Ban Mau Co Che Phan Ung 2 [PDF]

Zitiervorschau

Cơ bản về cơ chế phản ứng Bài 1 1) Bổ sung các mũi tên cong để biểu diễn sự tạo thành mỗi sản phẩm sau:

2) Sử dụng các mũi tên cong đã cho để bổ sung các điện tích còn thiếu:

3) Xác định sản phẩm của các phản ứng sau. Chỉ rõ điện tích.

Bài 2 Với mỗi phản ứng sau, hãy thêm mũi tên cơ chế để biểu diễn dòng chuyển dời electron. Nếu cần thiết, hãy chỉ rõ các cặp electron chưa liên kết hoặc hydrogen.

Bài 3 Với mỗi phản ứng sau, hãy thêm mũi tên cơ chế để biểu diễn dòng chuyển dời electron. Nếu cần thiết, hãy chỉ rõ các cặp electron chưa liên kết hoặc bất kì điện tích còn thiếu nào.

Bài 4 Với mỗi phản ứng sau, hãy thêm mũi tên cơ chế để biểu diễn dòng chuyển dời electron. Nếu cần thiết, hãy chỉ rõ các cặp electron chưa liên kết hoặc bất kì điện tích còn thiếu nào.

Bài 5 Viết cơ chế quá trình ngược với mỗi phản ứng sau:

Bài 6 Hoàn thành các cơ chế phản ứng sau

Bài 7 Đặt các mũi tên thích hợp vào các chất đầu để biểu diễn sự tạo thành các sản phẩm.

Bài 8 Trình bày cơ chế các phản ứng trong chuỗi chuyển hoá sau đây:

Bài 9 Mỗi electrophile sau đây có thể phản ứng với một nucleophile ở (ít nhất) 1 trong 2 vị trí. Xác định các vị trí (nguyên tử) đó và vẽ cơ chế, sản phẩm tạo thành.

Bài 10 Phản ứng của 3 cặp chất với nhau tạo thành các sản phẩm như sau, nhưng cơ chế phản ứng chưa đúng. Giải thích và viết cơ chế hợp lí hơn.

Giải thích cơ chế phản ứng Bài 1 Dự đoán sản phẩm tạo thành từ các phản ứng sau:

Bài 2 Đề xuất cơ chế cho các phản ứng sau:

Bài 3 Giải thích các phát biểu sau: a) Trong khi t-butyl chloride gần như kết tủa tức thời với dung dịch silver nitratealcohol thì hợp chất chloride (I) lại trơ, thậm chí là khi đun sôi kéo dài.

b) Các acetal bền với base nhưng bị thủy phân dễ dàng bởi acid. c) Khi độ phân cực dung môi tăng lên, tốc độ phản ứng SN2 trong phương trình 4.1 giảm một chút nhưng trong phản ứng 4.2 thì lại tăng mạnh.

d) Sự thủy phân kiềm của ethyl bromide được xúc tác bởi iodide ion. e) Phản ứng tách nước của CH3CH(OH)C(CH3)3 với sulfuric acid đặc tạo thành tetramethylethylene. f) Các β-keto-acid đơn giản, RCOCH2CO2H, dễ decarboxyl khi đun nóng, nhưng hợp chất (II) thì lại bền.

g) Các bromo-ether đồng phân (III) và (IV) bị thủy phân trong acetic acid tạo thành cùng một hỗn hợp sản phẩm.

Bài 4 Dự đoán sản phẩm chính của các phản ứng sau: a) b) c) d) e) f) g)

h)

i) j) k)

Bài 5 Hãy cho biết anken sau đây là anken nào ? Giải thích bằng cách viết sơ đồ phản ứng. Gọi tên anken ban đầu và viết chính xác lập thể sản phẩm 1. Tác dụng với Br2/CCl4 cho (2R, 3R)-2,3-dibrom-3-metylpentan 2. Tác dụng với KMnO4 loãng lạnh cho (1S, 2R)-1-phenylpropan-1,2-diol. 3. Cho 2,7-dimetyl-2,6-octadien tác dụng với axit p-toluensunfonic (TsOH).

