a/ 2-Đơtributan từ butan b/ 2-Đơtri-2,2-dimetylpropan c/ 14CH314CH214CH3 từ 14CH3I d/ (CH3)2CD14CH3 từ propan và 14CH3I e/ C6H6CH2Cl và C6H6CH2D từ heptan Phân tích: Học sinh cần nắm các quá trình tăng, giảm hay giữa nguyên mạch cacbon khi tổng hợp và việc đưa các nguyên tử đồng vị phóng xạ (đánh dấu) vào.
Bài giải:
a/ D
1. Br2/as 2. Mg/ete
3. D2O
b/ D
1. Br2/as 2. Mg/ete
3. D2O
c/ 14CH3I
1. Li/ete 2. CuI 3.14CH3I
14CH314CH3
1. Br2/as
14CH314CH2Br
1. Li/ete 2. CuI 3.14CH3I
14CH314CH214CH3
1. Br2/as 1. Li/ete 2. CuI 3.14CH3I
C14H3
Br 1. Br2/as
2. Mg/ete 3. D2O
C14H3 D d/
Cr2O3, to - 4H2
1. NBS 2. Mg/ete
3. D2O
D
2. NCS hay Cl2/as (1:1) Cl
e/
Bài 2. Xuất phát từ hidrocacbon mạch hở chứa không quá 5 nguyên tử C và các chất vô cơ cần thiết, hãy điều chế:
a/ Xiclopentadien b/ isopropylidenxiclopenten
c/ metylenxiclopentan d/ Pent-1-en-4-in
Bài giải:
Refominh/ Zeolit Pt, to - H2 a/
b/
O
HO
c/ O2/xt O Ph3P=CH2
d/ 1. NBS
2. Na
Bài 3. Tổng hợp các chất sau từ các chất cho trước:
a/ meso-2,3-dibrombutan từ butan b/ hex-1-en-5-in từ propan-2-ol c/ Cis-but-2-en từ Trans-but-2-en và ngược lại d/ 2-metylpentan từ propen Phân tích + Bài giải:
a/
1. Br2/as 2. KOH/EtOH
1. Br2 2. NaNH2/NH3
Na/NH3 +
Br2
meso-2,3-dibrombutan Me
H Br Me H Br
b/
OH - H2O
NBS Br 1. Br2
2. NaNH2/NH3
NBS Br
1. Li/ete
2. CuI 2
CuLi Br
c/ Việc chuyển đổi cis –Anken và Trans – anken qua hợp chất vic-dihalogen, sau đó tách HHal và hidro hóa : bằng H2/Lindlar cho cis-anken; bằng Na/NH3 cho trans anken
d/
NBS Br
+ H2/Ni Br HBr
Br
1. Li/ete
2. CuI 2
CuLi
2 CuLi
Bài 4. 1/ Từ axetilen, hãy tổng hợp:
a/ Hex-1-in b/ cis-pent-2-en c/ but-1,3-diin.
2/ Từ benzen và các chất ≤ 3 C, tổng hợp:
a) H3C CH3 b)
Phân tích + Bài giải:
1/ a/ Phân tích:
+
Tổng hợp:
Br Br Na
b/ Phân tích:
FGI Me + + Et
Tổng hợp:
Na
Me-Cl
Na
Et-Cl NaNH2
NaNH2
H2/Lindlar
c/ Phân tích:
Không
FGI Br
Br Br Br
FGI
Tổng hợp:
Br
Br Br Br
NH4Cl; Cu2Cl2 H2/Lindlar Br2 NaNH2
2/ a/ Phân tích:
C H
3
C H
3
+ O
Tổng hợp:
CuLi 2
O
O 2. H3O+
1. CH3MgBr
OH H3O+
SP
b/
H3O+
Bài 5. Từ axetilen và các chất cần thiết, hãy điều chế:
Bài giải:
Na
a/ Br b/ NaNH2 Na
Br
NaNH2
Na Br
Bài 6. (Đề thi HSGQG – 2008)
Hợp chất 2,2,4-trimetylpentan (A) được sản xuất với quy mô lớn bằng phương pháp tổng hợp xúc tác từ C4H8 (X) với C4H10 (Y). A cũng có thể được điều chế từ X theo hai bước: thứ nhất, khi có xúc tác axit vô cơ, X tạo thành Z và Q; thứ hai, hiđro hoá Q và Z.
a. Viết các phương trình phản ứng để minh họa và tên các hợp chất X, Y, Z, Q theo danh pháp IUPAC.
b. Ozon phân Z và Q sẽ tạo thành 4 hợp chất, trong đó có axeton và fomanđehit, viết cơ chế phản ứng.
