a Công thức cấu tạo các chất H, I, K và L Để hình thành norcoclaurin phải có hai giai đoạn decarboxyl hóa, vì vậy enzym E1 xúc tác cho phản ứng decarboxyl hóa, E3 là enzym xúc tác cho ph[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Hướng dẫn chấm gồm 17 trang
KÌ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN OLYMPIC NĂM 2016 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC
Môn: HOÁ HỌC Ngày thi thứ hai: 25/3/2016
I Hướng dẫn chung:
1 Cán bộ chấm thi chấm đúng như đáp án – thang điểm của Bộ Giáo dục và Đào tạo
2 Nếu có câu nào, ý nào mà thí sinh có cách trả lời khác so với đáp án nhưng vẫn đúng thì vẫn cho điểm tối đa của câu, ý đó theo thang điểm
3 Cán bộ chấm thi không quy tròn điểm bài thi.
II Đáp án – thang điểm
Các chữ và ký hiệu viết tắt trong đề: mCPBA: axit m-clopebenzoic; Bn: Benzyl; Ph: Phenyl; Et: etyl;
Me: Metyl; DMF: dimetylfomamit; DMSO: dimetyl sunfoxit; t-Bu: tert-butyl; i-Pr: isopropyl; Ts: tosyl; Ac: Axetyl; LDA: liti diisopropyl amidua; Boc: tert-butoxicarbonyl; PPA: axit polyphotphoric; THF: tetrahydrofuran; Py: Pyridin; NBS: N-bromsucxinimit; DCC: N,N’-dixiclohexylcacbodiimit; PDC:
Pyridini dicromat; TMS: Trimetylsilan; DEAD: Dietyl axetylendicacboxylat; as: ánh sáng
Câu I (3,5 điểm)
1 Xác định cấu trúc của các chất A, B, C, D và E trong sơ đồ chuyển hóa terpenoit sau:
2 Đun terpenoid 3,7-dimetylocta-2,6-dienol (geraniol) với etyl vinyl ete (có xúc tác H+) thu được
andehit mạch hở F (C12H20O) Xác định công thức cấu tạo của F và đề xuất cơ chế phản ứng tạo thành F.
3 Phân tử hydrocarbon G (C8H8) chỉ gồm các liên kết đơn và chứ cacbon bậc ba tương đương nhau
Cho chất G phản ứng với H2/Pd ở điều kiện khắc nghiệt thu được chất H (C8H10) và chất I
(C8H14) Trong phân tử của I, tỉ lệ số nguyên tử cacbon bậc hai và bậc ba là 3:1 Chất G phản ứng
với CBr4/NaOH 50% thu được chất K (C8H7Br) và L (C8H6Br2) Đồng phân hóa G bằng AgClO4 thu được cunean Trong phân tử cunean chỉ chứa cacbon bậc ba và chia làm ba nhóm tương
đương nhau Xác định cấu trúc các chất G, H, I, K, L và cunean
4 Gừng gió và thanh hao hoa vàng là hai cây thuốc Việt Nam Từ gừng gió người ta tách được
Zerumbon [(2E, 6E, 10E)-2,6,9,9-tetrametylxicloundeca-2,6,10-trien-1-on] Từ thanh hao hoa
vàng người ta tách được Artemisinin Zerumbon và artemisinin là hai tecpenoit đều có hoạt tính
chống ung thư Thuốc lai X có cấu trúc chứa hai hợp phần Zerumbon và Artemisinin có hoạt tính
ưu việt hơn so với các thuốc đơn Quy trình tổng hợp thuốc lai X theo ba giai đoạn:
- Giai đoạn biến tính Artemisinin:
O dimetyl malonatCH
2 Cl2, 20 o C
piperidin
A FeCl3/Al2O3
CH2Cl2, 20 o C B
NaCl, H2O DMSO, 150oC C
1 (CH2O)n, AlMe2Cl
2 TsCl, Py
3 NaI, axeton
D
C14H23IO2
LDA, -78oC
1 MeMgI du
2 H 3 O+
H
H OH
O O
O O
O
NaBH 4
MeOH, 5oC M1
HO
Br
CH2Cl2, Et2O M2 (C17H27O5Br)
Trang 2- Giai đoạn biến tính Zerumbon: Zerumbon phản ứng với m-CPBA trong dung môi CH2Cl2 thu
được chất N1 Cho N1 phản ứng với NH2OH.HCl trong dung môi etanol thu được hỗn hợp
gồm chất N2 và chất N3 (là đồng phân hình học của nhau) Xử lý hỗn hợp trên với ZnCl2 trong dung môi CH3CN và môi trường khí trơ Loại bỏ dung môi, xử lý và tách sản phẩm
bằng sắc ký cột thu được hai chất N4 và N5 là đồng phân tỉ lệ 1:4 có công thức phân tử
C15H23NO2
- Giai đoạn tạo thuốc lai X: Cho N5 phản ứng với M2 (xúc tác bazơ) trong dung môi CH3CN
thu được thuốc lai X có công thức phân tử C32H49NO7
Xác định công thức cấu tạo của các chất M1, M2, N1, N4, N5 và công thức lập thể của N2 và N3.