Bài 6 Giải thích các hiện tượng sau đây 1. Khi một ankyl halogenua phản ứng với anion isoxianat SCN- thì phản ứng thế xảy ra ở nguyên tử lưu huỳnh cho sản phẩm RSCN. Tuy nhiên nếu thay anion thioxianat bằng anion xianat OCN- thì phản ứng thế xảy ra trên nguyên tử N cho sản phẩm RNCO. 2. Dung môi phân các dẫn xuất bromua sau đây theo cơ chế SN1 sẽ cho các kết quả khác nhau như sơ đồ dưới.

3. Khi tiến hành phản ứng giữa axit (2R) – bromaxetic với NaOH 1% thu được sản phẩm axit (2R) – hydroxiaxetic, thế nhưng khi tăng nồng độ NaOH lên 50% lại thu được axit (2S) – hydroxiaxetic. 4. Các hợp chất có dạng ROCH2X (X: Cl, Br, I) rất nhạy với phản ứng SN1, nhất là khi R là gốc phenyl thì vận tốc tương đối của phản ứng luôn vào khoảng 1014. Giải thích

Bài 7 Đề nghị cơ chế cho các phản ứng sau:

Bài 8 Terpineol có thể bị chuyển hóa thành cineole (được tìm thấy tự nhiên trong gia vị thảo quả) khi cho vào dung dịch acid loãng. Trình bày cơ chế phản ứng để giải thích chuyển hóa này.

Bài 9 1. Hãy giải thích tại sao khi dung môi phân (t-Bu)3CBr thì tốc độ xảy ra nhanh hơn gấp 10000 lần so với khi dung môi phân Me3CBr, mặc dù cacbocation Me3C+ bền hơn rất nhiều. 2. Hãy đề nghị một cơ chế chi tiết cho sự chuyển vị cacbocation sau đây:

3. Giải thích tốc độ thủy phân tương đối của các dẫn xuất halogen sau đây

Bài 10 1. Giải thích trị số pKa của các hydrocarbon sau đây:

2. Hợp chất A1 là dẫn xuất của eugenol có khả năng kích thích sinh trưởng thực vật. Từ eugenol có thể tổng hợp A1 theo hai cách sau: OH OCH3

a.

NaOH/EtOH 140OC - 180OC

A

1. ClCH2COONa, 90OC 2. HCl

A1

CH2-CH=CH2 OH

b.

OCH3

O B 1. NaOH/EtOH, 100 C

1. NaOH 2. ClCH2COONa,

90OC

2. HCl

CH2-CH=CH2

Hãy giải thích và so sánh khả năng phản ứng của hai cách tổng hợp trên.

A1

Bài 11 1. Cho biết sản phẩm của các phản ứng sang và giải thích bằng cơ chế (sản phẩm cũng là tiểu phân trung gian)

2. Người ta tìm thấy được một số gốc tự do A và B có cấu trúc như hình dưới. Cho biết cấu trúc hình học của nguyên tử cacbon trung tâm trong hai gốc này và giải thích tại sao nó có dạng hình học đó.

Bài 12 Hai alkyl bromide 1 và 2 khi tham gia phản ứng dung môi phân SN1 bị chuyển hóa thành cùng một alcohol bậc hai 3 thay vì tạo thành hỗn hợp các sản phẩm dung môi phân 3 và 4. Trong chuyển hóa này, 1 có tốc độ chuyển hóa nhanh gấp 1 triệu lần so với 2.

Giải thích tại sao 1 lại có hoạt tính mạnh hơn nhiều so với 2. Và tại sao 1 chỉ tạo thành alcohol 3 mà không phải hỗn hợp 3 và 4.

Bài 13 Trong phản ứng thế lưỡng phân tử SN2 của các cycloalkyl halide (và các nhóm rời đi hữu hiệu khác) thì tốc độ phản ứng giảm khi kích thước vòng giảm: cyclopentyl > cyclobutyl >> cyclopropyl.

Giải thích cho xu hướng biến đổi khả năng phản ứng trên.

Bài 14 1) Các bromohydrin 1 và 2, dưới tác động của base bị vòng hóa tạo thành dẫn xuất epoxide với tốc độ rất khác nhau. 2 phản ứng nhanh hơn 1 nhiều. Từ hiểu biết của bạn về phản ứng theo cơ chế SN2, hãy giải thích quan sát này.