Bài giải:
a/
Bước thứ nhất gồm tương tác giữa hai phân tử trong môi trường axit:
H3C C CH2
CH3 H3C C
CH3 C
H
H C CH3
CH3
CH2
H3C C CH3
C
H CH3
CH3
CH3 C
2,4,4-trimetyl-1-penten
2,4,4-trimetyl-2-penten H+
2
+ H2
+ H2
H3C C CH3
C H
H C CH3
CH3
CH2
Ni , to
H H
CH3 H3C C
CH3 C
H CH3
CH3
C CH3
H3C C CH3
C
H CH3
CH3
C
b/
Bài 7. Đi từ các hợp chất không quá 5C, điều chế hợp chất dưới đây
Bài giải:
Bài 8. (Đề thi HSGQG - Vòng 2 – 2012)
Giải Nobel hóa học năm 2005 được trao cho Y. Chauvin, R. H. Grubbs và R. Schrock do đã phát triển phương pháp "hoán vị" (metathesis method). Trong phản ứng hoán vị, dưới tác dụng của xúc tác cacben-kim loại, nửa phân tử anken này đổi chỗ cho nửa phân tử anken kia, ví dụ:
R1 R1
R2 R2
R1 R1
R2 R2
LnM=C< R1 R1
R1 R1
R2 R2
R2 R2
Hãy tổng hợp nona-2,7-đien từ những hiđrocacbon chứa không quá 5C với chỉ một phản ứng.
Bài giải:
H3CHC CHCH3 LnM=C< H3CHC CHCH2CH2CH2CH=CHCH3
Bài 9. 1/ Một trong các phương pháp được dùng nhiều nhất để tạo liên kết đôi carbon-carbon là sử dụng phản ứng tách β như sau:
Cấu trúc lập thể để phản ứng tách lưỡng phân tử (E2) xảy ra như trên đòi hỏi sự phân bố hình học dạng trans của nguyên tử β-hydrogen và nhóm rời đi (X). Trong đa số trường hợp, sản phẩm chính là olefin nhiều nhóm thế nhất (ở C=C). Tuy nhiên, trong phản ứng tách của các muối ammonium và sulphonate thì olefin ít thế nhất mới là sản phẩm chính.
2/ Xác định sản phẩm chính (A-D) trong các phản ứng sau. Xác định hóa lập thể của sản phẩm nếu có thể.
i.
ii.
iii.
iv.
Phản ứng tách nhiệt là một hướng tổng hợp khác để tạo ra alkene. Phản ứng được thực hiện đồng bộ qua một trạng thái chuyển tiếp dạng vòng. Phản ứng nhiệt phân thường được tiến hành với:
carboxylate ester, sulfoxide, xanthate, … Các phản ứng này diễn ra theo cơ chế syn, với nguyên tử hydrogen và nhóm X tách ra cùng một phía.
3/ Xác định sản phẩm chính (F-H) trong các phản ứng sau. Xác định hóa lập thể của sản phẩm nếu có thể.
i.
ii.
Các phản ứng phân mảnh, tương tự phản ứng tách β, cũng được sử dung để tổng hợp các olefin.
Dưới đây là một ví dụ:
Dưới đây là chuỗi phản ứng để điều chế một chất trung gian cho quá trình tổng hợp juvenile hormone – có chức năng điều hóa sinh lý côn trùng.
4/ Xác định các sản phẩm (I-K), chỉ rõ hóa lập thể, trong chuỗi phản ứng sau.
Một trong các hướng tổng hợp E-olefin phổ biến là sử dụng phản ứng olefin hóa Julia, đi từ các hợp chất sulfone có một nhóm rời đi tốt ở vị trí β.
Các sphingolipid là nhóm hợp chất thiên nhiên có vai trò bảo vệ bề mặt tế bào khỏi các yếu tố nguy hiểm từ môi trường. Dưới đây là sơ đồ tổng hợp tiền chất của sphingosin - chất tạo ra bộ khung của sphingolipid.
5/ Xác định các sản phẩm L-N.
Có thể cộng hợp dễ dàng các diborane vào alkene để điều chế các hợp chất borane hữu cơ dạng monoalkyl, dialkyl hoặc trialkyl. Borane hữu cơ có thể chuyển hóa thành các liên kết C-O, C-N, C- C qua phản ứng của nucleophile, theo sau đó là sự chuyển vị như trong sơ đồ sau đây:
6/ Hoàn thành chuỗi phản ứng sau bằng cách xác định các hợp chất O-Q.