Hướng dẫn chấm
1 Cấu trúc của các chất A, B, C, D và E trong sơ đồ:
2 Công thức của F và đề xuất cơ chế tạo thành F
3 Cấu trúc các chất G, H, I, K, L và cunean
4 Công thức cấu tạo của các chất M1, M2, N1, N4, N5 và X, công thức lập thể của N2 và N3.
CO2Me
MeO2C
CO2Me
MeO2C
I
O
H
O
O
H
F
Br
Br Br
Br
Br
O
O
O
O
OH
O O
O O
O
Br
O
O
N
O
N
O
Trang 3Câu 2 (4,0 điểm)
1 Cho phlorogluxinol (1,3,5-trihydroxibenzen) phản ứng với cloaxetonitrin (ClCH2CN) khi có mặt ZnCl2 thu được chất A (C8H8NO3Cl) Sục khí HCl vào dung dịch chứa chất A rồi đun hồi lưu thu được chất B Đun hỗn hợp gồm B, metyl iodua và K2CO3 trong DMF ỏ 80oC Chiết sản phẩm
bằng etyl axetat rồi cất loại dung môi thu được chất C Vừa khuấy vừa đun nhẹ ở 60oC trong 30
phút hỗn hợp gồm C và 3,4-dimetoxybenzandehit trong metanol có cho thêm KOH thu được chất
D (C19H18O6)
a) Xác định công thức cấu tạo các chất A, B, C, D, Đề xuất cơ chế phản ứng tạo thành A và B.
b) Xử lý D bằng H2O2 thu được chất E (C19H18O7) Khử chất E bằng H2/Pd-C thu được chất F
(C19H20O7) Xử lý chất F bằng K2CO3 thu được flavonoit G Xác định công thức cấu tạo các chất
E, F và G
2 Esomeprazole, dạng đồng phân (S) của omeprazole, được dùng để điều trị chứng viêm loét dạ dày
theo cơ chế ức chế “kênh bơm proton” H+/K+/ATPase làm giảm sự bài tiết axit dạ dày Omeprazole được tổng hợp theo sơ đồ sau:
Biết K có công thức phân tử C9H12NOCl.HCl
Độ bền của omeprazole đạt cực đại tại pH = 11 Omeprazole
rất kém bền trong môi trường axit (tại pH = 2, thời gian bán hủy của
hợp chất này là 105 giây) là do omeprazole bị proton hóa và sau đó
chuyển vị tạo thành chất hoạt động X Trong dạ dày, chất X bám
được vào các tế bào chứa “kênh bơm proton” trên thành dạ dày nhờ
phản ứng với hợp phần cystein trong protein của tế bào tạo ra cầu
disunfua Cho hằng số phân ly axit của omeprazole pKa1 = 3,98,
pKa2 = 8,70
a) Xác định công thức cấu tạo các chất H, I, K và L.
b) Xác định dạng tồn tại chính của omeprazole tại pH = 3, 7 và 11 Biết tại pH = 3 omeprazole chưa
bị chuyển hóa thành X.