2) Cyclohexene epoxide dưới đây phản ứng với nhiều nucleophile tạo thành các sản phẩm với cấu trúc tổng quát 2 với độ chọn lọc cao, bất chấp thực tế là sự tấn công ở C4 tạo thành đồng phân dia 1 bền hơn.

Bài 15 a) Giải thích tại sao 4 – tert – butylxiclohexen được hình thành từ cis – 4 – brom - tert – butylxiclohexan nhanh hơn nhiều so với đồng phân trans của nó ? b) Giải thích tại sao khi tách 2-flobutan bằng EtO- thì sản phẩm thu được đến 81% là but-1-en ? c) MTBE (metyl – tert – butylete) là chất được sử dụng để thay thế tetraetyl chì làm chất chống kích nổ cho xăng (xăng không pha chì). Người ta điều chế nó theo hai cách sau: Cho t-BuOK tác dụng với CH3Br và cho CH3ONa tác dụng với t-BuCl. Trong hai cách đó thì cách nào dẫn đến sản phẩm ? Giải thích. d) Sắp xếp các chất sau đây theo khả năng tăng dần sự tách E2, giải thích.

Bài 16 1. Norlupinan có cấu trúc như sau:

Thực hiện sự tách Hofmann hợp chất này ba lần liên tiếp, và cứ sau mỗi lần tách lại hydro hóa sản phẩm thu được. Cho biết cấu trúc sản phẩm cuối 2. a) Khi đun ancol neopentylic trong axit thu được hai anken A và B có cùng công thức C5H10 theo tỉ lệ 85/15. Cho biết anken nào là sản phẩm chính và giải thích bằng cơ chế. b) Neopentyl bromua có thể tách E2 được không ? c) Khi đun neopentyl bromua trong ancol loãng thì thu được hỗn hợp anken tương tự ở câu a. Hãy đề nghị một cơ chế phù hợp cho trường hợp này và giải thích tại sao phản ứng không cần có sự xúc tác axit?

Bài 17 Xác định sản phẩm hữu cơ của các phản ứng sau và giải thích bằng cơ chế phản ứng

Bài 18 Giải thích những vấn đề sau đây 1. Benzendiazoni clorua cho phản ứng tạo azo với phenol nhưng không cho phản ứng với anisol có hoạt tính kém hơn. Trái lại 2,4dinitrobenzendiazoni clorua lại cho phản ứng được với cả phenol và anisol. 2. Các giá trị tốc độ phần xác định được khi nitro hóa t-butylbenzen là fo = 4,5 ; fm = 3,0 và fp = 75. Xác định xem t-butylbenzen phản ứng nhanh hơn benzen bao nhiêu lần và tính % từng sản phẩm nitro hóa. 3. N,N-dimetylanilin là hợp chất thơm có hoạt tính cao và dễ bị tấn công bởi tác nhân electrophin yếu như cation diazoni, ion nitrosyl. Giải thích tại sao khả năng phản ứng lại giảm mạnh khi đưa thêm nhóm ankyl vào ortho. 4. Khi tiến hành phản ứng Friedel – Crafts giữa naphtalen và axetyl clorua trong CS2 thu được1-axetylnaphtalen còn nếu dùng dung môi là nitrobenzen sản phẩm lại là 2-axetylnaphtalen

Bài 19 Đề nghị sản phẩm các phản ứng sau và giải thích bằng cơ chế phản ứng

Bài 20 Giải thích các quan sát sau: Iodine là một xúc tác cho phản ứng bromine hóa nhân thơm. Sản phẩm sulfonic hóa naphthalene phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng. 2,6-dimethylcetanilide chủ yếu bị nitro hóa ở vị số 3. Pyrrole dễ phản ứng với các electrophile ở vị trí 2 hơn là vị trí 3, trong khi đó với indole thì ngược lại. e) Sự nitro hóa dimetylanilne chủ yếu tạo thành dẫn xuất m-nitro khi sử dụng nitric và sulfuric acid đặc, trong khi với các điều kiện ít tính acid hơn thì chủ yếu tạo thành các dẫn xuất o- và p-nitro. a) b) c) d)

Bài 21 Dự đoán các phản ứng thế nucleophile của nhóm carbonyl sau có xảy ra được hay không:

Bài 22 1) Trình bày cơ chế các phản ứng sau

2) Trong nước, cyclopropanone tồn tại dưới dạng hydrate, nhưng 2hydroxyethanal thì không thể tồn tại dưới dạng hemiacetal.