7/ Viết công thức cấu tạo các chất R-T trong các phản ứng sau và xác định hóa lập thể của chúng nếu có thể.
i.
3 đương lượng ii.
Các olefin thường có tính nucleophilic (ái nhân), nhưng khi có nhóm hút electron gắn vào liên kết bội thì nó sẽ có tính electrophilic (ái điện tử). Các olefin này dễ xảy ra phản ứng thế thông qua hệ liên hợp khi có các nhóm rời đi tốt ở vị trí β.
8/ Xác định sản phẩm của phản ứng sau:
9/ Hoàn thành sơ đồ tổng hợp thuốc chống loét Tagamet sau bằng cách xác định công thức cấu tạo các chất U-W.
Phân tích + Bài giải:
1. 3-E, 5-Z-3-bromo-5-chloro-4-cyclohexylocta-3, 5-diene-7-ynal 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Bài 10. Người ta điều chế hydrocarbon C6H4 theo sơ đồ dưới đây:
Theo ghi nhận của Bergman, khi đun nóng hợp chất C6H4 trong một ống kín với dung môi hexan thì thu được benzen, còn khi đun nóng trong CCl4 thì thấy tạothành 1,4-diclobenzen.
Phân tích + Bài giải:
Dựa trên cấu trúc của các sản phẩm, C6H4 có thể xảy ra sự thơm hóa. So sánh 2 sản phẩm benzen và 1,4-diclobenzen suy ra 2 nguyên tử mới gắn với C1 và C4 � hợp chất trung gian có 2 gốc tự do.
Bài 11. (Đề thi HSGQG – 2002) Khi xiclotrime hoá 1,3-butađien với sự có mặt của chất xúc tác cơ kim, người ta đã điều chế được (Z, E, E)-1,5,9-xiclođođecatrien. Đây là một phương pháp đơn giản để điều chế hiđrocacbon vòng lớn. Khi dùng chất xúc tác thích hợp là các phức π-alyl của kim loại chuyển tiếp người ta điều chế được (E, E, E)-1,5,9-xiclođođecatrien và (Z, Z, E)-1,5,9-
xiclođođecatrien. Hãy viết công thức cấu tạo của 3 hợp chất trên.
Bài giải:
Z, E, E E, E, E Z, Z, E
Bài 12.Vào năm 2001, viện nghiên cứu hoá học hữu cơ, đại học Gottingen - Đức, đã cùng với các đồng sự tại đại học St. Petersburg (Nga) tiến hành tổng hợp lần đầu tiên một hiđrocacbon Acó cấu trúc đối xứng hình tứ diện. Sơ đồ sau trình bày một vài giai đoạn trong chuỗi tổng hợp đó:
Khi xử lí E với điazometan trong sự hiện diện của palađi axetat thì thấy tạo thành F với hiệu suất thấp, lập lại 3 lần quá trình trên có thể tăng lượng F tạo thành khoảng 80%, chất này sau đó tự chuyển hoá thành A với hiệu suất khoảng 10%. Chỉ khi tiến hành khoảng 6 lần như thế thì mới thu được lượng A với hàm lượng khoảng 92%. Hợp chất Fcũng có thể thu được với hàm lượng khoảng 9 – 30% khi cho E tác dụng với CH2I2/AlCl3. Khi tiến hành hiđro hoá A với xúc tác PtO2 thì lại thu được hợp chất G.
Hãy viết cấu trúc của các hợp chất A, C, D, E, F và G.
Phân tích:
Có những giai đoạn sau xảy ra trong chuỗi phản ứng trên:
+ Khử nhóm ester trong B để sự tạo thành carbinol RCH2CH2OH (C) + Thế nhóm OH trong C để tạo thành RCH2CH2Br (D)
+ Dehydrobrom hoá D bằng t-BuOK để tạo thành dẫn xuất vinyl RCH=CH2 (E)
+ Tạo thành carbene :CH2 (kết quả của sự phân huỷ diazomethane) và phản ưng với nhóm vinyl tạo thành dẫn xuất cyclopropyl F
Bài giải:
Bài 13.Trong nhiều năm, hiđrocacbon X đã thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà hoá học hữu cơ vì cấu trúc rất thú vị của nó. X có cấu trúc rất đối xứng tương tự benzen, và phổ đồ 1H NMR của nó chỉ chứa duy nhất một tín hiệu tại 8,8 ppm. Hợp chất này lần đầu tiên được tổng hợp vào năm 1932 bằng một chuỗi các chuyển hoá phức tạp với hiệu suất khá thấp khoảng 1%. Năm 1940, X được tổng hợp bằng một con đường đơn giản hơn từ nguyên liệu ban đầu là 7-metyl-α- tetralon (A) với hiệu suất toàn phần là 1,8%. Dưới đây là sơ đồ tổng hợp nó:
Khi xử lí xeton A với natri trong ancol thì thu được sản phẩm B1, nếu cho A tác dụng với hỗn hống natri trong ancol thì sản phẩm tạo thành là B2, còn nếu cho A phản ứng với hỗn hống kẽm trong axit clohiđric thì thu được sản phẩm B3. Phần trăm khối lượng của oxi trong B1 và B2 ít hơn trong A là 0,5%.
