiều tăng dần và giải thích Biết rằng(D) có tính axit mạnh hơn (C)

2 Giải thích sự khác nhau về kết quả hai phản ứng sau đây:

- Giải thích: (so sánh với phenol-A)

o D và F đều có hiệu ứng liên hợp âm của nhóm –CN và nhóm –NO2 (hiệu ứng–C của –NO2 > -CN) do đó làm tăng tính axit

o C có hiệu ứng +I của hai nhóm CH3- tuy nhiên hiệu ứng –I của nhóm NO2chiếm ưu thế hơn (không có hiệu ứng liên hợp do hiệu ứng không gian, hainhóm CH3- án ngữ không gian làm nhóm –NO2 nằm vuông góc với mặtphẳng π, không tạo ra hệ liên hợp

B và E đều có nhóm CH3- có hiệu ứng +I do đó làm giảm tính axit Tuy nhiên, E cónhóm CH3- nằm ở vị trí para còn có hiệu ứng +H làm tăng mật độ e nhiều hơn cho

vòng benzen

2 Sự tách theo E2 chỉ xảy ra khi hai liên kết cần tách đều nằm ở vị trí 1,2- trans diaxial.

Cấu dạng bền hơn không thể thỏa mãn điều kiện này nên buộc phải chuyển sang cấudạng ít bền hơn Sự tách xảy ra trong trường hợp này chỉ xảy ra ở một vị trí duy nhất,dẫn đến sự tạo thành duy nhất một sản phẩm

Cl

Cl

Với este xanthate sự tách xảy ra là tách cis, nên chỉ cần có H ở vị trí cis với nhóm đi ra

sẽ có sự tách loại Trong đó cấu dạng bền hơn sẽ cho sản phẩm chính

100 oC H

SCH3S

CH2OH OH

HO

H OHHOH2C

2CH3COCH3Xúc tác axit (B) NaOCl

HO

Vitamin C

(axit ascorbic)

a) Vitamin C có bao nhiêu nguyên tử C*, giải thích tại sao vitamin C lại có tính axit ?

b) Xác định cấu trúc các chất (A), (B), (C), (D), (E), (F) trong sơ đồ trên

2 Pyrodoxin (Vitamin B6) được tổng hợp dưới đây Hãy xác định các chất còn thiếu

Vitamin C có tính axit vì khi phân li ra H+ thì anion bazơ liên hợp có tính ổn địnhcao do điện tích âm được giải tỏa tốt:

1 O

O

CH2OH H

O

CH2OH H

pK = 4,1

b) Cấu trúc các chất trong sơ đồ

H2xúc tác

OEt CN

H3C O

POCl3

N

OEt CN

1) Meso-C4H8D2 từ trans-but-2-ene và các tác nhân cần thiết khác.

2) Meso-hexanediol-3,4 từ acetylene, ethyl bromide và các tác nhân cần thiết khác.

Biểu diễn công thức phối cảnh và công thức chiếu Fischer của các sản phẩm (đặt mạchcacbon nằm thẳng đứng) Kí hiệu các tâm bất đối xứng trong sản phẩm theo quy ước R,S.

1

2

Câu IV (2 điểm)

Hãy cho biết các công thức cấu tạo của các chất ứng với các chữ cái trong sơ đồ

F Cl 3-chloro-4-fluoroaniline

N quinazoline

Người ta có thể tổng hợp Gefitinib (điều trị bệnh ung thư phổi không tế bào nhỏ di căn) từacid 4,5-dimethoxyanthranilic theo các bước sau: Đun nóng hỗn hợp acid 4,5-dimethoxyanthranilic và fomamid đến 190 oC tạo dẫn xuất của quinazoline B1 có công thức

phân tử C10H10N2O3 Đun hồi lưu hợp chất B1 với methionine có mặt MsOH thu được hợp chất B2 (C9H8O3N2) Xử lí B2 với Ac2O trong pyridine sau đó với thionyl chlorine thu được hợp chất

B3 Đun hồi lưu B3 với 3-chloro-4-fluoroaniline trong dung môi isopropanol thu được hợp chất B4 Thủy phân B4 với dung dịch ammonium hydroxide trong methanol, sau đó cho phản ứng

với 4-(3-chloropropyl)morpholine trong DMF, xúc tác K2CO3 thu được Gefitinib(C22H24ClFN4O3)

Viết công thức cấu tạo các chất B1->B4 và Gefitinib.