3) Dưới đây là một phương pháp điều chế các cyanohydrin. Đề xuất cơ chế chi tiết cho quá trình này.

4) Triketone dưới đây gọi là ninhydrin, được dùng để phát hiện các amino acid. Trong dung dịch nước, nó tồn tại ở dạng hydrate. Nhóm chức ketone nào bị hydrate hoá? Tại sao?

5) Trichloroethanol có thể được tổng hợp bằng phản ứng khử trực tiếp chloral hydrate trong nước với sodium borohydride. Đề xuất cơ chế cho phản ứng này. Chú ý rằng sodium borohydride không thay thế hydroxide từ các nguyên tử carbon.

6) Không thể tạo ra các sản phẩm cộng từ các aldehyde đơn giản và HCl. Nếu có thể được tạo ra thì cấu trúc của những sản phẩm đó là như thế nào? Trình bày cơ chế tạo thành và giải thích tại sao không thể điều chế những chất này?

Bài 23 Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa sau:

Bài 24 Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa sau:

Bài 25 Phản ứng trực tiếp tạo thành ester từ carboxylic acid (R1CO2H) và alcohol (R2OH) xảy ra trong dung dịch acid nhưng dung dịch base thì không. Vì sao không? Ngược lại, phản ứng trực tiếp tạo thành ester từ alcohol (R2OH) và acid anhydride [(R1CO)2O] hoặc acid chloride (R1COCl) thường tiến hành trong các dung dịch có tính base (có mặt các base như pyridine). Giải thích.

Bài 26 Trình bày cơ chế của các phản ứng sau: a) b) c) d)

Thủy phân xúc tác acid của một amide, RCONH2. Thủy phân xúc tác base của một ester, RCO2CH3. Bromine hóa xúc tác acid của acetone. Tự ngưng tụ xúc tác base của ethyl acetate.

Bài 27 Dự đoán sản phẩm tạo thành khi các phản ứng thủy phân sau được tiến hành trong nước đánh dấu đồng vị 18O. a) Thủy phân CH3COOC(CH3)3 b) Thủy phân CH3COOCH3

Bài 28 Việc tạo ester của các amino acid tồn tại trong tự nhiên (có cấu trúc tổng quát dưới đây) là rất cần thiết để giữ chúng ở dạng muối hydrochloride. Điều gì sẽ xảy ra khi trung hoà các hợp chất này?

Bài 29 Có thể tạo ra diester hoặc monoester của butanedioic acid (succinic acid) từ anhydride vòng dưới đây. Giải thích tại sao một phương pháp tạo ra diester, còn phương pháp kia là monoester.

Bài 30 Khi xử lí ketone A với methanol trong môi trường acid thì không tạo thành sản phẩm dự đoán acetal B mà thay vào đó là một sản phẩm C khác.

a) Trình bày cơ chế chuyển hóa ketone A thành sản phẩm C. b) Giải thích tại sao sản phẩm dự đoán B không được tạo thành.

Bài 31 Đề xuất cơ chế cho chuyển hóa sau:

Bài 32 Xử lí một carboxylic acid với tác nhân Vilssmeier, tạo thành một acid chloride. Đề xuất cơ chế phản ứng cho chuyển hóa này:

Bài 33 Trình bày cơ chế phản ứng sau:

Bài 34 Như bạn đã biết, khi xử lí một nitrile với dung dịch acid sẽ dẫn đến sự thủy phân tạo thành một carboxylic acid. Tuy nhiên, nếu nitrile được xử lí với acid khan và một alcohol thì thay vào đó, một orthoester sẽ được tạo thành. Hãy đề xuất cơ chế của chuyển hóa này.