1) Viết các phương trình phản ứng tạo thành B1, B2 và B3. Xác định chất nào trong ba sản phẩm đó được tạo thành trong quá trình tổng hợp X?
2) Khi cho B tác dụng với axit sunfuric thì thấy tạo thành hai sản phẩm đồng phân thay vì thu được C. Hãy vẽ cấu trúc của các sản phẩm này và xác định các sản phẩm chính, phụ trong phản ứng đó.
3) Hoàn thành chuỗi chuyển hoá trên. Xác định cấu trúc các chất C, D, E và X.
Vào năm 2005, một phương pháp hiện đại để tổng hợp hợp chất X được công bố, phương pháp này dựa trên việc sử dụng các phức chất kim loại làm xúc tác, vì vậy hiệu suất toàn phần đạt được 84%.
4) Xác định cấu trúc của các hợp chất G, H và I, cho biết rằng I là một đồng phân của X.
Phân tích + Bài giải:
1/
2/ Khi xử lý 1,2-diol (pinacol) với acid mạnh sẽ xảy ra chuyển vị pinacol. Hợp chất diol ban đầu rất đối xứng. Do đó, cả hai nguyên tử oxygen đều có thể bị tấn công bở proton với xác suất như nhau.
Ngược lại, có hai con đường chuyển vị của carbocation được tạo thành. Cation 1 kém bền hơn cation 2. Kết quả là 2 là trung gian được ưu tiên trong chuyển vị. Sản phẩm chính của chuyển vị này là spiroketone 3, sản phẩm phụ là spiroketone 4.
3/ Dien C tác dụng với maleic anhydride thông qua phản ứng cộng đóng vòng [4+2]. Sản phẩm D tạo thành được thơm hoá bằng cách đun nóng với palladium trên nền carbon trong không khí. Bước cuối cùng thì khá khác thường: decarboxyl hoá bằng nhiệt là một quá trình hay gặp nhưng
dehydrocyclic hoá để tạo thành X thì khó có thể dự đoán được nếu không có những kiến thức chuyên ngành. Hiệu suất thấp của bước này cho thấy rằng sự tạo thành X không phải là một quá trình hiệu quả. Có thể có một số sản phẩm phụ được tạo ra trong phản ứng này. Từ đó có thể suy ra cấu trúc của X từ các dữ kiện: cấu trúc của E, điều kiện đề bài rằng X có sự đối xứng và có một tín hiệu duy nhất trong phổ 1H NMR.
4/
Bài 14. (Đề đề xuất Duyên hải – Hải Dương 2017)
Năm 1966, Masamune đã thực hiện một chuỗi phản ứng xuất phát từ phản ứng cộng giữa anhidrit maleic và xiclooctatetraen. Cấu trúc sản phẩm này đã được xác định chắc chắn nhưng Masamune vẫn chưa biết đặt tên nó là gì. Trong 1 lần đi uống cafe, ông nhìn thấy một giỏ trái cây trên bàn rất giống hình dạng của chất mình tổng hợp được, ông đặt tên hợp chất đó là Basketen ( xuất phát từ basket – cái giỏ). Sau đây là sơ đồ tổng hợp:
O O
O
t0 A B1. Na2CO3 C 2. HCl
Pb(OAc)4 hv
Hãy xác định cấu trúc các chất A,B,C cho sơ đồ trên.
Bài giải:
O O
t0 O
1. Na2CO3 2. HCl Pb(OAc)4
hv O
O
O
O O
O A
B HOOC
COOH
Diels - Alder
Basketen
Bài tập tự giải:
Bài 1. Từ hợp chất A duy nhất hãy điều chế B, C, D:
Đáp án: