Bài giảng Hóa hữu cơ - TS. Nguyễn Thị Thu Trâm

Bài giảng Hóa hữu cơ - TS. Nguyễn Thị Thu Trâm có nội dung trình bày về cấu tạo của hợp chất hữu cơ và đồng phân, Các hiệu ứng điện tử, cơ chế phản ứng, hydrocacbon, dẫn xuất halogen, hợp chất cơ kim,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết bài giảng!

1 Cấu tạo của hợp chất hữu cơ

11 Hợp chất dị vòng

12 Hợp chất thiên nhiên 12.1 Carbohydrat

12.2 Acid amin, peptid và protein 12.3 Lipid

12.4 Terpenoid 12.5 Acid nucleic

Tài liệu tham khảo

2

1 John McMurry, Organic chemistry, 9th edition, Cengage Learning, 2015

2 Herbert M., Howard N., Jacob S., Geogre J.H., Theory and problems of organic chemistry,

3 rd edition; McGraw-Hill, 1999

3 Jean Bruneton, Pharmacognosie Phytochimie plantes médicinales; Lavoisier, 2009

4 Lê Ngọc Thạch, Hóa học hữu cơ (các nhóm định chức chính); NXB ĐHQG TP.HCM, 2002

5 Lê Ngọc Thạch, Bài tập Hóa học hữu cơ (các nhóm định chức chính); NXB ĐHQG TP.HCM,

2013

6 Nguyễn Kim Phi Phụng, Hóa hữu cơ, Bài tập – Bài giải; NXB ĐHQG TP.HCM, 2006

7 Trần Mạnh Bình, Nguyễn Quang Đạt, Hóa học hữu cơ, tập 1; NXB Y Học, 2007

8 Trần Mạnh Bình, Nguyễn Quang Đạt, Hóa học hữu cơ, tập 2; NXB Y Học, 2007

9 Trương Thế Kỷ, Hóa hữu cơ, Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức, tập 2; NXB Y Học,

2009

10 Lê Văn Đăng, Chuyên đề một số hợp chất thiên nhiên; NXB ĐHQG TP.HCM, 2005

Gốc alkyl + halide (halogenua)

CH3CH2CH2Cl 1-chloropropan n-propyl chloride (n-propyl chlorua)

(CH3)2CH-Br 2-bromopropan iso-propyl bromide (iso-propyl bromrua)

C6H5CH2Cl chlorophenylmetan benzyl chloride (benzyl chlorua)

CH3 CH2 CH

CH3

CH Br

CH2 CH3

5 Dẫn xuất halogen

3 Tính chất vật lý (tự đọc)

Nhiệt độ sôi của R-X bậc 1 > bậc 2 > bậc 3

Chỉ tan tốt trong dung môi hữu cơ & không tan trong nước

4 Tính chất hóa học

 Đặc điểm chung C – X + 

- Khả năng phản ứng của dẫn xuất halogen được xếp thứ tự như sau:R-F << R-Cl < R-Br < R-I

 R-X hoạt động mạnh: dẫn xuất bậc 3, dẫn xuất mà C-X liên kết với

nhóm vinyl hay aryl (vì tạo carbocation bền nhất)

5 Dẫn xuất halogen

5 Hợp chất cơ kim

Hợp chất cơ kim (hcck) là những hợp chất hữu cơ có nguyên tử kim loại liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon trong gốc hydrocacbon Hcck có thể ở dạng khí, lỏng, rắn, t° nc thấp, tan trong dm ít phân cực

Quan trọng nhất là hợp chất cơ magnesi C MgBr+

3 2 C

O

CH3 CH

CH + CH3MgBr 

Phản ứng với HCHO  alcol bậc 1

Với aldehyde  alcol bậc 2

Với cetone  alcol bậc 3

Khả năng phản ứng: nitrile > cetone  chỉ khi dư Grignard  pư tiếp với cetone tạo alcol bậc 3

Khả năng phản ứng: Chlorid acid > cetone  chỉ khi dư Grignard  phản ứng tiếp với cetone tạo alcol bậc 3 (Tương tự cho phản ứng với anhydride)

CH3CH2MgBr + CH3 C

CH2CH3

OMgBr OCH3 H2O H

Khả năng phản ứng: ester < cetone  không thể tách cetone trung gian

CH3 H2O H

+

/

CH2CHCH3OH

2.7 Phản ứng ghép đôi

RMgX + R'X  R-R' + MgX2

CoCl2

1 Phân loại

1.1 Dựa vào gốc hydrocacbon: alcol béo

(no, không no, vòng) và alcol thơm

Alcol n-propylic Alcol iso-butylic Alcol sec-butylic

Alcol-Phenol-Ether

Alcol

12

6 Alcol-Phenol-Ether

3 Tính chất vật lý

Ở nhiệt độ thường, hầu hết các alcol mạch ngắn (từ 1C đến 11C),

là những chất lỏng, các alcol mạch dài hơn là những chất rắn

Các polyalcol như etilenglycol, glycerin: những chất lỏng không

màu, sánh, có vị ngọt, dễ tan trong nước

Liên kết hydrogen

Khả năng hòa tan trong nước giảm khi khối lượng phân tử tăng

Nhiệt độ sôi của alcol không phân nhánh cao hơn alcol phân

nhánh có cùng số cacbon

AlcolAlcol-Phenol-Ether

13

6 Alcol-Phenol-Ether

Alcol

15

6 Alcol-Phenol-Ether

Phenol – một trong những nguyên nhân gây

cá chết trong sự kiện Formosa

catechol resorcinol hydroquinone picric acid α-naphthol β-naphthol

Tên thông thường

1 Danh pháp

6 Alcol-Phenol-Ether

OH

- Chưng cất nhựa than đá

- Thủy phân chlorobenzene

+C của –OH với nhân thơm  O-H phân cực mạnh

 khả năng tạo liên kết H của phenol > alcol

t° sôi , t° nóng chảy, độ hòa tan trong nước > alcol

Phải dùng dẫn xuất chloride hay anhydride của carboxylic acid

C6H5-OH + (CH3CO)2O → CH3COOC6H5 + CH3COOH

C6H5-OH + CH3COCl → CH3COOC6H5 + HCl

8

CHO

Aldehyd và Ceton

- Ceton RCOR’

IUPAC Tên thông thường

1-Phenylpropan-1-on Ethyl phenyl ceton

1-Phenylpropan-2-on Benzyl methyl ceton

2-Methylpentan-3-on Ethyl isopropyl ceton

CH3 CH

CH3

C O

CH2 CH3

25

C6H5-CH=CH-CHO

CH3-CH=CH-CHO

3-Methylbutanal 3-Methyl-3-butenal Phenylacetaldehyd

? Gọi tên theo danh pháp IUPAC các aldehyd sau

? Viết cấu trúc hóa học của các aldehyd sau

? Viết cấu trúc hóa học của các ceton sau

5-Methyl-2-hexanon 3-Ethyl-2-pentanon 4-Phenyl-2-butanon

sec-Butyl ethyl ceton tert-Butyl methyl ceton Ethyl isobutyl ceton

Aldehyd và Ceton

3 Tính chất vật lý Aldehyd và Ceton

- Aldehyd, ceton là những chất lỏng hoặc rắn, trừ aldehyd formic là chất khí.

- Aldehyd formic, aldehyd acetic, aceton tan vô hạn trong nước.

- Aldehyd, ceton có nhiệt độ sôi thấp hơn alcol và acid tương ứng (do không có

khả năng tạo liên kết hidro).

- Các aldehyd thấp có mùi khó chịu Các ceton đầu dãy có mùi đặc trưng

28

Z OH

 Z: RMgX ( Cộng Grignard)

2

C O + R-MgX C OMgX H O C

R R

3 2 C

O

CH3 CH

CH + CH3MgBr 

29

CN HCl

t° C

OH COOH

CN - , H +

CH3CH2 C

CH3OH

CN HCl

to CH3CH2 C COOH

CH3OH

H

OR ROH H

+

C R OR

H OR

/

30

4.2 Phản ứng của H α Aldehyd và Ceton

C

H

C O

X

C O

4.4 Phản ứng hoàn nguyên

H OH

Acid acetic CH3COOH

(S)-Ibuprofen Acid butanoic CHgây mùi ôicủa bơ khi không bảo quản tốt3(CH2)2COOH nguyên nhân