2 Một loài cá Hawaii được gọi là pahu hoặc cá hộp (Ostracian lentiginosus) tiết ra một

độc tố giết chết các loài cá khác trong vùng lân cận của nó Hoạt chất trong độc tố này được đặttên là pahutoxin, hình thành do sự kết hợp bất thường của những bán-lipid Quá trình tổng hợpdưới đây giúp chứng minh cấu trúc của hoạt chất này:

1 OH

-2 H 3 O +

C

Ac2O pyridine D

SOCl2E

cholin chloride pahutoxin

pyridine

B

Tín hiệu phổ IR đặc trưng của mỗi chất là: A (1725 cm-1), B (dải rộng quanh 3300 cm-1,

1735 cm-1), C (dải rộng 3300 – 2500 cm-1, 1710 cm-1), D (dải rộng 3300 – 2500 cm-1, 1725

cm-1, 1710 cm-1), E (1800 cm-1, 1735 cm-1) và pahutoxin (1735 cm-1) Xác định cấu trúc A,

C, D, E và pahutoxin

3 Rễ gừng được biết đến với nhiều dược tính và những tính chất của hương liệu Tại Ấn

Độ rất nhiều phương thuốc có sử dụng gừng như một vị thuốc trị các bệnh liên quan đến đườngruột, cảm lạnh thông thường và một số bệnh khác.Một vài hợp chất được cho là gây ra vị caycủa gừng Rất nhiều trong số đó là những dẫn xuất thế đơn giản của vòng thơm với độ dàimạch khác nhau

Một trong những đẫn xuất quan trọng nhất là Zingreon có công thức phân tử là C11H14O3.Hợp chất này không phản ứng với thuốc thử Tollens nhưng có phản ứng với FeCl3 và 2,4-dinitrophenyl hidrazin Brom hóa Zingreon bằng dung dịch brom thì thu được duy nhất một dẫnxuất monobrom

Trong phân tử Zingreon và sản phẩm khử hóa theo Clemensen đều tạo liên kết hidro phân tửyếu

a) Xác định công thức cấu tạo của Zingreon từ những dữ kiện đã cho.

b) Zingreon có thể được tổng hợp theo sơ đồ sau:

H 2 /Pd

Viết công thức cấu tạo của A.

c) Zingreon có thể chuyển hóa dễ dàng thành Gingerol có công thức phân tử là C17H26O4, cũng

là một hợp chất gây cay được tìm thấy trong rễ gừng bằng sơ đồ sau:

H3C O

O

H3C

N N

HN AcO

O

H3C

F Cl

N N

HN O

N O

O

H3C

F Cl

Câu VI (5,0 điểm)

6.1 Cho sơ đồ phản ứng sau:

6.2 Hợp chất G (C8H10O3) có tính quang hoạt và chỉ chứa vòng năm cạnh Cho G tác dụng

với m-CPBA thu được hợp chất H (C8H10O4) Đun nóng H với dung dịch NaOH loãng, dư, sau khi axit hóa thì thu được I Cho I tác dụng với dung dịch HIO4, thu được hai hợp chất J và K

đều không quang hoạt và có cùng công thức phân tử C4H6O3 Cả J và K đều tác dụng với dung

dịch NaHCO3 giải phóng CO2, nhưng chỉ J tác dụng được với thuốc thử Tollens Cho K tác

dụng với I2/NaOH, axit hóa sản phẩm tạo thành rồi đun nóng thu được CH3COOH Hãy xác

định công thức cấu tạo có thể có của các chất từ G đến K.