c) Đề xuất cơ chế tạo thành X từ omeprazole Viết sơ đồ phản ứng của X khi gắn vào các tế bào
thành dạ dày
d) Xác định cấu trúc của esomeprazole
e) Esomeprazole thương mại được sản xuất dưới dạng muối magie MgEs2.3H2O (Es- là anion của omeprazole), có độ tan trong nước tại 25oC là 3,5.10-4(mol/L) Tính pH của dung dịch bão hòa MgEs2 và tích số tan của muối này Cho biết KW = 10-14
N O
O
O O O
O O
NH O
O
NH O O
H
C7H10N2O
EtO SK
O
I
C8H7N2OSK
K, NaOH
L
C17H19N3O2S
CF3CO3H
N NH
MeO
MeO
O
Omeprazole
N N
H N
OMe MeO
S HO
X
Trang 4Hướng dẫn chấm
1 a) Công thức cấu tạo các chất A, B, C và D.
Đề xuất cơ chế phản ứng tạo thành A và B.
b) Công thức cấu tạo các chất E, F và G.
2 a) Công thức cấu tạo các chất H, I, K và L.
b) Các dạng tồn tại chính của omeprazole
Coi omeprazole (dạng đã bị proton hóa) là axit 2 nấc dạng H2A+, ta có
Tại pH = 3,0 << pKa2, chỉ xét tới pKa1
Vậy dạng tồn tại chính là H2A+
O MeO
OMe
OMe OMe
O OH
NH
Cl
OH
O
HO
OH
2 C=N-ZnCl2
OH
N
Cl H
OH
NH Cl
A
:OH2 + H +
- H+
OH
NH2 Cl
- NH3 Cl
H+
OH
O
Cl
OH
O
B
O
MeO
OMe
OMe OMe
O O
O MeO
OMe
OMe OMe
O OH
OH
OMe OMe
O O MeO
O
OMe OMe
O OH MeO
G
OMe
OMe
MeO
NH N SK
MeO
NH2
NH2
N NH
MeO
MeO
N H
OMe
Cl Cl
3,98
1
a
K
Trang 5Tại pH = 7,0 Vậy dạng tồn tại chính là HA
Tại pH = 11,0 >> pKa1, pKa2 Vậy dạng tồn tại chính là A
-c) Đề xuất cơ chế tạo ra X từ omeprazole
Viết sơ đồ phản ứng của X khi gắn vào các tế bào thành dạ dày
d) Do trên nguyên tử lưu huỳnh của omeprazole còn một cặp electron tự do nên xuất hiện đồng phân lập thể Cấu trúc của esomeprazole như sau:
e) Tính pH của dung dịch bão hòa MgEs2 và tích số tan của muối này
MgEs2⇌ Mg2+ + 2Es- Ks = [Mg2+][Es-]2
Es- + H2O ⇌ HEs- + OH- Kb1 = 10-5,3
HEs + H2O ⇌ H2Es + OH- Kb2 = 10-10,02
H2O ⇌ H+ + OH- Kw = 10-14
Ta có:
s = [Mg2+] = 3,5.10-4M
2s = [HEs-] + [Es-] = 7.10-4M
Do Kb1 >> Kb2 >> Kw nên coi phản ứng điện ly nấc một của Es- là chủ yếu quyết định pH của dung dịch Xét cân bằng
Es- + H2O ⇌ HEs- + OH- Kb1 = 10-5,3
Co 7.10-4 0 0
[ ] 7.10-4 – x x x
1 2 6,14 2
pK pK
N NH MeO
MeO
HN NH MeO
MeO
O
pH = 3
N NH MeO
MeO
N N MeO
MeO
O
N
NH
MeO
MeO
HN NH
MeO
MeO
N NH
MeO
MeO
O
MeO
OMe
S
OH
- H +
N
MeO
OMe
S
O
H +
X
NH S N NH MeO
MeO
N NH
MeO
OMe
S
OH
H +
X
Omeprazole
N
N NH
MeO
OMe
S S
Tê bào SH
Tê bào
H N
O
S
O : N
O
2
5,3
7.10
b
x K
x
Trang 6Vậy x = 5,7.10-5M Suy ra [OH-] = 5,7.10-5M nên pH = 9,75
Ks = 3,5.10-4 (7.10-4 – 5,7.10-5)2 = 1,45.10-10
Câu III (3,0 điểm)
1 Thủy phân thevetin-B (C43H68O18, là glycosit trợ tim) với xúc tác axit thu được D-glucozơ, chất A
(C7H14O5) và chất B Chất A thuộc loại O-metyl-L-andozơ với cấu hình tuyệt đối của C3 khác với
cấu hình tuyệt đối của các nguyên tử cacbon khác A có khả năng tạo thành osazon với
phenylhydrazin Khi cho thevetin-B phản ứng với
MeI/Ag2O, sau đó thủy phân bằng enzym β-glicozidaza thì
thu được 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucozơ,
2,3,4-tri-O-metyl-D-glucozơ và chất C Thủy phân chất C với enzym
-glicozidaza thu được chất D (C8H16O5) và chất E Chất
D là dẫn xuất của chất A Chất D phản ứng với HIO4 thu
được etanal và (2S, 3S)-2,3-dimetoxybutandial.
a) Vẽ công thức Fisơ của các chất A và D.
b) Vẽ công thức Havooc (Haworth) hợp phần gluxit (glycon) của thevetin-B.
2 Stevioside được tách ra từ cỏ ngọt, có độ ngọt gấp khoảng 100 lần so với đường mía, được dùng
trong công nghiệp nước giải khát Khác với các chất tạo ngọt thiên nhiên khác, stevioside có lợi cho sức khỏe, chống sâu răng và phòng ngừa bệnh tiểu đường Stevioside không bị thủy phân bởi enzym -glicozidaza trong cơ thể người để sinh ra gluxit nên không tạo năng lượng
Khi thủy phân hoàn toàn các liên kết glycozit trong stevioside thu được D-glucozơ và một
terpenoid F chứa hai nhóm chức (đều chứa oxy) dạng X-G-Y có khối lượng phân tử 318 Thủy phân
không hoàn toàn stevioside thu được D-glucozơ và chất H (C26H40O8) Khi axetyl hóa H thu được chất I
(C36H50O13) Thủy phân không hoàn toàn stevioside trong một điều kiện khác thu được chất K
(C32H50O13) và D-glucozơ Chất K phản ứng với ancol tạo thành este Metyl hóa hoàn toàn các nhóm
hydroxi trong stevioside bằng MeI/Ag2O thu được chất L1 Thủy phân hoàn toàn các liên kết glycozit của L1 thu được hỗn hợp L2 Khử hóa L2 bằng NaBH4 thu được hỗn hợp L3 Khi axetyl hóa L3 thu
được 1,5-di-O-axetyl-2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucitol (chất M) và
1,2,5-tri-O-axetyl-3,4,6-tri-O-metyl-D-glucitol (chất N) theo tỉ lệ 2:1 (về số mol) kèm theo một dẫn xuất axetyl của terpenoit F.
a) Vẽ công thức Fisơ của các chất M và N
b) Nhóm chức nào có mặt trong terpenoid F? Biết X là nhóm chức có mặt trong H, còn Y là nhóm
chức có mặt trong K
c) Để tổng hợp terpenoid F người ta thực hiện sơ đồ chuyển hóa sau:
Xác định cấu trúc các chất X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8 và terpenoid F.
d) Xác định cấu dạng của stevioside, biết tất cả các vòng 6 cạnh đều tồn tại ở dạng ghế.