Acid hexanoic CH3(CH2)4COOH tạo nên mùi đặc trưng của sữa dê hay mùi hôi của vớ thể thao không được vệ sinh

Acid cholic có nhiều trong mật người

8 Acid carboxylic và dẫn xuất

1.1 Danh pháp

CH3COOH Acid acetic

CH3CH2COOH Acid propionic

CH3(CH2)2COOH Acid butiric

CH3(CH2)3COOH Acid valeric

CH3(CH2)4COOH Acid caproic

Tên thông thường

CH3COOH Acid etanoic

CH3CH2COOH Acid propanoic

CH3(CH2)2COOH Acid butanoic

CH3(CH2)3COOH Acid pentanoic

CH3(CH2)4COOH Acid hexanoic

IUPAC

35

1.2 Điều chế Acid carboxylic và dẫn xuất

 Oxi hóa rượu bậc 1

Acid carboxylic và dẫn xuất

 Thủy giải nitril

H2O, HO-, t° H+ t°

R CH R' COOH

 Từ ester malonat

CH3CH2CH2Br + CN -  CH3CH2CH2CN  CH3CH2CH2COOH

H2O/H +

37

1.3 Tính chất vật lý

- Acid monocarboxylic:

1C-4C: chất lỏng linh động, hòa tan vô hạn trong nước

5C – 9C: chất lỏng sánh như dầu, hòa tan kém trong nước

10C trở lên: chất rắn, không tan trong nước, dễ tan trong alcol etylic và ether

Khi chiều dài mạch C tăng và mức độ phân nhánh của gốc R tăng lên thì độ tan

giảm nhiều

- Acid dicarboxylic:

Dạng tinh thể, dễ tan trong nước

- Acid monocarboxylic thơm:

Là những chất rắn kết tinh, dễ thăng hoa, chỉ tan trong nước nóng, dễ tan trong

alcol etylic và ether

Acid carboxylic và dẫn xuất

R

38

2R-COOH + CaO → (RCOO)2Ca + H2O

R-COOH + NaOH → RCOONa + H2O

- Tạo thành anhydric acid

Acid carboxylic và dẫn xuất

Tính chất của acid chưa no và dicarboxylic : tự đọc

40

2 Dẫn xuất của acid carboxylic Acid carboxylic và dẫn xuất

R C

O C

R

O O

R C

OR' O

R C

NH2O

2.1 Ester RCOOR’

 Phân loại

- Ester hoa quả

HCOOC2H5 etil formiat mùi rượu rum

HCOOC5H11 amyl formiat mùi mận

CH3COOC5H11 isoamyl acetat mùi chuối

C3H7COOC2H5 etil butyrat mùi dứa

- Glycerid (chất béo): là ester của acid béo cao, không nhánh với glycerin

C17H35COOH acid stearic

C15H31COOH acid palmitic + glycerin 

C17H33COOH acid oleic

C

R2

R3O

O

Acid carboxylic và dẫn xuất

- Serid (sáp): là ester của acid và alcol béo cao

C15H31COOH + C30H61OH C15H31COOC30H61 + H2O

Sáp ong

- Sterid: là ester của acid béo cao với alcol vòng như sterol

 Tính chất hóa học

- Phản ứng xà phòng hóa:

thủy phân trong môi trường base

RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

Acid carboxylic và dẫn xuất

- Phản ứng với NH 3 : tạo amid

2.2 Amid RCONH2

 Tính chất vật lý

Chỉ có formamid (HCONH2) là chất lỏng ở nhiệt

độ thường Các amid khác đều là chất rắn kết

tinh Các amid thấp có thể hòa tan được trong

nước, các amid tinh khiết đều không có mùi

Amid có tính lưỡng tính Tính acid, base đều rất yếu

Amid chỉ phản ứng với acid mạnh, tạo các muối không bền dễ bị

thủy phân

CH3-CO-NH2 + HCl → [CH3-CO-NH3] + Cl

-Muối kim loại của các amid không bền (trừ thủy ngân)

CH3-CO-NH2 + HgO → (CH3-CO-NH)2Hg + H2O

Acid carboxylic và dẫn xuất

45 Capsaicin

3 Tính chất vật lý

- Amin có thể tạo liên kết hydrogen

- Amin hòa tan trong dung môi ít phân cực như ether, alcol, benzen

- Methylamin và ethylamin là chất khí có mùi giống amoniac, các alkil

amin trung bình ở thể lỏng; alkil amin cao hơn có mùi cá

 Phản ứng thế thân điện tử trên amin thơm

 Sự halogen hóa

 Sự nitro hóa

Amin

Nguyễn Thị Thu Trâm

 Sự sulfon hóa - ứng dụng tổng hợp kháng sinh sulfamid

Sulfamid

Thuốc sulfa

 Phản ứng với acid nitro

ArNH2 + NaNO2 + HCl  Ar-N +  NCl - + NaCl + H2O

VD2: Viết cấu trúc hóa học của các hợp chất sau:

• Halogen hóa acid carboxylic

CH3 CH

Cl

CH2Cl

CH2 COOH HCl P

• Phản ứng thủy phân

Br (CH2)5 COOH

H2O, Ag2O

C O O

• Monocloroacetic MCA (ClCH2COOH)

C C Cl

H

Cl Cl

• Tricloroacetic TCA (Cl3CCOOH)

Cl3CCH(OH)2 HNO3 Cl3CCOOH

H2O

2

DCA có khả năng ức chế sự phát triển của các khối u khi nghiên cứu trên động vật và in vitro,

tuy nhiên chưa có công bố nào về khả năng điều trị ung thư của DCA tại thời điểm này

• Dicloroacetic DCA (Cl2CHCOOH)

Điều chế:

10.1 Hợp chất tạp chức- Halogenoacid

hoặc

- Làm kết tủa các đại phân tử như: protein, DNA và RNA

- Dung dịch TCA được dùng để xóa vết xăm, trị mụn cóc…

56

1 Hãy sắp xếp các chất sau theo thứ tự tính acid tăng dần

a CH3CH2COOH, FCH2COOH, BrCH2COOH

b Acid p-bromobenzoic, acid p-nitrobenzoic, acid 2,4-dinitrobenzoic

2 Đề nghị phương pháp biến đổi các hợp chất sau

a Bromobenzen thành acid benzenoic

1.2 Hợp chất tạp chức- Hydroxyacid

1.2.1 Danh pháp

• Thủy phân halogenoacid

• Phản ứng Reformatski (điều chế β-hidroxycarboxilic)

C

C CH

O HO

HC O

C O CH

C

O

R R

• Các phản ứng khác của alcolacid

- Phản ứng của chức –COOH (tính acid, tạo ester…)

- Phản ứng của chức –OH (tạo ester với dẫn xuất acid, phản

- Giúp loại bỏ vết thâm nhanh hơn, ngăn ngừa hoạt động củatyrosinase, kích thích tái tạo tế bào da

• Acid Glycolic

- Chiết xuất từ cây mía, củ cải đường

- Tinh thể không màu, không mùi, hút ẩm cao

• Acid Lactic CH3CHOHCOOH

10.2 Hợp chất tạp chức- Hydroxyacid

- Trong dược phẩm: kháng khuẩn, thuốc trị rối loạn tiêu hóa, giúp

đường ruột khỏe mạnh,…

- Trong công nghệ thực phẩm: lên men lactic làm sữa chua, phô mai…

- Trong mỹ phẩm: giữ ẩm cho da, tẩy tế bào chết…

• Acid p-hidroxybenzoic

Acid p-hidroxybenzoic R : -CH3 Nipagin

R: -nC3H7 Nipazol

64

Các bán acetal vòng là những chất trung gian để tổng hợp nhiều hợp chất

hữu cơ

O

H OH

H2Cr2O7

10.3 Hợp chất hai chức có nhóm carbonyl

VD: Hãy chỉ ra nhóm –OH bán acetal của α-D-Glucopyranose, đồng thời viết sản phẩm tạo

thành khi cho α-D-Glucopyranose tác dụng với:

a NaBH4

b CH3OH, H +

O H OH OH

H OH

CH2OH

H

H OH H

α-D-Glucopyranose

67

O CH

O OEt

O CHO

EtO

-O CHO

H+

O CHO

Cơ chế:

• Oxi hóa trực tiếp

68

Base ether

H+PhCOOEt + CH3COPh

C CH2COEt

O O

O

C

O OEt

69

• Cân bằng ceton- enol

CH C

O

C O

CH C

O

C O

CH C O

• Chuyển vị benzylic

R C O

C O

-R C C

O R' OH

O

HO

-C C O R' R

O O

C C R' O

O

O

R

C O OH C

R R' OH

H+

H+KOH

HO C

O

C OH

1 Heptanal + Bromoacetat ethyl + Zn, rồi H2O A (C11H22O3)

B + Etoxid natri, rồi Clorua benzil C

C + HO-, đun nóng; rồi H+, đun ấm D (C15H22O)

Rennes, France, 2012

Lyon, France, 2013

12.1 C arbohydrat

H OH

CH2OH H H OH H

β-D-Fructofuranose

Saccarose

Amylose

74

• Oligosacarid: do các monosacarid kết hợp lại với nhau bằng liên kết

glycosid , khi bị thủy phân cho một vài (oligo: một vài) monosacarid

Trong đó quan trọng nhất là disacarid

• Polysacarid: do hàng trăm đến hàng nghìn monosacarid kết hợp lại với nhaubằng liên kết glycosid

CH2OH

12.1.1.1 Danh pháp

• Tên gọi theo số cacbon, chức aldehyd hoặc ceton

Monosacarid có chứa chức aldedyd gọi là aldose

Monosacarid có chứa chức ceton gọi là cetose

Nếu số C trong phân tử là: 3 thì gọi là triose

• Danh pháp D/L : được sử dụng rộng rãi khi gọi tên carbohyrat

C CHO

D-Aldehyd glyceric L-Aldehyd glyceric

CH2OH O

CH2OH

H OH OH

HO H H

CH2OH O

• Danh pháp R,S : mặc dù chỉ rõ cấu hình từng cacbon thủ tính nhưng

danh pháp này ít được sử dụng khi gọi tên carbohydratee

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C

H OH

CH2OH

1 2

C OH H

1.4 Carbohydrat

77

12.1 C arbohydrat

1 2 3

4 5 6

OH

H H

1

2 3

4

5

6

O HOH OH

O H

OH OH

OH

CH2OH HO

12.1.1.2 Một số kiểu trình bày monosacarid

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C

H OH

CH2OH

CH2OH O

CH2OH

H OH OH

HO H H

O H OH OH

• Theo công thức chiếu Fischer

• Theo công thức chiếu Haworth

β-D-Fructofuranose

O OH OH

H

H OH

CH2OH

H

H OH H

β-D-Glucopyranose

1.4 Carbohydrat

79

12.1 C arbohydrat

1.4 Carbohydrat

Cách đóng vòng tạo bán acetal vòng

80

12.1 C arbohydrat

1.4 Carbohydrat

81

12.1 C arbohydrat

• Theo công thức chiếu Reeves

O H

OH OH

H OH

H HO

H

OH O

OH H

O OH OH

H

H

HO H

1

2 3

HO

HO

OH O

OH

OH

HO HO

OH

O OH

OH

O HO

HO

OH HO

Cấu trạng ưu đãi

H

H

HO H

H HO

H

OH O

OH

H a

α-D-Glucopyranose (36%) β-D-Glucopyranose (64%)

H HO

H

OH O

OH H

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

1.4 Carbohydrat 12.1 C arbohydrat

O

CH2OH

• Phản ứng của nhóm aldehyd (ceton)

CH2OH H

CH2OH H

H

H

HO H

C H HO

C OH H

C

H OH

CH2OH

Cu2O 2H2 O

Tất cả đường khử sẽ tham gia phản ứng với thuốc thử Tollens (AgNO3 trong nước

NH3), thuốc thử Fehling (CuSO4 trong tartrat natri), thuốc thử Benedict (CuSO4 trong citrat natri).

β-D-Glucose

CH2OH H

H

H

HO H

C H HO

C OH H

CH2OH (

C6H5NH2 NH3 H2O

Phenylhydrazin

3

Các osazon của các loại đường khác nhau sẽ kết tinh cho ra

tinh thể khác nhau nên có thể sử dụng dẫn xuất này để xác

định phần lớn các loại đường.

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C H HO

C OH H

O

H2N NH C6H5

C O

NH2NHC6H5

C OH

N NH

C6H5

H

H O H C

N NH

O CHOH)n

CH2OH (

88

12.1 C arbohydrat

H OH

H OH

H OH

H OH

H OH

C O

CH2OH

OH H

H OH

HO

C O

H

OH H

H OH

H OH

OH H

HO H CHO

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

H OH COOH

CaCO3

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH COO

• Phản ứng của nhóm -OH

O OH H

H H

HO HO

CH 2 OCOCH 3

O

H

H H

H

H OCOCH3

 Phản ứng tạo glycosid

Glycosid khi bị thủy phân sẽ tạo ra phần đường và phần aglycon

VD:

O O H

H

HO H

Cách gọi tên glycosid:

Tên nhóm alkil + tên đường (thay ose thành osid)

p-Hydroxyphenyl β-D-glucopyranosid

O O

H

H HO H

HO HO H

H OH

H H H

H

O H

O H

OH O

H OH

H H OH

H

O H

H

OH

3-O-b -D-Galactopyranosyl quercitin 3-O-b -D-Glucopyranosyl quercitin

2 1

3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13

14 15

16 17 18

19 20

21 22

23 24 25 26 27 28

29

O

OH OH

O

OH H HO

HO

OH

HO

OH H O

HO

H3CO

C=C

C O

O H

H HO

H

H H

H OH

O O

O H

1 4

Lên men rượu

Lên men lactic Lên men citric

Lên men butyric

Lên men aceton-butylic

1.4 Carbohydrat

93

12.1 C arbohydrat

Có thể chia disacarid ra làm 2 loại: đường khử và đường không khử

Đường khử: Maltose, cellobiose, lactose…

• Maltose hay 4-O-(α-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranosid

4-O-( α-D-Glucopyranosyl)-β-D-glucopyranosid 4-O-( α-D-Glucopyranosyl)-α-D-glucopyranosid

H OH O

H

H HO H

OH O

H OH O

H

H HO H

OH O

O H

OH H

H

H

HO H

H OH

O

CH2OH

1 4

H

CH2OH

CH2OH 1

4

H

HO H

H OH

O OH

H

H

H HO H

H OH O

OH H

94

12.1 C arbohydrat

Đường không khử: Saccarose (đường mía) C12H22O11

HO O

CH2OH

H

CH2OH H

1

2

2 3

4

1

5 6

6

5

O H

HO H

Nối α- glucosid

Nối β- fructosid

2-O- ( α-D-Glucopyranosyl)-β-D-fructofuranosid

Năng lực triền quang [α] = + 66,50

1 mol saccarose bị thủy phân cho ra 1 mol D-glucose và 1 mol D-fructose

Sự thủy phân này làm thay đổi góc quay cực ban đầu của saccarose, từ (+) chuyển thành (-) Hiện tượng này gọi là sự nghịch quay

1 Trình bày công thức Haworth và cấu trạng ưu đãi của các đường có tên gọi như sau

a 6-(O-β-D-Galactopyranosyl)-D-galactopyranosid

b 4-(O-α-D-Mannopyranosyl)-β-D-fructofuranosid

c α-D-Galactopyranosyl (16)-β-D-glucopyranosyl (1 2)-β-D-fructofuranosid

d α-D-Glucopyranosyl (16)-α-D-glucopyranosyl (1 2)-β-D-fructofuranosid

2 Gọi tên các đường theo danh pháp IUPAC

O HO

OH

O

OH OH

OH HO

OH

O HO

HO

OH

O O

OH

HO

O O

OH HO

1.4 Carbohydrat

96

12.1 C arbohydrat