6.3 Viết cơ chế các phản ứng sau

a)

OMs

COOH

O O

O COOH

1.C2H5ONa, C2H5OH 2.H + /H 2 O

1.LiAlH42.H2O

J

O OH C

H3O

K

I bị phân cắt bởi HIO4 tạo thành J và K, do đó I có thể là:

O OH O

O

O H

O OH O

H có 4 nguyên tử oxi, sau khi bị thủy phân thì tạo thành I, do đó, H có nhóm chức este:

O O O

CH3O

O O

O O

CH3

O O

O O

G

6.3 a.

b.

ĐỀ THAM KHẢO SỐ 2 KỲ THI CHỌ HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NĂM HỌC 2023-2024 MÔN HÓA HỌC THỜI GIAN 180 PHÚT

a) Giải thích giá trị pKa tăng dần

b) Cho biết chất nào có tính base mạnh nhất trong số các chất sau đây Giải thích

1 a) Trong metanol- dung môi phân cực, các chất tồn tại ở các dạng momen lưỡng

cực lớn nhất hay liên kết hidro liên phân tử

a) Trong octan- dung môi không phân cực, các chất tồn tại ở các dạng momen

lưỡng cực nhỏ tránh lực nội phân tử hay tạo liên kết hidro nội phân tử

2 a) Tất cả các axit cacbon này cho anion mà đt (-) chủ yếu trên oxi Điện tích (-) đều

được giải tỏa trên cả 2 nhóm cacbonyl A1 có lực axit mạnh nhất trong nhóm này vì làdạng cacbonyl đơn giản, xeton có nhóm CH3 tạo hiệu ứng siêu liên hợp đẩy vào làmgiảm hiệu quả giải tỏa đt (-), este giải tỏa kém nhất do sự cạnh tranh của nguyên tử Otrong nhóm este

b) Hợp chất có tính base mạnh nhất là N,N-dimethyl-2,6-dimethylaniline Ở đâytương tác +C giữa cặp e của N với vòng benzene nhỏ nhất do tương tác đẩy giữa hainhóm phenyl với nhóm - NMe2 khiến cho khả năng xen phủ của cặp electron trên Nvới các orbital π của vòng thơm trở nên kém hơn hẳn so với ba chất còn lại

Câu II (3,0 điểm)

1 Tiến hành phân cắt một monosaccarit X bằng HIO4 thu được hỗn hợp gồm

malondiandehit, fomandehit và axit formic theo tỉ lệ 1:1 X tham gia vào quá trình chuyển hóa

b Viết 4 công thức cấu tạo có thể có của E Biết E tồn tại ở dạng vòng sáu cạnh.

2 Chuỗi phản ứng dưới đây biểu diễn một phương pháp đơn giản để tổng hợp ribose, H, được D C C Smith công bố năm 1955:

H3C

[H]

D-Glucose

Xác định cấu trúc F và G Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa G thành H.

Hướng dẫn chấm

1 a. Từ sản phẩm cắt mạch X suy ra cấu trúc mạch hở của A sẽ là

HOC-CH2-CHOH-CHOH-CH2OH và như vậy cấu trúc mạch vòng của X và của cácchất A, B, C, D sẽ như sau

b Bốn công thức cấu tạo có thể có của E:

N N NH

O H

OH OH

NH N NH

O H

OH

OH

NH N NH

O H

OH OH

NH N NH

O H

OH

OH

2

Câu III (4,0 điểm)

1 Đề xuất cơ chế hình thành sản phẩm cho mỗi quá trình sau:

K 0,45 0,79 1,0 2,3 > 100

3 Hợp chất A được tìm thấy như là chất chống phân bào, có khả năng ức chế hoạt động của ba

dòng tế bào ung thư vú Hãy lập sơ đồ tổng hợp A từ các chất cho dưới

đây:

CHO O

4 Pentazocine là thuốc giảm đau, nó là một chất chủ vận ở các thụ thể

opioid kappa và sigma Từ các chất cho dưới đây, hãy lập sơ đồ tổng hợp

pentazocine

N

Me Me MeI

MeO

Br Br

Me Me

N

MeO OMe OMe

O O

Pentazocine

N Me

N Me CHO

1d

+ H N

H

NH 2

N H

NH Ph

O Ph

N H

NH2OH Ph

- HH

N H

NH Ph

- H

N

NH Ph

2 Giải thích

O

Me C

or

Stetter reaction

O O

NH 2

MeO OMeOMep-TSA, EtOH

N

MeO OMe OMe Ph

Cl

Cl O

O

Et3N, DCM

N

MeO OMe OMe

O O Ph

Cl

N

MeO OMe OMe

O O

Ph

Et 3 N, DMAP

4 Tổng hợp Pentazocine

Me

Me MeI

N

Me Me

Me

MeO

MgBr N

Me Me

Me

OMe H2/Pd

N

Me Me

Me

OMe

N Me Me

Me HBr

N Me Me

Me

1 BrCN

2 H +

NH Me Me Br

Me Me

Me

Me Me MeO

Pentazocine

Câu 4.(3 điểm)

Hợp chất A (C7H12) chứa vòng năm cạnh Cho A phản ứng với O3 sau đó xử lý hỗn hợpphản ứng bằng Me2S tạo thành aldehyde B (C7H12O2) A phản ứng với dung dịch KMnO4 trongkiềm lạnh tạo thành C (C7H14O2) không quang hoạt C phản ứng với COCl2/pyridine cho hợpchất D (C8H12O2) Mặt khác, khi oxi hoá C bằng dung dịch KMnO4, đun nóng thì thu được E(C7H12O4) Clo hoá E thu được hỗn hợp chỉ gồm 3 đồng phân F, G, H (C7H11ClO4) trong đó G

và H là đối quang, còn F không quang hoạt Nếu đem A phản ứng với RCO3H thu được I và Jđối quang, có cùng công thức phân tử C7H14O2 và là đồng phân lập thể không đối quang của C.Xác định công thức lập thể các chất

O

H H

CH2Cl C

H3

F.

CH2Cl C

H3

Cl H

3

Cl H

H.

OH H

CH3C

H3

H O

H

J

Câu VI (4,0 điểm)

1 Loài cá nắp hòm Ostracian lentiginous tiết ra chất độc có khả năng giết chết các loài

cá khác Chất độc đó có tên là pahutoxin, được tạo thành theo sơ đồ sau:

EtOH O

O

- Viết đúng mỗi giai đoạn 0,2đ.

b

OH H

HO

H

OH2

-H2O -H +

AN

O O H

HO

H

c

Hãy xác định công thức cấu tạo của pahutoxin và các chất từ A đến E trong sơ đồ tổng hợp trên?

2 Alanin được tổng hợp theo sơ đồ sau đây Hãy xác định cấu trúc các chất chưa biết ?

3 Khuấy đều một hỗn hợp gồm đietyl malonat (CH2(CO2Et)2) và 1,2-đibromoetan trongdung dịch NaOH 50% (có trietylbenzylamoni clorua làm xúc tác chuyển pha) ở 25 oC rồi trung

hòa bằng dung dịch HCl đặc thì thu được hợp chất A (C5H6O4) Khi có xúc tác H2SO4 đặc, A phản ứng với prop-1-en-2-yl acetate tạo thành hợp chất B (C8H10O4) Ở nhiệt độ thường, B tác dụng với anilin tạo thành hợp chất C (C11H11NO3)

Khi dùng EtONa/EtOH và tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thường, đietyl malonat và

1,2-đibromoetan tạo thành dẫn xuất D (C9H14O4) của A Đun nóng D với đietyl malonat có

EtONa/EtOH ở 100 oC trong 8 h thu được hợp chất E (C16H26O8)

a) Hãy xác định công thức cấu tạo các hợp chất từ A đến E.

NH Ph

ĐỀ THAM KHẢO SỐ 3 KỲ THI CHỌ HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NĂM HỌC 2023-2024 MÔN HÓA HỌC THỜI GIAN 180 PHÚT

b) Độ bền của các ion sau:

2 Cho biết cấu dạng nào ưu đãi hơn trong mỗi trường hợp dưới đây? Giải thích.

a)

NH2F

OH

H

OH H

Câu Nội dung

1 a) Sự khác nhau về momen lưỡng cực: do Oxi còn có cặp electron thứ hai định

hướng ngược chiều, còn Nitơ không có

H 0,7D 1,8D

b)

(1) (2) (3)

Độ bền của các cation trên theo thứ tự giảm dần: (1) > (3) > (2)

Giải thích: Điện tích (+) càng được giải tỏa thì hệ ion đó càng bền

(1) là một hệ thơm, (3) là hệ liên hợp và (2) là hệ phản thơm nên khả năng giải tỏađiện tích theo thứ tự tương ứng giảm dần => độ bền của ion giảm dần

H

OH H

d)

Câu II ( 4 điểm) So sánh và giải thích moment lưỡng cực của các hợp chất sau

2) (iv) phân cực hơn (iii) vì

3) (v) cao hơn (vi) do (v) có sự phân tán điện tử tốt hơn

4) (viii) hơn (vii) vì

Câu III (3 điểm)

1 Từ 1-(3,4-dimethoxyphenyl)ethanone và các chất vô cơ cần thiết, viết sơ đồ phản ứng tổng hợp acid 2-amino-2-(3,4-dimethoxyphenyl)propanoic ở dạng hỗn hợp racemic C.

2 Vì sao khó tách ra được hai đồng phân tinh khiết quang học từ C bằng phương pháp

kết tinh?

3 Để thu được hai đồng phân tinh khiết quang học, xử lý hỗn hợp racemic C với Ac2O

dư rồi lấy sản phẩm cho tác dụng với natri (1S,2S,5R)-5-isopropyl-2-methylcyclohexanolate.

Sau phản ứng, làm bay hơi bớt dung môi, thu được đồng phân C1 kết tinh Xử lý nước lọc, thu được đồng phân C2 Khi thủy phân hai đồng phân C1 và C2 trong điều kiện thích hợp, thu được

hai đồng phân tinh khiết quang học tương ứng của acid dimethoxyphenyl)propanoic

2-amino-2-(3,4-Vẽ cấu trúc của C1 và C2 Giải thích tại sao tách C1 khỏi C2 dễ dàng hơn so với tách hai đối quang từ hỗn hợp racemic C?

2) Vì sao khó tách ra được hai đồng phân tinh khiết quang học từ C bằng phương pháp kết tinh?

Hai đối quang tinh khiết có hầu hết các tính chất vật lý như độ tan, khối lượng riêng, nhiệt độnóng chảy, giống nhau nên khó tách khỏi nhau trong quá trình tinh chế thông thường

3) Vẽ cấu trúc của C1 và C2 Giải thích tại sao tách C1 khỏi C2 dễ dàng hơn so với tách hai đối quang từ hỗn hợp racemic C?

C1 và C2 là 2 đồng phân dia (diastereoisomer) của nhau, có các tính chất vật lý khác nhau nên

dễ dàng tách khỏi nhau khi kết tinh

Câu IV (3 điểm) Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau

- G chỉ chứa một loại proton trong phân tử; H là hợp chất thơm.

- Mỗi phân tử H và L chỉ chứa hai loại proton với tỉ lệ 3:1.