3 Thổ phục linh là một cây thuốc quý của Việt Nam được sử dụng trong các bài thuốc dân gian
nhằm cải thiện tuần hoàn não Astilbin là một hợp chất có hàm lượng cao trong rễ cây thổ phục linh Từ astilbin chuyển hóa thành ()alphitonin qua taxifolin theo sơ đồ sau:
OMe Me
O
HO
Me
Ph3P, CBr4
X1 BnOH, t-BuONa X2
C25H32O3
FeCl3
X3
C25H32O3
1 PPh3, DEAD
2 H2, Pd/C
X4
C18H26O2
1 Li, NH3
2 HCl C X5
17 H26O2
H2C=C=CH2
HO Me
O
O
1 O3
2 Me2S
3 AcOH, PPA, t o X6
C21H30O4
1 Zn, HCl
2 Ac2O C X6
21 H32O4
AcCl/MeOH
Me HO
Me
OH O
TMSCHN2 [RhCl(PPh3)3] PPh3, i-PrOH
X8
C20H32O2
1 PDC, DMF
2 NaClO2 NaH2PO4
F
C20H30O3
HO
O O Me
H
H Me H
Trang 7a) Xác định cấu trúc của taxifolin.
b) Đề nghị cơ chế để giải thích quá trình tạo thành ()alphitonin từ taxifolin
Hướng dẫn chấm
1 + Thủy phân permetylthevetin-B với enzym β-glicozidaza tạo thành
2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucozơ; 2,3,4-tri-O-metyl-D-glucozơ và hợp chất C Suy ra Thevetin-B có cấu trúc kiểu
[β-D-glucopyranoyl-(16)-β-D-glucopyranoyl-(1x)]-C (Do vị trí OH số 5 đã nằm trong vòng,
không xuất hiện 5-O-metyl).
+ A (C7H14O5): A thuộc loại O-metyl-D-andozơ với cấu hình tuyệt đối của C3 khác với cấu hình
tuyệt đối của các nguyên tử cacbon khác A có khả năng tạo osazon với phenylhydrazin suy ra
cacbon bất đối của A cuối cùng có cấu hình S Vậy nên C3 có cấu hình R Nguyên tử cacbon C2
liên kết với OH mà không liên kết với OMe
+ D (C8H16O5) là dẫn xuất của A (C7H14O5), D phản ứng với HIO4, thu được
(2S,3S)-2,3-dimetoxybutandial và etanal, nguyên tử cacbon C2 liên kết với OH Do vậy xác định được công
thức chiếu Fisơ của D và A.
+ Thủy phân C với enzym -glucozidaza thu được D và E suy ra D và E liên kết với nhau bởi
liên kết -glycozit
Công thức Fisơ của A và D Công thức Haworth hợp phần glycon
2 a) Vẽ công thức Fisơ các chất M và N
b) Nhóm chức nào có mặt trong terpenoid F?
Có MH = 480 trong khi MF = 318, chênh lệch 162 đơn vị, trong khi phân tử khối của glucozơ là
180 chứng tỏ H là sản phẩm tạo glycozit giữa glucozơ với F (kèm theo sự mất đi một phân tử H2O) Sản
phẩm axetyl hóa H chứa 5 nhóm axetyl, như vậy H có 5 nhóm -OH, trong đó 4 nhóm -OH thuộc hợp phần glucozơ Nhóm -OH còn lại thuộc hợp phần của F Vậy X là nhóm OH.
Lập luận tương tự đối với K, K được tạo thành bởi hai hợp phần glucozơ và hợp phần F Do X là nhóm OH nên Y là nhóm COOH.
c) Cấu trúc các chất X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8 và terpenoid F.
O HO
HO OH Me
O
Astilbin
O HO
OH O
OH OH
HCl/MeOH
HO
OH OH
OH
(+)Alphitonin
-t o >160 o C
CHO
CH3
CHO
CH3
O OH
O
OH OH
HO
O
OH
OH OH
O O Me
OMe OH O
CH2OAc
CH2OMe
CH2OAc
CH2OMe
Trang 8d) Cấu dạng của stevioside:
3 a) Cấu trúc của taxifolin:
b) Cơ chế giải thích quá trình tạo thành ()-alphitonin từ taxofilin
OMe Me
O
Br
Me
Me
OMe Me
Me
O
Me AcO
Me
O O
AcO
Me
OH OH
Me
HO
Me
OH
Me HO
Me
OH O
OMe Me
O
HO
Me
FeCl3
1 PPh3, DEAD
2 HCl
H2C=C=CH2 h
Me HO
Me
O
1 O3
2 Me2S
3 AcOH, PPA, t o
1 Zn, HCl
2 Ac2O
AcCl/MeOH
Me HO
Me
OH O
TMSCHN2 [RhCl(PPh3)3] PPh3, i-PrOH
1 PDC, DMF
2 NaClO2 NaH2PO4 Me
HOMe
BnO
OMe Me
HOMe HO
X7
Me O
Me
O
O O
OH
HOHO
HO O O OH
HOHO
OH
O HO
OH O
OH OH
OH Taxifolin
Trang 9Câu IV (3,0 điểm)
1 Phản ứng domino thường xảy ra êm dịu trải qua nhiều giai đoạn trung gian, thân thiện với môi
trường và có chọn lọc lập thể cao Đề xuất cơ chế phản ứng domino chuyển hóa
N,N’-dimetylbarbituric theo sơ đồ:
2 Đề xuất cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm của các phản ứng sau, biết trong các phản ứng đều hình thành trung gian xeten và đều trải qua giai đoạn chuyển vị [3.3]
3 Từ các chất hữu cơ chứa không quá 4 nguyên tử cacbon, viết sơ đồ điều
chế axit 5,5-dietylbarbituric (các chất vô cơ cần thiết và điều kiện phản
ứng có sẵn)
4 Chất lỏng ion phân cực, có nhiệt độ sôi cao được dùng làm dung môi trong
tổng hợp “xanh” các chất hữu cơ Sau phản ứng thu hồi sản phẩm bằng
cách chiết với các dung môi thông thường, xúc tác và chất lỏng ion được
tái sử dụng nhiều lần
a) Từ (S)-valin (các hóa chất khác tùy ý), viết quy trình tổng hợp chất lỏng ion A.
b) Quy trình tiên tiến (hiệu suất cao, chọn lọc lập thể và ít chất thải) tổng hợp “xanh” thuốc kháng
viêm ibuprofen (chứa nhóm -COOH và có cấu hình S) như sau:
O
HO
OH O
OH OH
OH
HO
- H2O
O HO
OH O
OH O
OH
O HO
OH O
OH O
OH
O
HO
OH O
OH OH
OH
O HO
OH O
OH OH
O
O HO
OH O
OH OH
O
(+)Alphitonin
H O H H
N N
O
Me
Me
+
CHO O
CuI
H 2 O, 60oC
N
Me O
O Me
O
N
CO2Et
2 NaHSO4
3 CDI
N NC H
O
N N
O
Me2N
O
t o
Et3N - CH2Cl2 Me2N
Me
Me NMe2 O
(S)-valin
A
H 2 /Pd, to
Ac2O/HF
2+ , Ph 3 P.HCl
Ibuprofen
C 13 H 18 O 2
N N
Et Et
H
H O
Axit 5,5-dietylbarbituric
Chất lỏng ion
Trang 10Xác định cấu trúc các chất B, C và ibuprofen.
Hướng dẫn chấm
1 Đề xuất cơ chế phản ứng domino chuyển hóa N,N’-dimetylbarbituric theo sơ đồ
2.
3 Từ các chất hữu cơ chứa không quá 4 nguyên tử cacbon, viết sơ đồ điều chế axit
5,5-dietylbarbituric (các chất vô cơ cần thiết và điều kiện phản ứng có sẵn
4 a) Viết quy trình tổng hợp chất lỏng ion A
N
N
O
Me Me
N
Me
O
O
Me
O
H CuI
N N
O
Me
O
N
Me O
O Me
O HO
Me O
O Me
O
N
CO2Et
NC
1 LiOH
2 NaHSO4 N
CO2H
N
O
N N
N
NC
H O N N
N N H
N N H H
N
C
NC
O
H
CN O
NC O
H
a)
Me H
Cl
:NEt3
Me
Me2N
Me2N
O Me
Me2N
Me2N
O Me
O Me
Me [3,3]
Me
Me2N
O Me [3,3]
Me
Me2N
O
Me
Me
Me
Me2N
O
NMe2 O
b)
COOH
COOH EtOH, H2SO4, to
COOEt
COOEt EtONa, EtI COOEt (NH2)2CO, to
Et Et COOEt
N N
O H
Et Et
H Axit 5,5-dietylbarbituric