ĐỀ TÀI HỢP CHẤT CACBOHIDRAT CÓ CẤU TRÚC PHỨC TẠP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI (2015)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ….….

LUẬN ÁN THẠC SỸ HÓA HỌC

TÊN ĐỀ TÀI: HỢP CHẤT CACBOHIDRAT CÓ CẤU TRÚC PHỨC TẠP

Người thực hiện:.....................................................................

Người hướng dẫn khoa học: .................................................

Hà nội, 6/2015

1 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

MỤC LỤC A. Mở đầu…………………………………………………..………….3 B. Nội dung…………………………………………………………….4 I. Monosaccarit………………………………...…………………4 II. Đissaccarit………………………………..…………………..45 III. Trisaccarit……………………………………………………66 IV. Oligosaccarit…………………………………………………69 V. Polysaccarit………………………………………………… ..72 C. Kết luận…………………………………………………………… .74 Tài liệu tham khảo…………………………………………………..…75

2 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

A. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Cacbohidratlà một nhóm hợp chất hữu cơ rất quan trọng và phổ biến trong tự nhiên. Nội dung kiến thức về nhóm hợp chất này luôn đượcchú trọng và hầu như trong các đề thi học sinh giỏi môn hóa cấp quốc gia đều đề cập đến. Ngày nay có rất nhiều hợp chất mới mà cấu trúc và nguồn gốc sinh học liên hệ mật thiết tới các hợp chất “cacbohidrat” vẫn quen thuộc trướcđây, điều này bắt buộc IUPAC dần dần mở rộng và đưa ra khái niệm rộng rãi hơn như sau:“Cacbohiđrat bao gồm monosaccarit, oligosaccarit, polisaccarit và các dẫn chất từ monosaccarit như thay nhóm CHO bằng nhóm CH2OH, thay nhóm đầu mạch bằng nhóm COOH, thay một hay nhiều nhóm hyđroxy bằng: nguyên tử H (deoxi), nhóm amino, nhóm thiol hoặc nhóm chứa dị tố tương tự. Nó còn bao gồm cả những dẫn xuất của chúng.”

[1]

Do một số tài liệu chưa kịp cập nhật và chỉnh sửa, nên đôi khiđã gây khó khăn

cho học sinh và giáo viên. Trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia hóa gần đây đềuđã dùng các khái niệm mới và mở rộng, đồng thời liên tiếp giới thiệu các cacbohidrat phức tạp trong tự nhiên. Để học sinh hiểu và giải quyết được loại bài tập này, chúng tôi đã xây dựng chuyên đề: “HỆ THỐNG HÓABÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CACBOHIDRAT CÓ CẤU TRÚC PHỨC TẠP”

II. Mục đích của đề tài Trong chuyên đề này, các kiến thức lý thuyết cơ sở chúng tôi không trình bày ở đây, cũng như không bàn luận tới các khái niệm chưa được thống nhất, dễ gây tranh cãi và hiểu nhầm không cần thiết mà chỉ xin được hệ thống hóa các bài tậpđáng chúýtrong các đề thi, sau đó phân tích, phát triển cácý tưởng của đề bài để xây dựng nên các bài tập mới với các mức độ khó dễ khác nhau và với các hợp chất tự nhiên khác có cấu trúc tương tự nhằm giúp học sinh hoàn thiện kiến thức.

3 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

B. NỘI DUNG Trong mỗi mục dướiđây đều được trình bày gồm 2 đoạn: Đoạn đầu đề cập về các hợp chất saccarit và dẫn chất của chúng, đoạn sau là các bài tập về hợp chất tự nhiên có hai phần liên kết với nhau - một thành phần có bản chất là saccarit, một thành phần phi saccarit (đôi khi gọi là aglycon).

I. Monosaccarit Bên cạnh cácmonosaccarit đã quá quen thuộc dạng polyhidroxy andehit H-[CHOH]n-CHO hoặc polyhidroxy xeton H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H, các đề thi gầnđây thường hướng đến những monosaccarit không quen thuộc như mạch vòng, mạch phân nhánh, thay thế nhóm hydroxy bằng các nhóm khác…

Bài 1: (Câu 3 ý 1 vòng 1 năm 2014) Một monosaccarit A không quang hoạt có công thức phân tử C6H10O6. Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nước brom. Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng công thức phân tử C6H12O6. Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C đều tạo thành 6 mol HCOOH. Khi cho B hoặc C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạo thành các sản phẩm có cùng công thức phân tử C18H24O12. Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành axit (D, L)-iđaric. Hãy xác định cấu trúc của A. Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng với thuốc thử Feling? Biết axit iđaric có thể thu được khi oxi hóa iđozơ bằng dung dịch HNO3.

Hướng dẫn: Monosaccarit A(C6H10O6) có v + π = 2. A tác dụng với H2 (Ni xúc tác) tạo B và C, C6H12O6, có v + π = 1, chứng tỏ B và C có 1 vòng no, từ 5 cạnh trở lên.

- 1 mol mỗi chất B và C tác dụng với HIO4 thu được 6 mol HCOOH; 1 mol mỗi chất B hoặc C tác dụng với 6 mol (CH3CO)2O. Từ 2 dữ kiện này (và dữ kiện ở trên) cho thấy B và C có cấu trúc đối xứng, có 6 nhóm -OH. Cấu tạo của B và C như sau:

4 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Do đó, A là 1 xeton với cấu tạo như sau:

- Khi oxi hóa A thu được axit D,L-iđaric

- Vậy cấu trúc của A như sau:

5 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Trong môi trường bazơ, A có thể đồng phân hóa thành hợp chất chứa nhóm anđehit, do đó, A tác dụng được với thuốc thử Feling.

Nhận xét:Đây là một bài tập rấtđáng chúý, nó khóở chỗ bắt buộc học sinh phải chấp nhậnđịnh nghĩa mở rộng về monosaccarit. Rất nhiều học sinh dùngđịnh nghĩa cũ và do đó bế tắt, không tìm được cấu trúc phù hợp. Ngoài ra, bài tập yêu cầu nhớ cấu trúc iđozơ, có lẽ không nên bắt học sinh học thuộc mà nên cho thêm tên hệ thống hay gợiý iđozơ là đồng phân epime của glucozơở C2.Về phản ứng với thuốc thử Feling,đây là dữ kiện gây nhiễu tương đối khó đối với học sinh, vìcơ chế trong đápán là cơ chế nghịch của ngưng tụ andol.

Từbài tập trên, có thể xây dựng các bài tập tương tự xoay quanh monosaccarit mạch vòng nhằm giúp học sinh làm quen vớiđịnh nghĩa mở rộng, tăng dần độ khó các bài tập. Xin giới thiệu 2 bài tập như sau: Bài tập đề xuất 1.1:Một monosaccarit A không quang hoạt có công thức phân tử C5H8O5. Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nước brom. Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng công thức phân tử C5H10O5 đều không quang hoạt. Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C 6 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

đều tạo thành 5 mol HCOOH. Khi cho B hoặc C phản ứng với anhiđrit axetic, đều tạo thành các sản phẩm có cùng công thức phân tử C15H20O10. Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành axit 2,3,4-trihidroxypentandioic không quang hoạt. Hãy xác định cấu trúc của A. Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng với thuốc thử Feling.

Hướng dẫn: Cấu trúc của A phải là:

Bài tập đề xuất 1.2:Một monosaccarit A không quang hoạt có công thức phân tử C5H8O5. Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không phản ứng với nước brom. Khử A bằng NaBH4 tạo thành các hợp chất B và C có cùng công thức phân tử C5H10O5 đều không quang hoạt. Khi bị oxi hóa bởi HIO4, 1 mol B hoặc 1 mol C đều tạo thành 5 mol HCOOH. Khi oxi hóa mạnh, A tạo thành hỗn hợp raxemic củaaxit 2,3,4-trihidroxypentandioic. Hãy xác định cấu trúc của A. Giải thích tại sao A có khả năng phản ứng với thuốc thử Feling.

Hướng dẫn: Cấu trúc của A là: OH HO O HO OH

Nhận xét: Khi yếu tố bất ngờ qua đi, học sinh đã làm quen thì những bài tập dạng này không được xếp vào dạng khó, dù có thể thay đổi thêmít nhiều nhưng học sinh vẫn có khả năng làm trọn vẹn.

7 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài 2: (Câu 5 ý 1 vòng 2 năm 2009)Cho sơ đồ chuyển hoá sau: CH3 HO

C8H16O5 C

g 2O I/A

O OMe

CH 3

HIO4/H2O

C6H12O5

H

2 /N

B

OH OH A

CH2OH

i, t

H

OCH3

o

C

O H3 C

H CH2OH

a. Viết công thức cấu trúc của A (có biểu diễn cấu hình của từng nguyên tử cacbon bất đối). A thuộc dãy nào (D hay L) và dạng α-glicozit hay β-glicozit? b. Viết công thức cấu tạo của B và C biết rằng B không chứa nhóm cacbonyl. Giải thích sự tạo thành B. c. Vì sao B không chứa nhóm cacbonyl mà vẫn bị khử bởi hiđro?

Hướng dẫn:a. Cấu trúc của A là O OMe

HO CH3

OH

OH

Nó thuộc dãy L, loại β-glicozit. b. Sau khi phản ứng với HIO4, một nhóm anđehit bị hiđrat hoá thành gem điol, chất này tạo vòng với nhóm anđehit thứ hai, tiếp theo là phản ứng metyl hoá.

O OMe

HO CH3

HIO4 H2O

OH

OH

O OMe HC CH3 O HO

O OMe HC CH3 HO O CH

CH OH

A

B

OH

O OMe CH3I Ag2O

HC CH3 MeO O CH C

OMe

c.Dưới tác dụng của nhiệt, B mở vòng, bị đehiđrat hoá trở lại anđehit và do đó bị khử.

8 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Đây là một bài tập về monosaccarit cónhóm hyđroxy được thay bằng nguyên tử H (deoxi), bài tập không quá khó nhưnghay, khai thác tốt kiến thức quen thuộc với học sinh, đồng thời cũng cóđiểm mới nhưng không đánhđố.

Bài tập đề xuất 2.1: Cho sơ đồ chuyển hoá sau:

a. Viết công thức cấu trúc của A (có biểu diễn cấu hình của từng nguyên tử cacbon bất đối). A thuộc dãy nào (D hay L) và dạng α-glicozit hay β-glicozit? b. Viết công thức cấu tạo của B và C biết rằng B không chứa nhóm cacbonyl. Giải thích sự tạo thành B. Hướng dẫn: a. Cấu trúc của A là:

Nó thuộc dãy D, loại α-glicozit. b.

9 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Hai bài tập trên có tính chất giúp học sinh làm quen với các cấu trúc saccarit không quen thuộc. Sau khi học sinh đã có được luyện tập, có thể xây dựng những bài tập có mức độ khó cao hơn như sau: Bài tập đề xuất 2.2: Một monosaccarit A quang hoạt có công thức phân tử C6H12O6. Chất A có phản ứng với thuốc thử Feling và với nước brom. Đun nóng A với CH3OH có mặt HCl khan thu được chất B. Khi cho B tác dụng vớiaxit periodic (HIO4.2H2O) dư, thu được hợp chất C từ hỗn hợp sản phẩm. Thủy phân B với xúc tácaxit, thu được glioxal, HCHO, HCOOH, HOCH2COOH. Trong dung dịch, tồn tại cân bằng giữa 4 dạng vòngpiranozo khác nhau của A. Tuy nhiên, khi đun nóng thì A tách nước thu được C chỉ có2 dạng vòng piranozơ. Metyl hóa C bằng CH3OH xúc tácaxit thu được D và E đều không tác dụng được vớiaxeton trong môi trườngaxit. Xácđịnh cấu trúc của A. Hướng dẫn:

10 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Cấu trúc mạch phân nhánh của monosaccarit là một vấnđề vẫn chưađược khai thác nhiều, nếuđào sâu phân tích sẽ thu được nhiều bài tập khá thú vị. Ví dụ như hợp chất B trong bài trên có thể phản ứngđược tốiđa với 2 đương lượngaxeton trong môi trườngaxit:

Bài 3: (Câu 4 vòng 1 năm 2013)Khi cho hợp chất A (C7H12O6) tác dụng với axit periođic (HIO4.2H2O) dư, thu được hợp chất B từ hỗn hợp sản phẩm. Thủy phân B 11 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

với xúc tác axit, thu được glioxal (OHC-CHO) và axit D- glyxeric (DHOCH2CH(OH)COOH). Metyl hóa A bằng (CH3)2SO4 dư, xúc tác kiềm, thu được hợp chất C. Cho C tác dụng với ozon rồi chế hóa sản phẩm bằng kẽm kim loại trong dung dịch axit clohiđric, thu được metyl (S)-2-metoxi-3-oxopropanoat và metyl (R)-2-hiđroxi-3- metoxipropanoat.

Hãy xác định cấu trúc của A, B và C, biết rằng trong phân tử A một nửa số nguyên tử cacbon bất đối có cấu hình R. Hướng dẫn: - Minh họa dữ kiện đầu bài:

- Từ sơ đồ phản ứng (2) suy ra mạch cacbon của hợp chất C chứa 6 nguyên tử cacbon với liên kêt C=C ở giữa, mạch cacbon của hợp chất A cũng chứa 6 nguyên tử cacbon, nguyên tử cacbon thứ 7 ở hợp chất A nối với mạch cacbon phải qua nguyên tử oxi. Vì đã dùng (CH3)2SO4 dư nên ở hợp chất C không còn nhóm OH ancol, vậy nhóm OH ancol ở hợp chất E đã được sinh ra trong môi trường của phản ứng ozon phân do bị thủy phân bởi H3O+. Do đó, trước khi bị thủy phân, nhóm nguyên tử O-C5 ở hợp chất E liên kết với C1 ở hợp chất D, nguyên tử O-C1 ở hợp chất D liên kết với nhóm CH3 (để đủ 7 nguyên tử cacbon). Khi ozon phân hợp chất C đã tạo ra một nhóm O=COCH3 ở hợp chất D và một nhóm O=COCH3 ở hợp chất E. Vậy hợp chất C có công thức như dưới đây với chú ý rằng thứ tự độ hơn cấp xung quanh nguyên tử C ở hợp chất D và hợp chất C là khác nhau nên cấu hình của C2 trong hai hợp chất này cũng khác nhau, đồng thời cấu hình của C1 phải khác C2 theo đầu bài: 12 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Ở sơ đồ phản ứng (1), hợp chất B thu được khi chế hóa hợp chất A với HIO4 dư nên hợp chất B không thể có hai nhóm >C=O cạnh nhau, hai nhóm -OH cạnh nhau, hoặc một nhóm >C=O cạnh một nhóm -OH. Vậy, một trong hai nhóm -CH=O ở glioxal và một trong hai nhóm -OH ancol ở axit D-glyxeric được tạo ra do phản ứng thủy phân xetan, suy ra hợp chất B là một xetan. Nhóm -COOH ở axit Dglyxeric được tạo ra từ nhóm >C=O xeton cạnh nhóm -CHOH. Nhóm >C=O này khi bị hiđrat hóa tạo ra cấu trúc 1,1,2-triol với nhóm -CHOH bên cạnh và bị phân cắt bởi HIO4.

- Hợp chất A ở dạng xeton vì theo đầu bài, trong phân tử A phải có hai nguyên tử cacbon bất đối ở cấu hình S. Trong dung dịch kiềm, hợp chất A hỗ biến thành dạng A’ rồi bị metyl hóa thành hợp chất C. Vậy cấu trúc của A và B như sau:

Nhận xét: Bên cạnh những bài tập về xácđịnh cấu trúc của monosaccarit, những bài tập về tổng hợp saccarit cũng là dạng bài tập quan trọng trong các đề thi quốc gia vàđề thi quốc tếICHO. Bài 4: (Câu 10ý 1 vòng 1 năm 2010)Axit muraminic (Mur) [3-O-(1'-cacboxyetyl)D-glucosamin)] là thành phần của tế bào vi khuẩn được tạo thành khi cho B phản

13 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

ứng với axit D-lactic. Viết công thức Fisơ (Fisher) của A và Mur được tạo thành trong dãy các phản ứng sau: HO

H H OH

HOH2C H

OH

CHO

NH3, HCN - H2O

A Pd, HCl lo·ng

B

-NH4Cl

HOOC-CHOH-CH3

Mur

Hướng dẫn: Công thức Fisơ của A và Mur: Sản phẩm ưu tiên khi nhóm -NH2 định hướng trans so với nhóm -OH. CN NH2 HO OH OH CH2OH

HOOC O H H3 C

A

CHO NH2 OH OH CH2OH

Mur

Bài 5: (Câu 10ý 3 vòng 1 năm 2010) Phương pháp bảo vệ nhóm hiđroxyl (-OH) thường được sử dụng khi chuyển hoá giữa các monosaccarit.

H CH3

OCH3 O

H H

Viết sơ đồ phản ứng để điều chế α-D-perosinamid HO

O

HO

H

HO OH

NH2 H

OH OH

OH

và các chất cần thiết.

Hướng dẫn:

14 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

từ

3.

O

HO

HO

OH

HO

OH

1. MeOH/H+ 2. CH3COCH3/H+

O

OCH3

HO

H3C

1. TsCl, Et3N 2. LiAlH4 3. RuO4

O O

O

O

O

H3C

OCH3

H

O

O

O

TsO

O

OH

OH

N3 H

(Hi®rua ­u tiªn H3C

O

H2N

OH

HO

H

OH

OH

H2N

OH OH

H

O

H

OCH3

CH3

OCH3

OCH3

O

LiAlH4

OH

tÊn c«ng vµo vÞ trÝ equatorial)

2. TsCl, Et3N

H3C

OCH3

NaN3

MeOH/H+

TsO

H3C

OCH3

O 1. NaBH4, EtOH, H2O O

OH H3C

OCH3

NH2 H

OH

Bài 6: (Câu 27 bài tập chuẩn bị ICHO44 năm 2012)Tổng hợp thuốc chống virut Các đường imin là một lớp hợp chất rất quan trọng kể cả trong tự nhiên và các sản phẩm tổng hợp nhân tạo. Mặc dù không hẳn thực sự là các cacbohydrat, chúng vẫn có khả năng tương tự như các đường thông thường, đóng vai trò là tiền chất của rất nhiều enzym. Bên cạnh đó, chúng cũng có hoạt tínhđáng chúý chống virut hay chữa trị các rối loạn gen như bệnh Gaucher. Bởi vậy, có rất nhiều công trình tổng hợp hữu cơ về các đường imin. Xét hai quá trình tổng hợp giả glucozơ, DNJ. a) Vẽ cấu trúc các chất trung gian trong sơ đồ, A-D: I HO HO

Ac2O

O HO

OMe

pyridin

A C13 H19IO8

DBU

B C 13 H18O 8 m-CPBA BnOH

HO HOHO

NH4OAc NH HO

H2 Pd(OH)2/C

D C 14 H20 O7

NaOMe MeOH

C C 20 H 26 O10

15 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

N DBU = 1,8-diazabixyclo[5.4.0]undec-7-en N

b) i. Vẽ cấu trúc các chất trung gian trong sơ đồ, J-P:

ii. Nhóm triflat (Tf) chuyển hóa một nhóm hydroxy thành một nhómđi ra tốt. Sắp xếp các nhóm sau theo thứ tự tăng dần khả năng dễđi ra.

iii. Mặc dù xảy ra rất nhanh, chuyển hóa từ Q thành DNJ xảy ra theo 3 giai đoạn. Đề xuất cấu trúc hai chất trung gian Q' và Q" trong quá trình dướiđây: 16 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

c) Trong hai sơ đồ tổng hợp DNJ trên đều dùng các dung môi hữu cơ, tổng hợp đường imin giả furanozơ chỉ sử dụng nước, điều này làm quá trình tổng hợp rẻ và thân thiện với môi trường hơn. Vẽ cấu trúc các chất trung gian, X vàY, và tiểu phân trung gian Z.

Hướng dẫn: a)

b) i.

17 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

ii.

iii.

18 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

c.

Bài tập đề xuất: Năm 1999, Menzel đã điều chế thành công L-Acosamin, một cacbohydrat dùng làm thuốc kháng sinh theo sơ đồ sau: C C3H4O

t-BuO-, to propanal

Br2

A

H+

C3H5OBr

D+F

n-Bu4NF MeOt-Bu

OH

NaNO2

B C3H6O2

-

G C10H21NO7

AcOH

E C3H5NO3

1. CH3O2. ClCH2OCH3

HCl/CH3OH

HC(OCH3)3

F C5H11NO4

TsOH

D C5H10O3

H2N

OH

1. H2, Pd

H C11H23NO7

O HO L-Acosamin

2. H3O+

Xác định cấu tạo các chất chưa rõ trong sơ đồ trên, viết cơ chế cho các quá trình tạo thành chúng.

Hướng dẫn: Br

OH O

OCH 2 OCH 3 O

A

O

B

D O2 N

O

OCH3

O

O2 N

OCH 3

19 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

C

E

F

OH OCH3

CH3OCH2O

NO2

OCH3

G

H

Nhận xét: Các đề thi hiện nay thường tập trung vào các hợp chất hữu cơ có thật trong tự nhiên. Các hợp chất này thường gồm haihợpphần:hợp phần saccarit liên kết ở nguyên tử C anome với hợp phần không phải saccarit, khi đó hợp phần saccarit được gọi là glycon hoặc gốc glycozyl, hợp phần không phải saccarit được gọi là aglycon. Dướiđây sẽ trình bày lần lượt các bài tập từ khó tới dễ.

Bài 6: (Câu 5 vòng 2 năm 2006)Lin (Linamarin) và Lac (lactrin) là các xiano glucozit thiên mhiên. Khi thuỷ phân Lin, Lac trong môi trường axit thì Lin tạo ra D-glucozơ, axeton và HCN; còn Lac tạo ra D-glucozơ, HCN và benzanđehit.

Xác định cấu trúc của Lin vàLac ở dạng bền nhất. Viết cơ chế phản ứng thuỷ phân Lin,Lac. ⎯⎯

Hướng dẫn: Linamarin

D-glucozơ

+

axeton

+

HCN

OH VËy Lin cã cÊu tróc: HO HO

O O OH

Lactrin ⎯⎯

CH3 C CH3 CN

D-glucozơ + benzandehit + HCN OH

VËy Lac cã cÊu tróc:

HO HO

O O OH

CH

C 6H 5

CN

20 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Phản ứng thuỷ phân các glucozit này theo cơ chế SN1, thí dụ: OH

OH

O

HO

O CH C6H5 CN OH O

HO OH

HO

HO

+

OH

O

HO

H2O +

OH

HO

H3O

+

OH HO

+

..

O

H

O+ CH C6H5 OH CN

HO

O=CH C6H5

+

HCN OH

OH

HO

O

HO OH

+ OH2

- H+

HO

O

HO OH

OH

-D-glucopiranozơ bền hơn -D-glucopiranozơ.

Nhận xét: Bài tập rấtđơn giản, phù hợp để giới thiệu cho học sinh làm quen với dạng dẫn chất cacbohidrat thường gặp trong tự nhiên. Học sinh phải nắmchắc khái niệm vềglycozit để tìm cấu trúc phù hợp. Tuy nhiên, trong đề bài cho rằng vìLin vàLac ở dạng bền nhất nên liên kết glycozit phảiở dạngβ là không thuyết phục. Vì khi nhóm hemiaxetal đã bị khóa bởiđã hình thànhliên kết glicozit, thì hai dạngα vàβđã là 2 chất khác nhau, không còn trong cân bằng và không tự chuyển hóa cho nhau được nữa.Đó là chưa kể trong công thức của Lac, có một nguyên tử C bất đối không hề biết cấu hình.

Bài tập đề xuất 6.1: Phlorizin có công thức phân tử C21H24O10 thu được từ rễ và vỏ cây táo, lê hoặc dâu. Thủy phân phlorizin có mặt emulsin (enzym chuyên phân cắt liên kếtβ-glicozit) thu được hợp chất A và D-Glucozơ. Xử lý phlorizin với lượng dư metyl iođua có mặt kali cacbonat, sau đó thủy phân trong môi trườngaxit thu được hợp chất B. Xácđịnh cấu trúc của phlorizin biết công thức của A, B như sau:

21 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Đápán:Bài tậpở mức độ tương đốiđơn giản. Dễ thấy cấu trúc phlorizin là:

Bài tập đề xuất 6.2: Coniferin (C16H22O8) được tách ra từ nước chiết rễ của một loài hoa tánở Nauy.

Coniferin làm mất màu nước brom nhưng lại không phản ứng với thuốc thử Feling.

Oxy hóa coniferin bằng HCrO4 thu được hợp chất A (C14H18O8).Metyl hóa A bằng CH3I có mặt Ag2O rồi thủy phân sản phẩm trong môi trường thu được hợp chấtvanilin (4-hydroxy-3-metoxybenzandehit) và 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucozơ.

Xácđịnh cấu trúc của coniferin biết trong coniferin số C có cấu hình S nhiều hơn số C có cấu hình R. Hướng dẫn: Cấu trúc của coniferin là (chúý chưa xácđịnh được cấu hình nốiđôi)

22 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Phản ứngoxy hóa:

Nhận xét: Bài tập có mức độ khó hơn bài tập đề xuất 6.1. Học sinh dễ lúng túng bởi thông thường với hợp chất cacbohidrat thì hay gặp trường hợp có phản ứng với thuốc thử Feling nhưng không có phản ứng với nước brom (xetozơ hở hoặc vòng).

Bài tập đề xuất 6.3: Hợp chất hữu cơ A (C17H18O9) là một chất độc được tạo ra trong một số loài cây do cơ chế tự vệ chống lại sâu bọ và động vật có vú. Thủy phân hợp chất A bằng enzym emulsin thu được hợp chất B (C11H6O3) và DGlucozơ. Hợp chất B có thể được tổng hợp theo sơ đồ sau:

CO, HCl O

B

CuCl, AlCl3

CH 3COONa

Pd/C o

C

A

(CH3CO)2O, t

OH

Xácđịnh cấu trúc của A. Hướng dẫn: Xácđịnh B:

23 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Cấu trúc của A là: O H OH H O HO HO

H

OH

H

H

O HOOC

Nhận xét: Bài tập có mứcđộ khó cao. Bước xácđịnh B cần dựa vào công thức phân tử, nhưng khó nhất nằmởđiểm phải xácđịnhđượccầu hình nốiđôi ở dạng cis chứ không phải trans. Để gợiý cho học sinh có thể thêm vào đề bài như sau: Bài tập đề xuất 6.4: Hợp chất hữu cơ A (C17H18O9) là một chất độc được tạo ra trong một số loài cây do cơ chế tự vệ chống lại sâu bọ và động vật có vú. Thủy phân hợp chất A bằng enzym emulsin thu được hợp chất B (C11H6O3) và DGlucozơ. Hợp chất B có thể được tổng hợp theo sơ đồ sau:

CO, HCl O

B

CH 3COONa

Pd/C o

C

A

(CH3CO)2O, t

CuCl, AlCl3 OH

24 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Đun nóng trong nước thì A bị đồng phân hóa thành A’. A’ cũng bị thủy phân bởi enzym emulsin thu được hợp chất B’ (C11H8O4).Đun nóng B’ vớiaxit lại thu được B.Xác định cấu trúc của A. Hướng dẫn:

Bài 7:(Câu 2 ý 3 vòng 1 năm 2011)Từ quả bồ kết, người ta tách được hợp chất K (C15H18O6). Khi cho K tác dụng với CH3I/Ag2O (dư) rồi thuỷ phân với xúc tác αglycozidaza thì thu được M (C9H18O5) và N. Hợp chất M thuộc dãy L với cấu hình tuyệt đối của C2 giống C3 nhưng khác C4 và C5. Nếu oxi hoá M bằng axit nitric thì trong hỗn hợp sản phẩm có axit axetic mà không có axit propionic hoặc dẫn xuất của nó. Khi cho N tác dụng với dung dịch KMnO4 thì tạo thành một cặp đồng phân threo có cùng công thức phân tử C9H10O4 đều không làm mất màu nước brom.

Hãy xác định công thức lập thể của K, M, N và vẽ cấu dạng bền của K. Hướng dẫn: Dữ kiện của đầu bài cho phép xác định được cấu trúc của M, rồi suy ra cấu trúc của hợp phần gluxit trong K; N phải là một anken cấu hình trans vì phản ứng với KMnO4 cho sản phẩm là một cặp threo:

25 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

OH

OMe

O OH

Me

O

Me

OH OH

OH

OMeOMe M

H COOH C6H5 H C6H5 C C H KMnO4/H2O H C C C C COOH + H COOH OH HO OH HO N (cÆp threo, C9H10O4)

C6H5

H

Công thức lập thể và cấu dạng bền của K: O

O OH

O

O C

Me



O C

H C C

H

Me HO

C6H5

HO

OH OH



O

H C C

H

C6H5

OH

Bài tập đề xuất 7.1: Laevomandelonitrin (gọi tắt làLaetrin) được tổng hợp vàđăng kí phát minh bởiKrebs dùng trong điều trị rối loạn men ruột. Khi thủy phân Laetrin trong môi trườngaxit thu được HCN, benzandehit, axit D-glucuronic. Xácđịnh cấu trúc của Laetrin biết rằng trong Laetrin số nguyên tử cacbon có cấu hình R và S bằng nhau.

Hướng dẫn: Cấu trúc Laetrin là:

Nhận xét: Bài tập tương đối dễ, chỉ có mộtý khó là dữ kiện “số nguyên tử cacbon có cấu hình R và S bằng nhau”. Đây là dữ kiện giúp xácđịnh dạng tồn tạiα hay β, cũng như cấu hình của nguyên tử C bất đối của hợp phần aglycon. Việc 26 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

xácđịnhcấu hìnhở hợp chất nàyđòi hỏi học sinh phải nắm rất vững cách xácđịnh và chúý vì nhóm CH2OH của glucozơđã chuyển thành nhóm COOH nên độ hơn cấpđã thay đổi.

Bài tập đề xuất 7.2: Hammelitanin(kí hiệu H, C20H20O14) là hợp chấttách ra từ cây gỗ phi Hamamelis thể hiện hoạt tính đặc biệt chống tế bào ung thư.

H có tính khử, tồn tại trong cân bằng anome. Thủy phân trong dung dịchaxit loãng thu được monosaccarit A (C6H12O6) vàB (axit 3,4,5-trihydroxybenzoic). Mặt khác, H phản ứng CH3OH có mặt HCl khan rồi cho oxy hóa sản phẩm với HIO4 thu được hợp chất B (C21H20O14).Thủy phân trong dung dịchaxit thu được3-hydroxy-2oxopropanal, D-glixerandehit và B. Biết H có 2 nguyên tử cacbon mang cấu hình S cốđịnh, xácđịnh cấu trúc của H. Hướng dẫn: Cấu trúc của H là: O

HO

O

HO

H

HO HO

H

O

( S) HO

(S) OH

(R) O

O H

O

O H OH 27 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Bài tậpđược xây dựng với mứcđộ khó cao hơn một bậc so với bài trước vì học sinh chưa có kinh nghiệm về monosaccarit mạch phân nhánh.

Bài 8: (Câu 3 ý 3 vòng 1 năm 2014) Chất trung tính X (C42H81NO8) là một glucocerebroside có vai trò kiểm soát quá trình trao đổi chất qua màng tế bào.

Ozon hóa X rồi chế hóa với (CH3)2S/H2O thu được hợp chất K (C14H28O) và một dung dịch (dung dịch 1) mà góc quay cực không thay đổi theo thời gian.Chế hóa dung dịch đó với β-glucoziđaza thu được D-glucozơvà hợp chất L. Thủy phân L trong dung dịch NaOH thì thu được hợp chất M (C17H35COONa) và hợp chất N chứa nitơ. Dung dịch N có sự quay hỗ biến và phản ứng với HIO4 cho hỗn hợp sản phẩm có chứa axit fomic. a) Hãy cho biết công thức cấu tạo của K, M và N. b) Xác định công thức cấu tạo của X. c) Có bao nhiêu đồng phân lập thể ứng với công thức cấu tạo của X? Hướng dẫn: a) X là hợp chất thiên nhiên nên K và M đều mạch cacbon không phân nhánh.

Theo đầu bài, ta xác định được công thức phân tử của N là C4H9NO3.

Do dung dịch N có hiện tượng quay hỗ biến, do vậy chất N có thể đóng vòng và xuất hiện OH hemiaxetal.

Khi phản ứng với HIO4 tạo hỗn hợp sản phẩm chứa axit fomic chứng tỏ nhóm OH phải ở cạnh nhóm -CHO. Do đó N có công thức cấu tạo như sau:

b) X là hợp chất trung tính nên nhóm NH2 của N đã bị amit hóa.

28 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Dung dịch 1 chứa O-glicozit của D-glucozơvới N (tức Gluco-O-N) mà có góc quay cực không thay đổi theo thời gian chứng tỏ liên kết O-glucozit phải ở C4 của N (vịtrí C2 còn OH tự do nhưng không tạo vòng hemiaxetal 3 cạnh được). Như vậy X có công thức như sau:

c) Ở Xcó 3 yếu tố lập thể chưa cho trong đầu bài là cấu hình của C2, C3 và cấu hình của liên kết đôi C=C. Như số đồng phân lập thể có cùng công thức cấu tạo của X là 23 = 8.

Nhận xét: Bài tập cóý tưởng mới, từý tưởng này có thể xây dựng được một lớp bài tập tương tự rất hay. Dướiđây là một bài tập được thiết kế theo hướng này.

Bài tập đề xuất 8.1: Schizonellin A (kí hiệu A) là hợp chất tách ra từmột loài nấm có công thức phân tử C30H56O11. Cho A tác dụng với HIO4 thu được hợp chất B (C26H46O9) và glycolandehit (C2H4O2).Thủy phân B bằng enzym emulsin thu được C (C24H44O8) và glycolandehit. C tác dụng với HIO4thu được HCHO, HCOOH và hợp chất D (cấu hình2R, 3S). Đun nóng D với dung dịch NaOH thu được 2,3đihydroxysuccinandehit, hỗn hợp muốiaxetat và panmitat. Xácđịnh cấu trúc của A biết có 4 nguyên tử C trong A có cấu hình R. Hướng dẫn:

29 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

C

D

Cấu trúc của B: CH2OH (S)

H OH

(R)

(R) (R)

OAc O

Cấu trúc của A:

O

(S) (S)

H

H

H

OH

CH2

HO C15H31COO

OH

(R)

H

Nhận xét: Bài tập có mức độ khó cao, học sinh phải giải ngược từ dưới lên để tìm được cấu tạo trước, rồi từ dữ kiện về cấu hình của A lại giải từ trên xuống để xácđịnh cấu hình các chất cho phù hợp.

Bài tập đề xuất: Metylarbutin (C13H18O7) được tìm thấy trong quả lê, không phản ứng với thuốc thử Tollens, thủy phân bởi enzim β-glucozidaza thu được D-glucozơ và A (C7H8O2). Thủy phân A trong dung dịch HI đun nóng thu được C (C6H6O2).

C không màu nhưng để lâu trong không khí thấy xuất hiện màu vàng cam. C có tính axit, dễ dàng làm mất màu nước brom, phân tử không phân cực. Metylarbutin 30 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

phản ứng với lượng dư đimetyl sunfat trong môi trường kiềm thu được B. Thủy phân B trong dung dịch HCl loãng thu được 2,3,4,6-tetra-O-metylglucozơ và A. 1. Vẽ cấu trúc bền nhất cho phân tử Metylarbutin.

2. Metylarbutin có thể được tổng hợp với hiệu suất rất tốt theo sơ đồ sau:

a) Tìm cấu trúc thích hợp cho các chất X, Y, Z. b) Phản ứng đầu nên thực hiện trong điều kiện làm lạnh hay đun nóng. Giải thích. c) Viết cơ chế quá trình tạo ra Y và Z. Hướng dẫn: 1. C (C6H6O2) không màu nhưng để lâu trong không khí thấy xuất hiện màu vàng cam. C có tính axit, dễ dàng làm mất màu nước brom, phân tử không phân cực. Các tính chất này chỉ ra C là hiđrôquinon:

Để lâu trong không khí thì bị oxy hóa tạo thành quinon có màu vàng cam.

Thủy phân A (C7H8O2) trong dung dịch HI đun nóng thu được C. Vậy A là

Metylarbutin (C13H18O7) thủy phân bởi enzim β-glucozidaza thu được D-glucozơ và A. Metylarbutin phản ứng với lượng dư đimetyl sunfat trong môi trường kiềm thu được B. Thủy phân B trong dung dịch HCl loãng thu được 2,3,4,6-tetra-Ometylglucozơ và A. Những tính chất này cho thấy Metylarbutin có liên kết β-glicozit, glucozơ tồn tại ở dạng vòng 6 cạnh. Vậy Metylarbutin có cấu trúc:

31 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

2. Cấu trúc của X là:

Cấu trúc của Y là:

3. Vì tạo đồng phân α hay β lúc này chưa quan trọng, do đó nên thực hiện ở điều kiện đun nóng để phản ứng xảy ra cho nhanh, tiết kiệm thời gian, và cũng dễ thực hiện hơn. Khi đun nóng sẽ thu được chủ yếu dẫn xuất của dạng β.

4. Đây là phản ứng SN1 có khống chế không gian (đặc thù lập thể) bởi hiệu ứng kề, cơ chế này giúp tạo ra hiệu suất cao của quá trình điều chế:

32 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

OCOCH3

OCOCH3 O CH3COO CH3COO

O

-Br-

CH3COO CH3COO

Br

O

OCOCH3

O

OCOCH3 O

M etylarbutin

O-

CH3COO CH3COO O O

OCH3

Nhận xét: Đây là một bài tập xây dựng theo mức độ khó dần, bước cuối yêu cầu học sinh phải thực sự nắm chắc kiến thức về cơ chế phản ứng. Cơ chế nàyđóng vai trò rất quan trọng trong việc tổng hợp cácβ-glicozit.

Bài 9: (Câu 3 ý 1 vòng 2 năm 2014) Axit turgorinic (PLMF1) là một hormon thực vật đóng vai trò điều khiển sự cử động của lá cây. Chẳng hạn nó điều chỉnh sự cụp lại của lá cây xấu hổ khi ta chạm vào. Hợp chất PLMF1 có tính axit, không phản ứng với thuốc thử Felinh. Khi thuỷ phân PLMF1 bằng β-glucoziđaza, thu được hợp chất A (C6H12SO9, có tính axit, phản ứng được với thuốc thử Felinh) và hợp chất B. Khi đun nóng B, thấy CO2 tách ra và thu được pirogalol. Khi metyl hoá hoàn toàn PLMF1, thu được hợp chất C. Thuỷ phân hoàn toàn C bằng axit vô cơ, thu được metyl 3,5-đimetoxi-4-hiđroxibenzoat và hợp chất D (C9H18SO9). Oxi hoá D bằng axit nitric, thu được sản phẩm chính là axit 2,3,4-trimetoxipentanđioic. a)

Hãy xác định công thức của các hợp chất A, B, D và PLMF1.

b)

Trong tự nhiên, nhóm cacboxyl của PEMF1 bị este hoá bằng nhóm OH ở vị

trí số 3 của B tạo ra hợp chất E thuộc nhóm depsides (tiếng Hy Lạp có nghĩa là có tính thuộc da). Xác định công thức của E. 33 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Hướng dẫn: a) Khi thuỷ phân PLMF1 bằng β-glucoziđaza, chứng tỏ trong PLMF1 có liên kết β-glucozit. Từ dữ kiện: Khi đun nóng chất B thấy tách ra CO2, cho pirogalol (l,2,3-trihiđroxibenzen) và khi thuỷ phân hoàn toàn chất C bằng axit vô cơ, thu được metyl 3,5-đimetoxi-4-hiđroxibenzoat chứng tỏ B là axit 3,4,5trihiđroxibenzoic.

Khi oxi hoá

D

(C9H18SO9) bằng axit

nitric,

thu được

axit 2,3,4-

trimetoxipentanđioic. Vậy D có công thức như sau:

Từ các dữ kiện trên suy ra công thức của PLMF1

b) Công thức của E là

34 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Đây là bài tập có độ khó nhấtđịnh và tương đối hay. Vì là bài tập dành cho thi vòng 2 nên thậm chí có mở rộng hơn một chút bằng cách đưa thêm phầnđiều chế như sau: Mở rộng bài 9: c) PLMF1đã được tổng hợp nhân tạo thành công theo sơ đồ sau:

MeOH B

+

H

F

BzCl NaOH

G

Ac2O

D-Glucozo

H

Ac2O

H2 Pd-C

J

+

H L

CH 3ONa

Ba(OH)2 M

N

I

Ac2O Quinolin

P

K

Br 2 SO 3 Piridin

PLMF1

Xácđịnh các chất chưa rõ trong sơ đồ (từF tớiN).

Hướng dẫn:

35 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

L

Nhận xét: Bước tổng hợpL cần sự vận dụng kiến thứcđã thấy trong bài tập đề xuất về metylarbutinở trên. Có thể làm bài tậpđơn giản hơn bằng cách cho công thức phân tử các chất. Dướiđây là hai bài tập đề xuất về tổng hợp hữu cơ sử dụng cơ chế tương tự.

Bài tập đề xuất 9.1: Phyllanthurinolacton (kí hiệu P)một glicozit đóng vai trò điều khiển sự mở lá cây khi chuyển từ tối sang sáng được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Hãy cho biết cấu tạo của các chất chưa rõ trong sơ đồ từ A đến P. Vẽ cấu dạng bền của P. Hướng dẫn:

Cấu trúc của P: 36 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Dùngđã cho cấu tạo của E, nhưng đây vẫn là bài tập chuỗi tương đối khó đối với học sinh. Sau khi học sinh đã hoàn thành được những bài tập tổng hợp trên, cơ bảnđã được cung cấpđủ kiến thức để giải quyết bài tập sau: Bài tập đề xuất 9.2:Lespedezic (C15H18O9) là một glicozitđiều khiển sự cụp lá khi trời tối của cây cỏ ba lá.

Thủy phân lespedezic bằng enzym β-glucozidaza thu đượcD-Glucozơ vàaxit 3-(4hydroxyphenyl)-2-oxopropanoic. a. Xác định cấu trúc của lespedezic biết nó có cấu hình E. b. Viết sơ đồ tổng hợp lespedezic từ D-Glucozơ và phenol.

Hướng dẫn: a. Cấu trúc của lespedezic là: H OH H O HO HO

O H H

OH H

COOH OH

b. Tổng hợp:

37 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

OAc D-Glucozo

Ac2O

P

H+

Br2

O AcO AcO

A OAc

Br

38 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét:Đây là một bài tập rất khó. Ngay từ câu đầu, học sinh đã phải rất cẩn thận mới xácđịnh được cấu trúc của lespedezic. Rất nhiều học sinh tạo liên kết glicozit bằng OH phenol, rõ ràng như vậy thì lespedezic không thể có cấu dạng E. Câu sau không thể yêu cầu học sinh làm chọn vẹn, điềuđó không có nghĩa là bài tập đề ra đểđánh đố học sinh, mà để khi chữa bài, giáo viên nhấn mạnh vào các nội dung kiến thức quan trọng: - Kiểm tra cáchđiều chếβ-glicozit thông qua tác nhân A. - Kiểm tra kiến thức tổng hợp chuyển hóa nhóm chức, ghép mạch cơ bản thông qua điều chế B. - Nhắc lại và nhấn mạnhý nghĩa phương pháp bảo vệ nhóm chức OH. Rõ ràng, bài tập được thiết kế để luyện tập, không phải để dùng trong các đề thi và kiểm tra.

Bài 10: (Câu 3 ý 2 vòng 1 năm 2015) Từ hoa của cây nghệ tây Crocus sativus (là một loại gia vị nổi tiếng), người ta tách được picrocrocin là một glicozit có vị cay. Đun picrocrocin trong dung dịch HC1 loãng, thu được D-glucozơ và hợp chất M (chứa nhóm -OH gắn với cacbon bậc hai). Khi đun picrocrocin trong dung dịch KOH loãng dễ dàng thu được safranal (C10H14O) và chất N (C6H10O5). Cho safranal phản ứng với ozon, sau đó xử lí sản phẩm bằng (CH3)2S thì thu được chất P (C7H10O4) và chất Q (C3H4O2). Đun nóng P trong điều kiện thích hợp, thu được 2,2-đimetylbutan-l,4-đial. Oxi hóa Q bằng CrO3/H2SO4, thu được axit 2oxopropanoic (axit pyruvic). Biết các nhóm metyl trong safranal đều ở vị trí β so với nhóm cacbonyl; liên kết glicozit trong picrocrocin và N có cùng cấu hình. Xác định cấu trúc (có thể có) của picrocrocin, M và N; công thức cấu tạo của P, Q và safranal.

Hướng dẫn: Khi oxi hóa Q bằng CrO3/H2SO4 thu được axit pyruvic (axit 2oxopropanoic), chứng tỏ Q là:

39 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Do P có công thức phân tử C7H10O4, 2,2-đimetylbutan-l,4-đial có công thức phân tử C6H10O2 nên phản ứng đun nóng P là phản ứng đecacboxyl hóa. Do đó P chứa nhóm -COOH ở gần nhóm C=O. Do vậy p có thể là:

Từ P và Q, suy ra công thức của safranal có thể là

Chú ý: Khi xử lí với ozon, nhóm -CHO trong P chuyển thành nhóm -COOH trước khi đưa (CH3)2S vào.

Do các nhóm metyl trong safranal đều ở vị trí số β so với nhóm cacbonyl nên công thức cấu tạođúng của safranal là

Đun picrocrocin trong dung dịch HCl loãng thu được D-glucozơ nên trong phân tử của picrocrocin có nhân D-glucozơ. D-glucozơ có công thức phân tử C6H12O6 mà N có công thức phân tử C6H10O5 đồng thời phản ứng này xảy ra trong môi trường kiềm nên không có hiện tượng mở vòng glucozơ. Do vậy N vẫn chứa cấu trúc vòng vốn có của glucozơ nhưng có quá trình tạo liên kết glicozit nội phân tử giữa nhóm 40 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

-OH tại C6 của vòng glucozơ. Do vậy liên kết glicozit trong N phải là liên kết β.

Công thức của N là:

Công thức đúng của P là P2.

Theo đầu bài, M là ancol bậc hai sinh ra do quá trình thủy phân picrocrocin trong môi trường axit, do đó safranal chính là sản phẩm đehiđrat của M. Để picrocrocin thực hiện phản ứng tách trong dung dịch KOH loãng thì nhóm RO- (R là phần glucozơ) phải nằm ở một trong hai vị trí sau (để cacbanion tạo thành được làm bền bởi nhóm cacbonyl).

Tuy nhiên, M chứa ancol bậc hai nên công thức (X) thỏa mãn và M có cấu trúc như sau:

Cấu trúc có thể có của picrocropin như sau:

41 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài tập đề xuất 10.1:Aleurodiscal (kí hiệu A, C31H48O7) là một gluxit chống nấm trong hoa mười giờ.

A có tính khử, tác dụng với thuốc thử Feling và nước brom. Thủy phân A bằng enzym emulsin thu được tecpen B (C25H38O2)và D-Glucozơ.Cho B phản ứng với ozon, sau đó xử lí sản phẩm bằng (CH3)2S thì thu được chất C (C17H26O4) và chất D.Đun nóng C trong điều kiện thích hợp thu được hợp chất E. H

CHO

O H

Biết E là

H

O

và D là O

O

Xác định cấu trúc của A biếthai nguyên tửC liên kết vớinguyên tửO trong liên kết gluzit có cấu hình R, S; nốiđôi trong A đều có cấu hình cis.

Hướng dẫn:

42 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Từ công thức phân tử thấy rằng C sang E đã tách một CO2, tức là C có nhóm COOH gần nhóm cacbonyl. Do đặc thù lập thể của vị trí Cα trong E vẫn giữnguyên, chứng tỏ C chỉ có thể có 2 cấu tạo phù hợp:

C1

C2

Vì làozon phân khử, nên COOH trong C chính là do nhóm CHO trong B (cũng chính là nhóm chức chịu trách nhiệm về tính khử của A) bị O3oxy hóa từ trước.

Tương tự như vậy, nhóm OH trong B cũngđã bịoxy hóa thành nhóm cacbonyl trong D. Từđó lần lượt ghép mạch C và D để thu được A, để đảm bảo cấu trúc tecpen thì B phải có cấu tạo:

Từđó, A phải là

43 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhận xét: Đây là một bài tập khó, hướng dẫn giải chưa phải đã hoàn thiện, giáo viên nên đề ra để học sinh nghiên cứu và tự làm phép thử sai để bao quát hết các trường hợp có thể.

44 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II. Đisaccarit Bài 1: (Câu 10 vòng 1 năm 2007)1. Rutinozơ là gốc đường của một số hợp chất có tác dụng làm bền thành mạch máu. Rutinozơ cho phản ứng với thuốc thử Feling, khi bị thuỷ phân bởi α-glycosidaza cho andozơ A (C6H12O5) và D-andozơ B (C6H12O6) theo tỉ lệ mol (1:1). Từ andozơ B tiến hành liên tiếp hai lần cắt mạch Ruff và sau đó oxi hoá với HNO3 thu được axit meso-tactric; B dễ dàng cho dẫn xuất monoxetal với axeton trong axit. Hãy viết các phản ứng để xác định B. 2. Andozơ B cho cùng sản phẩm ozazon như một andohexozơ khác (kí hiệu là A1); A2 là đồng phân đối quang của A1. Thực hiện chuyển hoá A2 theo sơ đồ sau thu được A. CH3 H H

HOCH2 CH2OH

H 2 /Ni Raney

A2  A3 

OH OH

HO

H

HO

H CH2OH

O 2 /Pt

t0

Na- Hg/pH3-5

 A5  A6   A  A4 

xetal

axit andonic

andolacton

(Lưu ý: phản ứng từ A4 đến A5 đặc trưng cho sự chuyển hoá ancol bậc 1 cuối mạch thành axit).

Dùng công thức chiếu Fisơ để biểu diễn cấu trúc các chất A1, A2, A3, A5, A6 và A.

Biết rằng 1mol A phản ứng với 4mol HIO4 cho 4mol HCOOH và 1mol

CH3CHO. 3. Metyl hoá hoàn toàn rutinozơ với DMS/OH- cho dẫn xuất heptametyl (X), khi thuỷ phân X trong môi trường axit thu được tri-O-metyl của A và 2,3,4-tri-O-metyl của B. Oxi hoá 1mol metyl rutinozit cần 4mol HIO4, cho 2mol HCOOH và 1mol tetraandehit.

Hãy vẽ công thức Haworth và công thức cấu dạng của rutinozơ.

45 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Hướng dẫn: 1. Xác định B : Oxi hoá sản phẩm từ hai lần cắt mạch Ruff của B tạo thành axit meso tactric: vậy B có 2 nhóm OH ở cacbon thứ 4 và thứ 5 nằm cùng về một phía. B chỉ tạo dẫn xuất monoxetal khi phản ứng với axeton, vậy nhóm OH ở cacbon thứ ba và thứ hai nằm khác phía nhau và khác phía với nhóm OH ở cacbon thứ tư và thứ năm.

Từ A4 suy được cấu tạo của A2, từ đó xác định rằng cấu tạo của A1 là đối quang của A2 và kết luận được cấu tạo của B là đồng phân epime của A1, chỉ khác A1 vị trí nhóm OH ở cacbon thứ hai. Cấu tạo của B là:

(B)

(A1)

(A2) D- Mannozơ

Phản ứng Ruff:

D – Glucozơ

(B)

Sản phẩm sau 2 lần thực hiện phản ứng Ruff:

axit meso- tactric

Monoxetal

2. Xác định A 46 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

(A2)

(A3)

(A4)

L – Mannozơ

Axetal

Anditol

(A5)

(A6)

Axit andonic

Andolacton

(A)

3. Xác định rutinozơ: Công thức và các phản ứng của Rutinơzơ: Mục 1 và 4 cho biết gluxit A (C1) nối với B qua vị trí 6 (C6) bởi liên kết α-glycozit.

Do C5 của B tham gia vào vòng oxiral nên B là một pyranozơ (6 cạnh).

Mục 5 cho biết gluxit A cũng là một pyranozơ.

47 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Công thức củarutinozơ.

Nhận xét: Bài tập vận dụng các phản ứng rất cơ bản của phần cacbohidrat, không quá khó và phù hợp với kiến thức của học sinh.

Bài 2: (Câu 5 vòng 2 năm 2004)Amyglađin (kí hiệu là A) có công thức phân tử C20H27O11N là một đisaccarit thiên nhiên không có tính khử, chỉ chứa liên kết glicozit.

Khi thuỷ phân A bằng dung dịch axit loãng thì thu được glucozơ và hợp chất B (C7H6O) làm mất màu nước brom. Khi đun A với dung dịch axit đặc thì thu được glucozơ và hợp chất C (C8H8O3). Oxi hoá C bằng dung dịch KMnO4 rồi axit hoá thì thu được D (C7H6O2) không làm mất màu dung dịch nước brom. Cho A tác dụng với CH3I lấy dư (môi trường kiềm), thuỷ phân (môi trường axit), rồi cho các sản phẩm tác dụng với HIO4 (dư) thì thu được 2,3,4,6–tetra–O–metylglucozơ; 2,3– đimetoxibutanđial và metoxietanal. a. Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, C, D. b. Hãy giải thích sự tạo thành B khi thuỷ phân A. c. Hợp chất C có quang hoạt không? vì sao?

Hướng dẫn:“Amyglađin” trong bài có cấu trúc:

Nhận xét: Cấu trúc củaamyglađintrong thực tế không giống với đề bài. Bài tập này có gốc từ câu 5 trong đề thi ICHO 31 năm 1999như sau: Bài 3: (Câu 5 trong đề thi ICHO 31 năm 1999) Glicozit A (C20H27NO11) tìm thấy trong hạt mơ không có phản ứng với thuốc thử Benedic hoặc Feling. Thủy phân A bằng enzym thu được (-) B, C8H7NO và C, C12H22O11, nhưng khi thủy phân 48 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

hoàntoàn bằng enzym lại thu được các sản phẩm hữu cơ (+) D, C6H12O6 và(-) E, C8H8O3.

C có liên kếtβ-glicozit và có phảnứng với thuốc thử Benedic hoặc Feling. Metyl hóa C với MeI/Ag2O thu đượcC20H38O11, chất này thủy phân trong môi trườngaxit thu được2,3,4-tri-O-methyl-D-glucozơ và 2,3,4,6-tetra-O-methyl-D-glucozơ. (±) B có thểđiều chế từ phản ứng của NaCN với sản phẩm của benzandehit và NaHSO3. Thủy phân trong môi trườngaxit của B thu được E, C8H8O3.

1. Viết cấu trúc từ A – D theo công thức Havoc với cấu hình phù hợp, trừ B. Glicozit A có khả năng gây độc là do hợp chất F có độc tính rất cao sinh ra khi thủy phân trong điều kiện thích hợp. Để khử độc hợp chất F, trong cây cối có thể xảy ra phản ứng ổ

ợ

ủ

â

F + L-cystein ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ G + H (C4H6N2O2) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

L-asparagin

Một lượng nhỏ hợp chất F trong cơ thể người được cho rằng có thể được giải độc bằng phản ứng trực tiếp giữa cystin tạo thành L-cystein và I, C4H6N2O2S chất này được bài tiếtở dạngurin.

F + Cys-S-S-Cys → Cys + I (C4H6N2O2S) Hợp chất I không có dải hấp thụở 2150-2250 cm-1 trong phổIR nhưng có một dải hấp thụở 1640 cm-1 và các dải hấp thụ đặc trưng cho nhóm cacboxyl.

2. Viết công thức phân tử cho F và G, công thức cấu trúc của H và I, chỉ rõ cấu hình của H. Hướng dẫn:

49 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

F là HCN, G là H2S

Nhận xét: Đề bài trên để phục vụ cho đối tượng dự thi ICHO nên yêu cầu kiến thức rộng như phổIR, hóa sinh. Để có thể phục vụ cho học sinh tham gia kì thi quốc gia hiện nay, có thể thay đổi đề bài cho phù hợp và nâng cao hơn ở phần tổng hợp như sau: Bài tập đề xuất 3.1: Amygdalin (C20H27NO11) là một glixerit cô lập lần đầu tiên 1830 từ hạt hạnh nhân và hạt mơ. Amygdalin không phản ứng với thuốc thử Benedict, bị thủy phân bới enzim α-glucozidaza thu được B (C8H7NO) và 50 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

gentiobiozơ (C12H22O11). Thủy phân Amygdalin bằng dung dịch HCl loãng thu được các sản phẩm hữu cơ bao gồm B (C6H12O6) và D-glucozơ. Gentiobiozơ có phản ứng với thuốc thử Benedict, bị thủy phân bởi enzim β-glucozidaza. Cho Gentiobiozơ phản ứng với lượng dư đimetyl sunfat trong môi trường kiềm thì thu được C (C20H38O11). Thủy phân C trong môi trường axit thu được 2,3,4-tri-Omethyl-D-glucozơ và 2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-glucozơ.

A được điều chế bằng cách cho benzandehit phản ứng với NaHSO3, rồi lấy sản phẩm cho tác dụng với NaCN. Biện luận tìm cấu trúc của Amygdalin, vẽ cấu trúc bền nhất của nó. a. Xácđịnh cấu trúc của A. b. Trong thực tế, A có thể được tổng hợp từgentiobiozơ theo sơ đồ sau: gentiobiozo

G

Ac2O H+

Ac2O

Pyridin Hướng dẫn:

D

P

E

Br2 H

P2O5 Xylen

PhCH(OH)COOC2H5 Ag2O

F

NH3 CH3OH

NH3 I

CH3OH

A

a. Cấu trúc của A:

b. Sơ đồđiều chế:

51 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

G

OAc

OAc AcO AcO

O O

OAc AcO AcO

O

AcO AcO

OAc AcO AcO

O OAc OAc

D

E

OAc

O OAcBr

O

AcO AcO

OAc AcO AcO

O O O

F

OH

OAc

COOEt

O

HO HO

OH HO HO

AcO AcO

O O O OH

G

OAc

CONH2

O OAc AcO AcO

OAc AcO AcO

O

O O O OAc

H

CONH2

O OAc AcO AcO

O O O OAc I

CN

52 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài 4: (Câu 4 vòng 1 năm 2012) Apiin là một flavon-glycozit có trong cây cần tây, mùi tây. Thủy phân apiin có xúc tác enzim -glycosidaza, thu được A (apigenin, công thức phân tử là C15H10O5), B (C6H12O6) và C (C5H10O5).

OH HO

O

7 5

A (Apigenin)

OH O

Metyl hóa hoàn toàn apiin bởi CH3I/Ag2O, sau đó thuỷ phân sản phẩm thì thu được D (C17H14O5), E (C9H18O6) và F (C8H16O5). Oxi hóa E bằng CrO3/H2SO4, thu được sản phẩm chính là axit (2S),(3S)-đimetoxisucxinic. Khi cắt mạch Ruff C thì thu được G (C4H8O4). Mặt khác, C chuyển hóa được theo sơ đồ dưới đây: + N aIO 4 C M eO H /H C 1

C2

N aIO 4

+ C3 H C4 + C5

1. Xác định cấu trúc của B. 2. Vẽ công thức Havooc của các đồng phân có thể tồn tại của C khi ở dạng furanozơ.

3. Vẽ cấu trúc của C1, C2, C3, C4 và C5.

4. Vẽ cấu trúc của apiin, biết phần đisaccarit liên kết với nguyên tử cacbon ở vị trí số 7 của A. Cho: E và F là các monosaccarit thuộc dãy D, có thể tồn tại ở dạng hỗn hợp các đồng phân anome; Khi B ở dạng -piranozơ và C ở dạng -furanozơ thì đều phản ứng được với 1 đương lượng (CH3)2CO/H2SO4; C có tính quang hoạt, còn G không có tính quang hoạt; C và G đều tham gia phản ứng Tolenxơ.

Hướng dẫn: 1. Xác định B. Kết hợp điều kiện B ở dạng -piranozơ phản ứng được với 1 đương lượng axeton và sản phẩm oxi hóa E là axit (2S),(3S)-đimetoxisucxinic, suy ra B có thể là Dglucozơ, D-sorbozơ,…

53 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

H

CH2OH O OH

HO H

H OH CH2OH D-Sorbose

Khi B là D-glucozơ: Hai nhóm cacboxyl được tạo thành do oxi hóa nhóm OH ở C2 và OH ở C5 của E. Do vậy, C liên kết với B qua vị trí 2.

CHO

MeO

HO H OH

O H

H

O H

OMe

H OH

HO H

H MeO H H

H

MeO

OH OH

H

OH

-D-Glucopiranose

COOH

OH H OMe OH

MeO H

s

H

s OMe COOH

CH2OMe

Axit (2S),(3S)-§imetoxisucxinic

E -anome)

2.Xác định đường C. Theo đầu bài C là monosaccarit dãy D, có tính quang hoạt, khi cắt mạch Ruff cho G không quang hoạt, suy ra C là một D-andotetrozơ, dạng β có nhánh CH2OH (apiozơ).

CHO H HO

2

OH

3

CHO

Thoái phân Ruff

CH2OH

HO

CH2OH

CH2OH

CH2OH

(C)

(G)

Nhóm CHO có thể nối với mỗi nhóm CH2OH, cho 2 dạng vòng furanozơ. Mỗi dạng lại có 2 đồng phân: α- và β-anome. Như vậy, về mặt lí thuyết khi ở dạng furanozơ, C có thể tồn tại 4 đồng phân như sau (Dãy D: OH ở C2 nằm bên phải ở công thức Fisơ, và nằm dưới mặt phẳng vòng ở công thức Haworth): O CH2OH OH

OH

O OH

OH -Anome (1)

CH2OH OH

OH

-Anome (2)

OH

O

O OH

OH OH H2COH

OH -Anome (3)

H2COH

OH

-Anome (4)

54 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Trong số 4 dạng trên chỉ có 2 dạng (1) và (2) có nhóm CH2OH ở phía trên của vòng là đảm bảo dữ kiện của đề bài.

3. Công thức của C, C1, C2, C3, C4 và C5.

OH

O

MeOH/H+

CH2OH

OCH3

O CH2OH

NaIO4

OCH3

O

NaIO4

O CHO

OH

OH

OH -Anome

OH

OCH3

O

H

COOH CHO

CH2OH

C1

C3

C2

+

HOCH2-COOH C4 + OHC-CHO C5

4. Khi B là D-glucozơ thì công thức của Apiin là OH

OH O

HO HO

2

7

O

O

O

O

CH2OH

OH

2'

OH

OH

O

Apiin

Khi B là D-sorbozơ thì “apiin” có công thức sau (mặc dù chưa tìm thấy chất này tồn tại ở dạng glycozit trong thiên nhiên).

O

HO HO

3

O

O

OH O

O 7

CH2OH

5

OH O

CH2OH

2'

OH

OH

"Apiin"

Nhận xét: Bài tập có ý tưởng tốt (có lẽ xây dựng dựa trêný tưởngcâu 10 đề thi ICHO 38 năm 2006), tuy nhiên do chưa chặt chẽ lắm về dữ kiện và ngôn từ nên đã gây rất nhiều lúng túng cho học sinh và không ít tranh luận. Có thể làm cho bài tập chặt chẽ hơn như sau: Bài tập đề xuất 4.1: Apiin là một flavon-glycozit có trong cây cần tây, mùi tây.

Thủy phân apiin có xúc tác enzim -glycosidaza, thu được A (apigenin, công thức phân tử là C15H10O5), B (C6H12O6) và C (C5H10O5).

55 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

OH HO

O

7 5

A (Apigenin)

OH O

Metyl hóa hoàn toàn apiin bởi CH3I/Ag2O, sau đó thuỷ phân sản phẩm thì thu được D (C17H14O5), E (C9H18O6) và F (C8H16O5). Oxi hóa E bằng HIO4, thu được sản phẩm 2,3,4-tri-O-metyl-D-arabinozơ. Khi cắt mạch Ruff C thì thu được G (C4H8O4). Mặt khác, C chuyển hóa được theo sơ đồ dưới đây: + N aIO 4 C M eO H /H C 1

C2

N aIO 4

+ C3 H C4 + C5

1. Xác định cấu trúc của B. 2. Vẽ công thức Havooc của các đồng phân có thể tồn tại của C khi ở dạng furanozơ.

3. Vẽ cấu trúc của C1, C2, C3, C4 và C5.

4. Vẽ cấu trúc của apiin, biết phần đisaccarit liên kết với nguyên tử cacbon ở vị trí số 7 của A. Cho: F là các monosaccarit có cấu hình 2R, 3S và có thể tồn tại ở dạng hỗn hợp các đồng phân anome. Dạng metyl--piranozit của Bvà dạng metyl--furanozit của C thì đều phản ứng tối đa với 1 đương lượng (CH3)2CO trong môi trườngaxit; C có tính quang hoạt, còn G không có tính quang hoạt; C và G đều tham gia phản ứng với thuốc thử Tolen.

Nhận xét: Phát triểný tưởng của bài tập này, có thể dựng một lớp bài tập thú vị, dướiđây xin trình bày một bài tập như vậy.

Bài tập đề xuất 4.2: 1. Rhoifolin là một flavon-glycozit có trong cây gai, cam chát.

56 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Thủy phân rhoifolin có xúc tác enzim -glycosidaza, thu được Apigenin(công thức ở hình bên), đisaccarit X (C12H22O10). X tác dụng với CH3OH có mặt HCl tạo thành Y (C13H24O10). Y chỉ phản ứng được với tối đa với một đương lượng axeton trong môi trường axit.Cắt mạch Y bằng HIO4 rồi thủy phân sản phẩm, thu được hỗn hợp axit formic, etanđial (glioxal), hydroxypropanđial, (S)-2-hidroxypropanal, (R)-2,3-đihydroxypropanal. Mặt khác, metyl hóa hoàn toàn Y bởi CH3I/Ag2O sẽ thu được Z (C19H36O10). Đun nóng Z có mặt axit thu được 3,4,6-tri-O-metyl của Dglucozơ và T (C9H18O5). T bị oxy hóa bởi CrO3/H2SO4 thu được axit axetic, axit 2,3-đimetoxisucxinic không quang hoạt, axit (2R,4R)-2,3,4-trimetoxypentanđioic.

Vẽ cấu trúc của rhoifolin, biết phần đisaccarit liên kết với nguyên tử cacbon ở vị trí số 7 của Apigenin.

OH HO

O 7

(Apigenin)

5

OH O

2. Apigenin được tổng hợp theo sơ đồ sau:

57 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

benzen

HNO3 H 2SO 4

E

A C6H 3N3O6

TsCl

F

Et3N

C24H22O9S2

H2 Ni G

B C6H9N3

bazo

H C36H 30O12S3

axeton 1. CO2/NaOH D C C6H6O 3 2. H 2SO4 C7H6O5 H+ Axit Toluen

I

K 2CO 3

E C10H10O5

Apigenin

C36H 28O11S3 CH3OH

Xác định cấu tạo các chất chưa rõ trong sơ đồ trên. Biết 4-axetylphenol phản ứng với TsCl có mặt amin bậc ba tạo ra K, cho K tác dụng với LDA sẽ thu được G. Hướng dẫn: 1. Làm tương tự như các bài trên sẽ dễ dàng xác định được cấu trúc của rhoifolin:

2. Bài tập tổng hợp

58 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

O2N

A

NO2

H2N

COOH

OH C

B

NO2

HO

NH2 HO

NH2 OH

OH

O

OTs O

OH O

D

HO OH

O

E

TsO

OLi

K OH

G

OTs

OTs TsO

OTs O H

O

TsO

TsO

TsO

F

O

O HO

O

O

O I

OTs O Nhận xét: Phầnđầu của bài toán được xây dựng theo chuẩn, chặt chẽ, có độ khó tương đối. Phần tổng hợp là phần nâng cao chỉ phù hợp với học sinh tham gia thi vòng 2, giáo viên có thể lược bỏ phần này nếu chỉ muốn tập trung luyện tập phần gluxit cho học sinh.

Bài 5: (Câu 10 đề thi ICHO 38 năm 2006) Chất ngọt được chiết ra từ rễ cây cam thảo có độ ngọt gấp 50-150 lần so với đường ăn. Hợp chất quan trọng và phổ biến nhất tạo độ ngọt và tác dụng y học của cam thảo là glycyrrhizin (C42H62O16).

59 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Trung hòa Glycyrrhizin cần 3 đương lượng NaOH. Khi thủy phân glycyrrhizin với dung dịch HCl thu được axit Glycyrrhizinic,A (C30H46O4) và B (C6H10O7) theo tỉ lệ mol 1: 2. Khi metyl hóa hoàn toàn glycyrrhizin với metyl iođua có mặt Ag2O, rồi thủy phân với dung dịch HCl cho A’ (C31H48O4, metyl glycyrrhizinat), C (C9H16O7) và D (C10H18O7). Các hợp chất B, C và D thu được đều tồn tại ở dạng hỗn hợp các đồng phân anome. Khi cho C và D tác dụng với metyl iođua có mặt Ag2O thu được cùng một hỗn hợp đồng phân anonme của J (C11H20O7). Khử C với LiAlH4 cho K (C8H16O6), khử tiếp K với H2 (xúc tác Ni-Raney) thu được L (C8H18O6). Oxy hóa L với NaIO4 cho M (C6H10O4) và fomanđehit. Khử hóa M bằng H2 (xúc tác NiRaney) tạo ra N (C6H14O4). Có thể tổng hợp N từ axit D-(-)-tactaric thông qua phản ứng metyl hóa bằng metyl iođua có mặt Ag2O, rồi khử bằng LiAlH4.

1. Viết cấu trúc của L, M và N. 2. Có bao nhiêu công thức cấu trúc có thể của C? Viết các cấu trúc có thể cho C. Để xác định cấu trúc của C, khử J với LiAlH4 cho E (C10H20O6), thủy phân E bằng dung dịch HCl cho F (C9H18O6). Khử tiếp F với H2 (xúc tác Ni-Raney) thu được G (C9H20O6). Oxy hóa G với NaIO4 cho H (C8H16O5) và fomanđehit. Khử H với

60 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

H2(xúc tác Ni-Raney) thu được I (C8H18O5) không quang hoạt. Cho công thức của A và axit D-(-)-tactaric như sau: HOOC OH

O HOOC

H

OH

H HO

COOH

axit D-(-)-tactaric H A (Axit Glycyrrhizinic)

3. Hãy viết các cấu trúc cho G và I. 4. Trong số các công thứcđã vẽ, cấu trúc nàođúng đối với C? 5. Hãy viết các cấu trúc B, D và J. 6. Hãy viết cấu trúc cho Glycyrrhizin.

Hướng dẫn:

1.

61 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

2.

3.

62 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

5.

6. Glycyrrhizin: Nhận xét: Bài tập là mô hình chuẩn về đề bài cho lớp bài tập xácđịnh cấu trúc cacbohidrat tự nhiên. Bài tậpđi từ dễ đến khó, rõ ràng, có gợiý cần thiết.

63 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài đề xuất 5.1: Scillaren A (kí hiệu A, C36H52O13) là một gluxit có trong câyUrginea thuộc họ phong lan.

Khi metyl hóa hoàn toàn A với metyl iođua có mặt Ag2O, rồi thủy phân với dung dịch HCl cho thu được2,3,4,6-tetra-O-metyl-D-Glucozơ, C (C8H16O5) và D. Trong đó, D có cấu trúc như sau: HO H

O

H

O

H3CO

C tác dụng với HIO4 thu đượcaxetandehit, D không quang hoạt (C6H10O4) là dẫn xuất củaaxit sucxinic. Xácđịnh cấu trúc của A biết rằng các liên kết glicozit trong đềuở dạngβ.

Hướng dẫn: CHO H

OH

OCH3

O

H

D là:

OH

OCH3 CHO

. Vậy C là

OCH3

OCH3

64 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Cấu trúc của A là:

65 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

III. Trisaccarit Bài tậpđề xuất 1: Gentaminxin (kí hiệuG, C20H41N5O10) là một kháng sinh glicozit có cấu trúc như sau:

Thủy phân G trong dung dịch axit HCl loãng thu được những sản phẩm gì (biểu diễn cấu trúc bằng công thức Fisơ)?

Bài tập đề xuất 2: Digitoxin (D, C41H64O13) là một gluxit có trong cây địa hoàng được dùng làm thuốc chữa bệnh tim.

D phản ứng với CH3I có mặt Ag2O tạo thành A (C46H74O13). Thủy phân A bằng enzim β-glucozidaza thu được B (C8H16O4), C (C7H14O4) và S’. Trong khi C không tác dụng với HIO4 thì B bị cắt mạch tạo thành E (C5H8O3), axit fomic, axetandehit.

66 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Oxy hóa E bằng HNO3 sẽ thu được axit (R)-metoxy sucxinic. Mặt khác, nếu thủy phân trực tiếp D bằng enzim β-glucozidaza tạo thành F (C6H12O4) và S. CảD vàdạng metyl--piranozit củaF đều chỉ phản ứng tối đa với 1 đương lượng axeton xúc tác bởi axit. F phản ứng với HIO4 sẽ thu được propandial, axetandehit và axit fomic. Biết công thức của S’ như dưới, xác định công thức rồi vẽ cấu trúc của D.

Hướng dẫn: Từ các dữ kiện đề bài, xácđịnhđược

C

B

F

Cấu trúc của D là:

67 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

68 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

IV. Oligosaccarit Bài tập đề xuất 1: Crocin (C44H64O24) là một caroten tự nhiên có trong cây dành dành.

Thủy phân hoàn toàn crocin chỉ thu được D-glucozơ vàaxit cacboxylic A (C20H24O4). A là một tecpen có cấu hình toàn trans, khi ozon phân oxy hóa thu được hỗn hợpaxit 2-oxopropanoic vàaxit oxalic. Metyl hóa hoàn toàn crocin bằng CH3I dư có mặt Ag2O thu được hợp chất B. Thủy phân hoàn toàn B thu được A và hỗn hợp có số mol bằng nhau của 2,3,4-tri-O-metylglucozơ và 2,3,4,6-tetra-Ometylglucozơ. Biết crocin chỉ chứa liên kếtβ-glycozit, xácđịnh rồi biểu diễn cấu trúc của crocin. Crocin có tính quang hoạt hay không?

Hướng dẫn:Xácđịnh A: Dễ thấy trong crocin có 4 đơn vị Glucozo và 1 đơn vị của A. Từđó, cấu trúc của Crocin phải là:

69 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài tập đề xuất 2: Lanatosit C (C47H74O19) là một gluzit kích tim dùng trong điều trị bệnh trụy tim có trong cây mã đề.

Trong điều kiện thích hợp, lanatosit C thu được steroit A (C23H34O5) và một tetrasaccarit B (C24H42O15). Thủy phân hoàn toàn B trong môi trườngaxit thu được 3 đương lượng C (C6H12O4) và 1 đương lượng D-Glucozơ. Mặt khác, nếu metyl hóa hoàn toànlanatosit C bằng CH3I có mặt Ag2O thu được D (C56H92O19).

70 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Thủyphân D trong môi trườngaxit thu được E, F, C và 2,3,4,6-tetra-Ometylglucozơ. Biết cấu trúc của E, F như sau:

Xácđịnh cấu trúc lanatosit C. Hướng dẫn: Cấu trúc A là:

Cấu trúc lanatosit C là:

71 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

V. Polysaccarit Bài tậpđề xuất 1: Chitin (tách từ vỏ tôm cua ...) được coi như dẫn xuất của xenlulozơ, trong đó các nhóm hiđroxyl của các nguyên tử C2 được thay thế bằng các nhóm axetylamino (-NH-CO-CH3). Viết công thức cấu tạo 1 đoạn mạch của phân tử chi tin.

Hướng dẫn: Cấu trúc của Chitin

Bài tậpđề xuất 2: Heparin là một loại polisaccarit có trong máu, gan, phổi, cơ có tác dụng chống đông máu. Heparin được cấu trúc như sau:

a) Thủy phân heparin có mặt enzym emulsin (enzym chuyên phân cắt liên kết βglicozit) sẽ thu được các sản phẩm nào (biểu diễn bằng công thức Fisơ)? b) Thủy phân heparin bằng dung dịchaxit loãng, đun nóng sẽ thu được các sản phẩm nào (biểu diễn bằng công thức Fisơ)?

72 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài tậpđề xuất 3: Aga (mạch chính của phân tử gọi là agaroza) là một loại polisaccarit có trong một số loại rong biển. Aga ở trạng thái vô định hình, không tan trong nước lạnh dễ tan trong nước sôi. Khi làm lạnh dung dịch chứa 0,5- 1,5 % aga đến 35-39oC thu được khối keo đông đặc (gọi là thạch). Aga được dùng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Agaroza được cấu tạo luân phiên bởi đơn vị -Dgalactopiranozơ và 3,6-anhiđro--L-galactopiranzơ. Khi thuỷ phân hoàn toàn agaroza thu được D- galactozơ và L-galactozơ. Thuỷ phân không hoàn toàn agaroza thì chỉ thu được 2 đisaccarit: 4-O-(-D-galactopiranozyl)-3,6-anhiđro-Lgalactopiranozơ (X); 3-O-(3,6-anhiđro--L-galactopiranozyl)-D-galactopiranozơ (Y).

1. Biểu diễn cấu trúc của các đisaccarit X, Y bằng công thức phối cảnh.

2. Cho X, Y tác dụng với HIO4 và axeton trong môi trường axit, viết phương trình nếu có.

3. Viết công thức cấu trúc một đoạn mạch agaroza (3 mắt xích) bằng công thức vòng Havooc.

Hướng dẫn: Cấu trúc của Aga:

73 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

C. KẾT LUẬN I. Những công việc đã làm được 1. Sưu tầm, hệ thống hóa và phân loại các bài tập đã có sẵn trong các đề thi chính thức như đề thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa vòng 1, vòng 2, đề thi Olympic hóa quốc tế ICHO. 2. Phân tích, phát triển các vấn đề và đưa ra gợi ý để giải quyết các vấn đề.

Các hướng phát triển có thể khai thác, dựđoán xu hướng các đề thi.

3.Tự xây dựng để bổ sung các bài tập cho từng phần mà chúng tôi đã phân loại, theo các mức độ khó dễ khác phù hợp cho các đối tượng học sinh và các giai đoạn tập huấn bồi dưỡng học sinh giỏi.

4. Những nội dung của đề tàiđã được chúng tôi đã vàđang triển khai giảng dạy tại trường. Qua đó, chúng tôi nhận thấy học sinhđã dần dần làm quen và nắm được các cấu trúc mới và tương đối phức tạp, các hợp chất thiên nhiên điển hình của cacbohidrat. Bước đầu, học sinh đã có thể vận dụng để giải quyết các bài tập.

II. Đề xuất 1. Trong quá trình thực hiện đề tài này, chúng tôi không tránh khỏi những hạn chế về mặt kiến thức nên sẽ có nhiều vấn đề có thể có sai xót trong nhận định, chưa bao quát hết các trường hợp.

2. Thông qua hội thảo, chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài, đồng thời góp phần nâng cao kiến thức của chúng tôi và đóng góp vào bộ tư liệu giảng dạy chung thêm phong phú.

74 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tài liệu tham khảo 1. Các đề thi học sinh giỏi quốc gia vòng 1, vòng 2 các năm.

2. Các đề thi Olympic hóa học quốc tế (ICHO).

3. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên THPT chuyên năm 2012.

4. IUPAC-IUBMB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN).

Nomenclature of Carbohydrates.

5. Organic chemistry, Francis A. Carey.

6. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry.

7. Essentials of Carbohydrate Chemistry.

8. Carbohydrates: Synthesis, Mechanisms, and Stereoelectronic Effects

75 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com