Thực hiện chuyển hóa để xác định cấu tạo các chất chưa biết

Đáp án

1

2

Câu V (3 điểm)

Dodecapeptit A được tạo ra từ các aminoaxit chứa vòng thơm và iminoaxit (aminoaxit có nhóm amino chứa nitơ bậc hai) Thủy phân không hoàn toàn A thu được ba tetrapeptit là B, C

và D; trong đó B và C có khối lượng mol bằng nhau và lớn hơn khối lượng mol của D 14 g/mol.

Sử dụng phương pháp Edman để xác định “đầu N” của B, C, D thấy chúng đều phản ứng và đều tạo ra phenylthiohydantoin có khối lượng mol là 298 g/mol Phần peptit còn lại của B, C, D

không tiếp tục bị thoái phân nếu tiếp tục sử dụng phương pháp Edman

Cắt mạch peptit bằng chymotrypsin thì B và D cho 3 mảnh còn C chỉ cho 2 mảnh Phân

tích một mảnh bất kỳ trong số các phân mảnh trên cho thấy khối lượng mol của nó là 262 g/mol

Khi thủy phân hoàn toàn A bằng axit vô cơ chỉ thu được 4 loại aminoaxit khác nhau, trong

đó có aminoaxit E không có trong tự nhiên Dẫn xuất của E là G được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Aminoaxit không có trong tự nhiên được tổng hợp theo sơ đồ sau:

O R Phenylthiohidantoin

+ Peptit - NH 2

Từ khối lượng mol của phenylthiohidantoin là 298 g/mol

298 – 135 (isothioxianat) + 18 (H2O) = 181

B, C, D đều có “đầu N” là Tyr.

Tyr: p-HO-C6H4-CH2-CH(NH2)-COOH

Phần peptit còn lại của B, C, D không tiếp tục bị thoái phân nếu tiếp tục sử dụng phương pháp Edman, do vậy aminoaxit thứ hai (tính từ “đầu N”) của B, C, D đều là Pro do Pro là iminoaxit không có phản ứng Edman Do vậy B, C, D đều có cấu trúc Tyr – Pro.

Trong hỗn hợp sản phẩm cắt mạch B, C, D bằng chymotrypsin có mảnh 262 g/mol chắc

chắn có mảnh Pro – H (do chymotrypsin không cắt liên kết “đầu C của Pro vì Pro không

chứa nhân thơm) Do vậy H là Phe C6H5-C(NH2)(CH3)-COOH

H = 262 – 115 + 18 = 165

Khối lượng phân tử của B, C bằng nhau và đều hơn D 14 g/mol ứng với 1 nhóm CH2,

tương ứng với độ chênh khối lượng mol của E so với Phe Do vậy D có hai nhóm Phe, B và

C có một nhóm Phe và một nhóm E trong phân tử.

Do cắt mạch bằng chymotrypsin thì B và D cho 3 mảnh còn C chỉ cho 2 mảnh (do E không

có trong tự nhiên nên không bị chymotrypsin phân cắt liên kết peptit về phía ”đầu C” của

E) nên B, C, D có cấu trúc là:

B: Tyr – Pro – Phe – E C: Tyr – Pro – E – Phe

D: Tyr – Pro – Phe – Phe

Do A không phản ứng với enzym aminopeptidaza và enzym cacboxipeptidaza nên A là

dodecapeptit mạch vòng và có cấu tạo như sau:

Tyr - Pro - Phe - E - Tyr - Pro - E - Phe - Tyr - Pro - Phe - Phe

hỗn hợp B 3 và 2,5-dimethoxytetrahydrofuran có mặt xúc tác axit axetic cho sản phẩm B 4

(C12H10FNO) Xử lý hợp chất B 4 với Cu(SCN)2 thu được B 5 (C13H9FN2OS) Đun nóng B 5 với

MeONa trong dung môi DMF tạo thành hợp chất B