Tóm tắt lý thuyết bồi dưỡng HSG Hóa Hữu Cơ

Từ hợp chất cacbonyl - Cho anđehit hoặc xeton phản ứng với hợp chất ylide hợp chất cơ – photpho có mặt các bazơ - Hóa học lập thể của phản ứng Wittig: + Với ylide bền sẽ tạo ra anken có

06 - Polien.doc

07 - Ankin.doc

08 - Hiđrocacbon Thơm.doc

09 - Dẫn Xuất Halogen & Hợp Chất Cơ - Kim.doc

10 - Ancol & Phenol & Ete.doc

11 - Anđehit & Xeton.doc

12 - Axit Cacboxylic & Dẫn Xuất.doc

- HX tấn công theo kiểu anti

- Thường xảy ra sự chuyển vị:

- Xảy ra theo quy tắc Markovnikov

Markovnikov (còn được gọi là quy tắc Kharasch):

c Phản ứng với hiđro hóa

- Xảy ra trái quy tắc Markovnikov

- B2H6 tấn công theo kiểu syn

e Phản ứng oxymercuration – demercuration

- Hạn chế sự chuyển vị như khi hiđrat hóa bằng xúc tác axit

- Đi qua trung gian epoxit:

- Vòng epoxit dễ bị phá vỡ trong môi trường axit hoặc bazơ:

3 Phản ứng thế

4 Phản ứng oxi hóa ở vị trí anllyl

- Nếu bazơ cồng kềnh thì sẽ tạo sản phẩm trái với quy tắc Zaitsev (còn gọi là quy tắc Hofmann):

b Dẫn xuất vic-đihalogen

- Dùng các tác nhân phản ứng Mg hoặc Zn:

3 Từ hợp chất cacbonyl

- Cho anđehit hoặc xeton phản ứng với hợp chất ylide (hợp chất cơ – photpho) có mặt các bazơ

- Hóa học lập thể của phản ứng Wittig:

+ Với ylide bền sẽ tạo ra anken có cấu hình (E):

+ Với ylide không bền sẽ tạo ra anken có cấu hình (Z):

d Phản ứng epoxit hóa:

- Các peroxit sẽ ưu tiên tấn công vào nối đôi có nhiều nhóm thế hơn:

2 Phản ứng Diels – Alder

a Cơ chế phản ứng

- Phản ứng Diels – Alder thuộc loại phản ứng cộng – đóng vòng [4 + 2] (là một trong các phản ứng

pericyclic) xảy ra giữa một đien liên hợp (đien) và một anken hoặc ankin (đienophin)

- Đien phải ở dạng s-cis (hai nối đôi nằm cùng phía so với nối đơn)

- Đien gắn thêm các nhóm đẩy electron và đienophin gắn thêm các nhóm hút electron thì phản ứng càng dễ xảy ra:

B TERPENE & TERPENENOID

I KHÁI NIỆM

- Terpene là những hiđrocacbon được phân lập từ thiên nhên (tinh dầu thực vật)

- Công thức phân tử của terpene: (C5H8)n (với n  2)

- Terpenoid là dẫn xuất của terpene

II PHÂN LOẠI

Giá trị của n Phân loại Ví dụ

III QUY TẮC ISOPRENOID

- Khung cacbon của terpene và terpenoid được cấu tạo từ những mắt xích isopren thường nối với

nhau theo quy tắc đầu – đuôi (quy tắc isoprenoid):

Chú ý: Một số hợp chất thiên nhiên không có khung cacbon tuân theo quy tắc trên nhưng vẫn được

xem là terpene hoặc terpenoid

ankin còn lại) tương ứng:

c Phản ứng với hiđro hóa

- Tạo cis-anken:

- Tạo trans-anken:

2 Phản ứng của nguyên tử hiđro linh động

- Nguyên tử hiđro ở nối ba tương đối linh động và thể hiện tính axit khi tác dụng với các bazơ mạnh, tạo ra các tác nhân Nu mạnh:

HC CH 2NaC CH 2NaC CNa

- Trong môi trường kiềm mạnh và ở nhiệt độ cao, các ankin đầu mạch có thể bị đồng phân hóa:

o

KOH EtOH, t

CH CH C CH3 2  CH C CCH3  3

AgNO NH

3 Phản ứng đime hóa và trime hóa

o

Cu Cl , NH Cl t

- Phương pháp này dùng để tăng mạch cacbon:

EtBr

HC CH 2HC CNa HC C Me     1 2 Et C C Me

2

- Khi trong vòng có một nhóm thế thì nó sẽ định hướng vị trí thế tiếp theo:

Chú ý: Sản phẩm thế para thường nhiều hơn sản phẩm thế ortho vì hiệu ứng không gian

- Khi trong vòng benzen có hai nhóm thế thì nhóm có khả năng định hướng cao nhất (như bảng dưới đây) sẽ quyết định vị trí thế tiếp theo:

Nhóm thế Thứ tự ưu tiên Sự định hướng

3 Phản ứng khử Birch (Birch reduction)

- Khi có nhóm thế đẩy electron, phản ứng ưu tiên khử ở vị trí C2 và C5:

- Khi có nhóm thế đẩy electron, phản ứng ưu tiên khử ở vị trí C1 và C4:

4 Phản ứng oxi hóa vòng thơm

5 Phản ứng ở mạch nhánh

a Phản ứng thế

b Phản ứng oxi hóa

Chú ý: Nhóm thế phải còn H so với vòng benzen mới bị oxi hóa

II TÍNH CHẤT HÓA HỌC HIĐROCACBON THƠM CHỨA NHIỀU VÒNG BENZEN

- Antraxen và phenantren chủ yếu tham gia các phản ứng ở vị trí C9 và C10

1 Phản ứng thế (cơ chế S E )

2 Phản ứng khử

3 Phản ứng oxi hóa

a Naphtalen

- Naphtalen dễ bị oxi hóa hơn benzen (do naphtalen có năng lượng ổn định thấp hơn benzen):

- Nếu naphtalen có nhóm thế thì vòng nào được hoạt hóa hơn sẽ bị oxi hóa:

b Antraxen và phenantren

- Khi bị oxi hóa, antraxen và phenantren đều chuyển thành các hợp chất quinon Riêng phenantren

có thể bị oxi hóa thành axit cacboxylic:

III QUY TẮC HUCKEL

- Phân tử hoặc ion phải có các điều kiện sau đây để được xem là hệ thống thơm:

+ Điều kiện 1: Có chứa vòng và hệ liên hợp

+ Điều kiện 2: Mỗi nguyên tử trong vòng phải có orbital p chưa lai hóa

+ Điều kiện 3: Cấu trúc vòng phẳng (hoặc gần phẳng)

- Nếu phân tử hoặc ion không thỏa mãn một trong các điều kiện 1, 2, 3 thì sẽ là hệ thống không thơm:

- Nếu phân tử hoặc ion thỏa mãn các điều kiện 1, 2, 3 nhưng không thỏa mãn điều kiện 4 (số

Hóa học lập thể Tạo hỗn hợp raxemic Đổi cấu hình

Bậc cacbon III II > I I > II III

Tác nhân Nu Yếu: H2O, ROH, RCOOH Mạnh: I–, OH–, RCOO–, LiAlH4, N

3

Nhóm xuất TsO–  MsO– > I– > Br– > Cl– TsO–  MsO– > I– > Br– > Cl–

Dung môi Protic: ROH, H2O Aprotic: DMF, THF, DMSO, DCM

Phản ứng cạnh tranh Tách và chuyển vị Tách

Chú ý: Dẫn xuất aryl halogenua phản ứng với tác nhân Nu theo cơ chế tách – cộng:

2 Phản ứng tách (cơ chế phản ứng E)

3 Phản ứng với kim loại

- Dẫn xuất halogen phản ứng với kim loại (Mg, Li, Zn, …) tạo ra các hợp chất cơ – kim

- Hợp chất cơ – magie có vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ (tác nhân Grignard):

- Các dẫn xuất đihalogen khi phản ứng với kim loại Mg hoặc Zn sẽ tạo ra nhiều sản phẩm:

4 Phản ứng với các chất khử

II HỢP CHẤT CƠ – KIM

1 Phản ứng với hợp chất có hiđro linh động

ANCOL & PHENOL & ETE

2 2 140

2

CH N

ROH2 2  R O CH

3 MeI

Ag O

2

CH Cl Na

d Phản ứng tạo dẫn xuất halogen (–Cl, –Br)

+ Ancol bậc I: không phản ứng ở nhiệt độ thường

+ Swern oxidation:

+ Dess – Martin oxidation:

- Ancol bậc III khó bị oxi hóa trong các điều kiện êm dịu như trên Tuy nhiên trong môi trường axit (KMnO4/H2SO4, CrO3/H2SO4, K2Cr2O7/H2SO4) thì ancol bậc III có thể bị tách nước tạo ra anken và sau đó các anken này bị oxi hóa tiếp theo

- Ancol bậc I tạo ra axit cacboxylic:

2 Điều chế

a Từ anken

b Từ hợp chất cacbonyl

c Từ axit cacboxylic và dẫn xuất

a Phản ứng với Cu(OH) 2

xanh lam:

b Phản ứng tách nước

c Phản ứng oxi hóa hóa

2 Điều chế

a Từ etilen oxit

b Từ anken

- Riêng với glixerol:

của ancol Tuy nhiên, phenol có tính axit rất yếu nên không làm đổi màu quỳ tím

b Từ benzen

- Đi qua dẫn xuất halogen:

- Đi qua muối điazoni:

C ETE & EPOXIT

Chú ý: Trong trường hợp epoxit bất đối xứng:

- Nếu như trong vòng epoxit chỉ có nguyên tử cacbon bậc I và bậc II thì tác nhân Nu ưu tiên tấn

- Nếu như trong vòng epoxit có nguyên tử cacbon bậc III hoặc benzylic thì tác nhân Nu ưu tiên tấn

b Phản ứng mở vòng trong môi trường bazơ

Chú ý: Trong trường hợp epoxit bất đối xứng, tác nhân Nu ưu tiên tấn công vào cacbon có ít nhóm

2 Điều chế

ANĐEHIT & XETON

Chú ý: Các xetal được dùng để bảo vệ nhóm cacbonyl:

d Phản ứng với hợp chất cơ – kim

- Với hợp chất Grignard: Xem lại chuyên đề “Dẫn xuất halogen & Hợp chất cơ – kim”

2 Phản ứng ngưng tụ với amoniac và dẫn xuất

3 Phản ứng với hợp chất có nhóm –CH 2 – linh động

a Phản ứng ngưng tụ andol

- Giữa hai anđehit:

- Giữa hai xeton:

- Giữa anđehit và xeton:

Chú ý: Các phản ứng trên có thể xảy ra trong môi trường axit hoặc bazơ

b Phản ứng ngưng tụ giữa anđehit và dẫn xuất của axit cacboxylic

- Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel (Knoevenagel condensation):

- Phản ứng ngưng tụ Perkin (Perkin condensation):

Chú ý: Chỉ có anđehit thơm mới tham gia phản ứng ứng ngưng tụ Perkin

d Phản ứng Michael (Michael reaction)

4 Phản ứng ngưng tụ benzoin (Benzoin condensation)

5 Phản ứng khử

a Khử hợp chất cacbonyl thành ancol

Chú ý: Tác nhân NaBH4/CeCl3 chỉ khử chọn lọc xeton mà không khử anđehit (Luche reduction)

b Khử hợp chất cacbonyl thành hiđrocacbon

- Môi trường axit:

- Môi trường bazơ:

- Môi trường trung tính:

6 Phản ứng oxi hóa

a Anđehit

- Cho phản ứng đặc trưng với:

- Phản ứng với các chất oxi hóa (NaClO2/NaH2PO4, KMnO4/H2SO4, K2Cr2O7/H2SO4, CrO3/H2SO4):

[O]

tạo ra axit cacboxylic và ancol tương ứng (Cannizzaro reaction):

NaOH

NaOH

este (Tischenko reaction):

(EtO) Al

b Xeton

tạo ra hỗn hợp các axit cacboxylic:

- Phản ứng với peraxit (Baeyer – Villiger reaction):

Chú ý: Nguyên tử oxi sẽ ưu tiên chèn vào phía nguyên tử cacbon có nhiều nhóm thế hơn:

7 Phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon

a Phản ứng ankyl hóa (Nef reaction)

CH I NaNH

Chú ý: Phản ứng iođofom (xuất hiện kết tủa CHI3 màu vàng) được dùng để nhận biết các hợp chất

- Xem lại chuyên đề “Ancol & Phenol & Ete”

3 Từ muối canxi cacboxylat (Piria reaction)

AXIT CACBOXYLIC & DẪN XUẤT

A AXIT CACBOXYLIC

I TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Tính axit

- Axit cacboxylic có đầy đủ 5 tính chất cơ bản của một axit

2 Phản ứng tạo dẫn xuất của axit cacboxylic

3 Phản ứng khử

4 Phản ứng decarboxylation

+ Hunsdiecker reaction:

+ Barton decarboxylation:

5 Phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon

6 Phản ứng oxi hóa gốc hiđrocacbon

- Tác nhân H2O2 oxi hóa C:

B DẪN XUẤT CỦA AXIT CACBOXYLIC

- Khả năng phản ứng: Halogenua axit > Anhiđrit > Este > Amit

I MỘT SỐ PHẢN ỨNG CHUNG

1 Phản ứng thủy phân

2 Phản ứng hợp chất Grignard

- Xem lại chuyên đề “Dẫn xuất halogen & Hợp chất cơ – kim”

3 Phản ứng tạo este và amit

4 Phản ứng khử

II PHẢN ỨNG THOÁI PHÂN HOFMANN CỦA AMIT

III MỘT SỐ PHẢN ỨNG KHÁC CỦA ESTE

1 Phản ứng với hợp chất cơ – kẽm (Reformatsky reaction)

2 Phản ứng ngưng tụ axyloin (Acyloin condensation)

3 Phản ứng ngưng tụ Claisen (Claisen condensation)

4 Phản ứng ngưng tụ Dieckmann (Dieckmann condensation)

5 Phản ứng ngưng tụ Pechmann (Pechmann condensation)

3 Phản ứng với dẫn xuất của axit

Chú ý: Ac2O được dùng để bảo vệ nhóm –NH2 trong tổng hợp hữu cơ:

Chú ý: Amin bậc một phản ứng với CHCl3/KOH (hoặc EtONa) sẽ thu được isonitrin có mùi tanh đặc trưng và rất độc:

CHCl KOH

2 Từ các hợp chất nitrin, amit, nitro, azit

b Thoái phân Hofmann (Hofmann degradation)

b Phản ứng tạo hợp chất azo (Azo coupling)

- Azo C-coupling reaction (phản ứng với phenol hoặc amin bậc III):

- Azo N-coupling reaction (phản ứng với amin bậc một hoặc bậc II):

3 Phản ứng khử

N H EtOH

b Phản ứng chuyển vị Beckmann (Beckmann rearrangement)

HỢP CHẤT DỊ VÒNG

A HỢP CHẤT DỊ VÒNG KHÔNG THƠM

B HỢP CHẤT DỊ VÒNG THƠM

- Sử dụng phản ứng đa tác nhân

I PIROLE & FURAN & THIOPHEN

1 Phương pháp trong công nghiệp

2 Phương pháp Paal – Knorr (Paal – Knorr synthesis)

3 Phương pháp Feist – Benary (Feist – Benary synthesis)

4 Phương pháp Hantzch (Hantzch synthesis)

5 Phương pháp Knorr (Knorr synthesis)

6 Phương pháp Hinsberg (Hinsberg synthesis)

II INDOLE

1 Phương pháp Fischer (Fischer synthesis)

2 Phương pháp Japp – Klingermann (Japp – Klingermann synthesis)

3 Phương pháp Reissert (Reissert synthesis)

4 Phương pháp Bischler (Bischler synthesis)

5 Phương pháp Nenitzescu (Nenitzescu synthesis)

6 Phương pháp Bartoli (Bartoli synthesis)

7 Phương pháp Sugasawa (Sugasawa synthesis)

8 Phương pháp oxidative cyclization

III PIRIDIN

1 Phương pháp Paal – Knorr (Paal – Knorr synthesis)

2 Phương pháp Hantzsch (Hantzch synthesis)

3 Phương pháp Guareschi – Thorpe (Guareschi – Thorpe synthesis)

IV QUINOLIN

1 Phương pháp Skraup (Skraup synthesis)

2 Phương pháp Combes (Combes synthesis)

3 Phương pháp Friedlander (Friedlander synthesis)

V ISOQUINOLIN

1 Phương pháp Bischler – Napieralski (Bischler – Napieralski synthesis)

2 Phương pháp Pomeranz – Fritsch (Pomeranz – Fritsch synthesis)

3 Phương pháp Pictet – Spengler (Pictet – Spengler synthesis)

VI MỘT SỐ DỊ VÒNG THƠM KHÁC

CACBOHIĐRAT

I PHÂN LOẠI

1 Dựa vào số gốc saccarit

- Monosaccarit: glucozơ, fructozơ, …

- Đisaccarit: saccarozơ, mantozơ, …

- Polisaccarit: tinh bột, xenlulozơ, …

2 Dựa vào số cacbon

3 Dựa vào nhóm cacbonyl

Chú ý: Các anđohexozơ tồn tại chủ yếu ở dạng piranozơ

b Xetozơ

3 Cấu dạng

- Các anđohexopiranozơ có thể tồn tại ở cấu dạng C1 hoặc 1C

- Cấu dạng nào càng có nhiều liên kết ở vị trí xích đạo (e) thì càng bền

b Phản ứng khử

c Phản ứng với phenylhiđrazin

d Phản ứng với HCN (Kiliani – Fischer synthesis)

e Phản ứng thoái phân Ruff (Ruff degradation)

f Phản ứng thoái phân Wohl (Wohl degradation)

g Phản ứng thoái phân Hofmann (Hofmann degradation)

AMINO AXIT & PEPIT

A AMINO AXIT

Chú ý: Các -amino axit tự nhiên luôn có cấu hình L

I TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng axit – bazơ

- Trong dung dịch, các amino axit tồn tại chủ yếu ở dạng ion lưỡng cực:

về điện

đến ion trung hòa về điện

Ví dụ 1: Cân bằng điện li của glyxin:

+ Nếu pHI < pH thì amino axit ở dạng anion và sẽ di chuyển về cực dương (anot)

Ví dụ: Hỗn hợp X gồm axit aspactic (pHI = 2,77), glyxin (pHI = 5,97) và lysin (pHI = 9,74) Nếu tiến hành điện di hỗn hợp trên tại pH = 5,97 thì:

a Từ dẫn xuất halogen của axit cacboxylic (Hell – Volhard – Zelinski synthesis)

b Từ phtalimit (Gabriel synthesis)

c Từ anđehit

d Từ đietyl malonat

2 Một số loại amino axit khác

B PEPTIT

I XÁC ĐỊNH THỨ TỰ LIÊN KẾT TRONG PEPTIT

1 Amino axit đầu N

a Phương pháp thoái phân Edman (Edman degradation)

Tyr Glu Phe Gly Trp Lys     Tyr Glu Phe Gly Trp Lys   

- Enzyme trypsin phân cắt liên kết peptit sau Lys và Arg:

Enzyme chymotrypsin

Glu Arg Val Lys Gly    Glu Arg Val Lys Gly   

- Cyanogen bromide (BrCN) phân cắt liên kết peptit sau Met:

PHẢN ỨNG PERICYCLIC

I CYCLOADDITION REACTION

1 Phản ứng [2 + 2]

Chú ý: Một số phương pháp tổng hợp xeten:

2 Phản ứng [4 + 2] (Diels – Alder reaction)

- Xem lại chuyên đề “Polien”

3 Phản ứng [4 + 4]

3 Phản ứng [6 + 4]

4 Phản ứng [8 + 2]

4 Phản ứng [14 + 2]

II ELECTROCYCLIC REACTION

III SIGMATROPIC REARRANGEMENT

- Kí hiệu là [i,j] với i và j là vị trí mới của liên kết sigma sau khi chuyển vị

1 Phản ứng chuyển vị [1,3]