Bài 35 Đề xuất cơ chế của phản ứng sau:

Bài 36 a) Phản ứng Ritter là một phương pháp thú vị để tổng hợp các amide. Hãy trình bày cơ chế của phản ứng Ritter được cho dưới đây.

b) Phetermine là một chất ức chế sự thèm ăn, được dùng để giúp các bệnh nhân béo phì giẩm cân. Hãy trình bày một quy trình tổng hợp chất tương tự phetermine, sử dụng các nguyên liệu đầu cho trước dưới đây. Trong tổng hợp của bạn, phản ứng Ritter sẽ đóng vai trò giai đoạn then chốt. Nguyên liệu đầu

Sản phẩm mong muốn

+ bất kì các tác nhân vô cơ, hữu cơ nào khác

Chất tương tự phetermine

Bài 37 Đề xuất cơ chế cho phản ứng sau:

Bài 38 Đề xuất cơ chế cho các phản ứng sau, giải thích sự thành các sản phẩm.

Bài 39 Một trong những phản ứng quan trọng nhất trong hóa hữu cơ là phản ứng của nhóm carbonyl với một tác nhân nucleophile như minh hoạt dưới đây. Bạn có thể suy luận chi tiết về chuyển hóa này dựa vào những hiểu biết về lí thuyết FMO:

a) Xác định các HOMO và LUMO tương ứng với quá trình này. b) Vẽ giản đồ năng lượng bao gồm tất cả các orbital của mỗi tác nhân phản ứng. Xác định rõ mỗi orbital (ví dụ σC-R) và điền các electron vào mỗi orbital. c) Hãy phác thảo LUMO và chỉ ra nucleophile sẽ được định hướng tehes nào khi tiếp cận với nhóm carbonyl trong hợp chất dưới đây.

Bài 40 Cyanide là một nucleophile tốt, có thể cộng hợp trực tiếp [direct addition] vào nguyên tử carbon có tính electrophile của nhóm carbonyl. Cyanide cũng có thể thực hiện phản ứng cộng liên hợp [conjugate addition] - cộng hợp vào nguyên tử β của một hợp chất α,β-carbonyl không no như A. Hai kiểu phản ứng được biểu diễn dưới đây:

a) Đề xuất cơ chế cho mỗi phản ứng. b) Ngay sau khi trộn A với cyanide ở pH 9, thì hợp chất B là cấu tử hữu cơ chính trong hỗn hợp phản ứng. Sau một thời gian, nồng độ chất C tăng từ từ cho đến khi nó trở thành hợp chất hữu cơ duy nhất còn hiện diện. Hãy giải thích các quan sát này

c) Sử dụng các trục tọa độ được cho ở trên, hãy vẽ giản đồ năng lượng của hai phản ứng với chất đầu được biểu diễn ở giữa. Chỉ rõ tương quan năng lượng của chất đầu, các trạng thái chuyển tiếp, các trung gian và các sản phẩm.

Giải thích cơ chế phản ứng 2 Bài 1 1) Giải thích tại sao (1S,3R)-3-tert-butylcyclohexyl tosylate trải qua phản ứng tách E2 với potassium tert-butoxide rất chậm, trong khi (1R,3R) thì phản ứng nhanh hơn rất nhiều. 2) Phản ứng của cis-2-pentene với iodine azide (IN3) trong dichloromethane tạo thành (2S,3S)-3-azido-2-iodopentane và (2R,3R) -3-azido-2-iodopentane nhưng không tạo thành bất kì đồng phân dia nào khác. Cho biết hóa lập thể của phản ứng cộng và trình bày cơ chế để giải thích. 3) Phản ứng của trans-2-hexene với dung dịch peracetic acid tạo ra (2S,3R)- 2,3hexane diol và (2R,3S)-2,3-hexanediol nhưng không tạo thành bất kì đồng phân dia nào khác. Cho biết hóa lập thể của phản ứng cộng. 4) Đun nóng (2S)-3-methyl-3-phenyl-2-butyl tosylate trong ethanol dẫn đến sự chuyển vị khung carbon và tạo thành (3S)-2-ethoxy-2-methyl-3phenylbutane. Thông tin nào nói cho bạn biết về tiến trình hóa lập thể của chuyển vị này. 5) Xử lí trans-2-phenylcyclohexyl tosylate với potassium tertbutoxide thì quá trình xảy ra khá chậm, chủ yếu tạo thành 3-phenylcyclohexene, trong khi đó, trong cùng điều kiện thì cis-2-phenylcyclohexyl tosylate tạo thành 1phenylcyclohexene với thời gian phản ứng nhanh. Giải thích ngắn gọn sự khác biệt này.

Bài 2 1) Phản ứng cộng osmium tetroxide vào norbornene 2, sau đó tách khử bởi sodium sulfite tạo thành exo, exo diol 3. Tiến hành chuỗi phản ứng tương tự với 7,7-dimethylnorbornene 4 lại tạo thành endo, endo diol 5. Từ các kết quả này, hãy suy ra cơ chế phản ứng cộng và sự chọn lọc mặt phản ứng của hai chất đầu.

2) Xử lí E-1-phenyl-2-butene 5 với I2 và silver benzoate (1:2) sau đó xà phòng hóa tạo thành hỗn hợp đẳng mol của [2S,3R]-1-phenyl2,3-butanediol và [2R,3S]-1-phenyl-2,3-butanediol. Xử lí 5 với I2 và silver acetate khi có mặt nước, sau đó xà phòng hóa tạo thành hỗn hợp đẳng mol của [2R,3R]-1-phenyl2,3-butanediol và [2S,3S]-1-phenyl-2,3-butanediol. Xác định hóa lập thể của các quá trình này. Giải thích sự khác nhau về cơ chế phản ứng.

3) Xử lí [4S]-4-t-butyl-1-methylcyclohexene với borane-THF, sau đó oxid hóa với H2O2-NaOH tạo thành hỗn hợp [1S,2S,5S]-5-t-butyl-2methylcyclohexan-1-ol và [1R,2R,5S]-5-t-butyl-2-methylcyclohexan-1-ol và không có các đồng phân dia khác. Có hai bước trong quá trình: cộng để tạo thành cơ borane và oxid hóa để phân cắt liên kết carbon-boron thành alcohol. a) Đây có phải quá trình đặc trưng lập thể toàn phần không? b) Chỉ ra sự chọn lọc lập thể của mỗi giai đoạn phù hợp với sản phẩm quan sát thấy. c) Biết rằng phản ứng oxid hóa diễn ra với sự bảo toàn cấu hình. Vậy hóa lập thể của giai đoạn hydroborate hóa là gì?

4) Xử lí [2R,3R]-2,3-dibromo-3-methylpentane với Zn tạo ra (Z)-3-methyl-2pentene là sản phẩm duy nhất. Xác định hóa lập thể của phản ứng khử. Dựa vào kết quả này dự đoán có thể sử dụng phản ứng của một trans olefin với Br2, sau đó với Zn như một cách để chuyển trans thành cis olefin không?

Bài 3 Dự đoán sản phẩm của các phản ứng sau: a) Dehydrate hóa (tách nước) 1,1,3-triphenyl-3-p-chlorophenylpropan-2-ol. b) Xử lí (I) với (i) hydroxide ion và (ii) hydrogen bromide.

c) Tách bromine từ meso-1,2-dibromo-1,2-diphenylethane bằng cách xử lí với iodide ion. d) Xử lí CH3CHXCH2CH3 với base, (i) khi X = Cl, (ii) khi X = N+Me.

Bài 4 Giải thích các phát biểu sau: a) Khi một mẫu 2-iodobutane quang hoạt được xử lí với iodide ion phóng xạ trong dung dịch, tốc độ đầu của quá trình racemic hóa gấp đôi tốc độ đầu của sự hấp thụ phóng xạ. b) (R)-α-bromopropionic acid tạo thành (S)-lactic acid với kiềm rất đặc nhưng (R)-lactic acid với kiềm loãng. c) (R)-2-butyl acetate bị thủy phân trong môi trường base tạo thành (R)-2-butyl alcohol, với hydrochloric acid thì lại thành hỗn hợp (R)- và (S)-2-butyl chloride. d) Phản ứng tách hydrogen chloride dựa vào base diễn ra nhanh hơn với đồng phân cis- hơn là trans-1-chloro-4-methylcyclohexane. e) Trong khi các cấu dạng diequatorial (lưỡng biên) và diaxial (lưỡng trục) của trans-1,2-dimethylcyclohexane tồn tại ở tỉ lệ khoảng 99:1 tại nhiệt độ phòng thì các cấu dạng của trans-1,2-dibromocyclohexane lại tồn tại ở lượng bằng nhau.

Bài 5 Ester là những hợp chất hữu cơ gần gũi với chúng ta dưới dạng dung môi hữu cơ trong thành phần các hương liệu trái cây. Cũng có nhiều phương pháp khác nhau đã được biết để tổng hợp chúng, phụ thuộc vào mục đích và ứng dụng. Phương pháp đơn giản nhất là thêm một lượng nhỏ xúc tác acid như sulfuric acid vào nguyên liệu carboxylic acid và alcohol rồi đun nóng (được gọi là “phương pháp tổng hợp ester Fisher”).

Trong phản ứng này, các phân tử nước được tách ra từ carboxylic và alcohol để tạo thành ester, nhưng phản ứng không thể diễn ra hoàn toàn theo chiều thuận (về bên phải). Và khi nồng độ của các chất trong hệ (gồm cả chất đầu và sản phẩm) đạt tới một giá trị nhất định thì sẽ không thay đổi nữa, và rõ ràng phản ứng không tiếp diễn. VÍ dụ, trong phản ứng trong đó ethyl acetate được tạo thành từ acetic acid và ethanol như trên thì khi trộn mỗi 1.00 mol nguyên liệu đầu rồi giữ nhiệt độ ở 76 oC thì khi 0.660 mol ethyl acetate được tạo thành, nồng độ của mỗi cấu tử trong hệ sẽ không thay đổi. Trạng thái mà tại đó phản ứng không tiếp diễn được gọi là “trạng thái cân bằng”. Khái niệm cân bằng có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong hóa học và phương trình dưới đây được dùng để biểu diễn trạng thái cân bằng. Trong đó, kí hiệu [ ] chỉ nồng độ của mỗi chất, và K là “hằng số cân bằng”. Do hằng số cân bằng là hằng số của phản ứng ở nhiệt độ nhất định nên nếu biết hằng số cân bằng thì có thể biết nồng độ của mỗi cấu tử ở nhiệt độ đó.

1) Tính hằng số cân bằng K ở 76 oC của phản ứng trên (tới chữ số thập phân thứ 2.) Do đó, trong phản ứng ester hóa này, các ester không thể được tạo thành hoàn toàn, và phải thực hiện các biến đổi để làm tăng lượng ester tạo thành. Ví dụ, trong phản ứng trên, nếu một trong các nguyên liệu thô được lấy dư thì phản ứng sẽ diễn ra theo chiều làm giảm tác động đó (chiều thuận), do đó hiệu suất ester sẽ tăng lên. Theo đó, khi một yếu tố trong hệ ở trạng thái cân bằng bị thay đổi thì phản ứng sẽ diễn ra theo hướng chống lại tác động của biến đổi đó. Đây là nội dung chính của “nguyên lí Le Chatelier”. 2) Nếu cho 1.00 mol acetic acid phản ứng với 3.00 mol ethenol trong cùng điều kiện như trên thì có bao nhiêu mol acetate được tạo thành? Chọn giá trị gần nhất trong các số dưới đây. ① 0.60 mol

② 0.70 mol

③ 0.80 mol

④ 0.90 mol

⑤ 1.00 mol

3) Dựa vào nguyên lí Le Chatelier, hãy giải thích cân bằng sẽ thay đổi thế nào khi nước bị loại khỏi phản ứng bằng cách thêm tác nhân hút nước vào hỗn hợp phản ứng ester hóa. Trong trường hợp ester hóa một carboxylic acid có cấu trúc phức tạp, những vẫn đề như các phản ứng khác ngoài phản ứng ester hóa có thể diễn ra trong điều kiện phản ứng trên (đun nóng khi có mặt xúc tác acid). Do đó, một phương pháp đã được phát triển để chuyển carboxylic acid thành một trạng thái hoạt động hơn (khả năng phản ứng cao hơn) sau đó cho phản ứng với alcohol để thực hiện phản ứng ester hóa ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Ví dụ, khi cho thionyl chloride (SOCl2) phản ứng với acetic acid, phản ứng sau diễn ra tạo thành acetyl chloride (CH3COCl), trong đó nhóm hydroxyl của acetic acid đã bị thay thế bởi chlorine. Phản ứng của acetyl chloride với alcohol khi có mặt trimethylamine ((CH3CH2)3N) nhanh chóng tạo thành ester ở nhiệt độ phòng.

4) Giải thích vai trò của triethylamine trong phản ứng này. Trong tất cả các phản ứng ester hóa đã được mô tả cho đến lúc này, nhóm hydroxyl trên carboxylic acid và hydrogen của alcohol đã bị tách ra và phần còn lại liên kết với nhau (phản ứng ngưng tụ tách nước). Mặt khác, một phản ứng ester hóa với ý tưởng hoàn toàn khác đã được phát triển. Đó là dùng phản ứng với một tác nhân oxide và hóa một tác nhân khử trên carboxylic acid và alcohol, mỗi tác nhân nhận 2 nguyên tử hydrogen và 1 nguyên tử oxygen, và dẫn đến phản ứng ngưng tụ tách nước. Có thể thấy từ ví dụ được đề cập ở trên, trong một phản ứng tách nước thông thường, những sáng kiến - như thay đổi điều kiện phản ứng khắc nghiệt hoặc chuyển thành dẫn xuất hoạt tính cao - là cần thiết, thì trong phương pháp này, tự thân phản ứng là quá trình kết hợp oxid hóa-khử, và có thể tạo thành ester dưới những điều kiện hết sức êm dịu. Phản ứng này là một phương pháp ester hóa được giáo sư Mitsunobu Ooyu ở ĐH Aoyama Gakuin phát triển, gọi là “phản ứng Mitsunobu”, và nó được sử dụng bởi các nhà hóa học tổng hợp hữu cơ từ khắp nơi trên thế giới.

Chú thích: トリフェニルホスフィン = Triphenylphosphine; トリフェニルホスフィン オキシド = Triphenylphosphine oxide; ジエチル アゾジカルボキシラート = Diethyl azodicarboxylate; ジエチル ヒドラジンジカルボキシラート Diethylhydrazinedicarboxylate

=

5) Trong phương trình phản ứng, hãy chỉ ra những nguyên tử bị oxid hóa và những nguyên tử bị khử. Bây giờ, hãy nghiên cứu về hóa học thể của các hợp chất hữu cơ một chút. Khi 1 nguyên tử carbon tạo thành liên kết đơn với 4 nguyên tử khác, nó có thể tạo thành cấu trúc ba chiều, trong đó nguyên tử carbon được đặt ở tâm của một tứ diện và các (nhóm) nguyên tử khác được đặt ở 4 đỉnh xung quanh. Hãy xét hợp chất CABDE (trong đó A, B, D, E là chỉ các (nhóm) nguyên tử khác nhau chứ không phải kí hiệu của bất kì nguyên tố cụ thể nào). Trong cách biểu diễn cấu trúc này, khi 2 liên kết C-A và C-B được đặt lên cùng một mặt phẳng (trên giấy), liên kết C-D [nét đậm] là liên kết hướng lên trên, còn liên kết C-E [nét đứt] là liên kết hướng xuống dưới. Theo đó, nguyên tử carbon liên kết với 4 (nhóm) nguyên tử khác nhau là “carbon bất đối” và tạo ra 2 đồng phân quang học. Chúng có mối liên hệ “ảnh thật” và “ảnh gương” với nhau, không thể chồng khít lên nhau và gọi là các “đồng phân ảnh gương” (đồng phân quang học).

Chú thích: 鏡像異性体同士 = Đối quang Như biểu diễn trong hình, A- đến gần mặt dưới của tứ diện CABDE (1) tạo thành một liên kết mới với carbon trung tâm và đồng thời. liên kết C-A bị phân cắt. Hợp chất (2) tạo thành là một đối quang của hợp chất (1). Điều này sẽ được thấy rõ khi thử lật ngược cấu trúc ba chiều của (2). Khi liên kết C-A mới được tạo thành thì 3 liên kết còn lại bị nghịch đảo (“sự nghịch đảo cấu hình”), như khi một chiếc ô lật ngược trong gió mạnh. Thực tế, trong phản ứng Mitsunobu, khi một alcohol bậc 2, trong đó nhóm hydroxyl liên kết với một carbon bất đối được sử dụng, thì sẽ quan sát được hiện tượng sự sắp xếp của các nhóm thế quanh carbon bất đối bị nghịch đảo khi ester được tạo thành. Mối quan hệ đặc biệt giữa alcohol ban đầu và sản phẩm ester cũng là nguyên chính chính tại sao phản ứng Mitsunobu rất hữu ích và được sử dụng rộng rãi. 6) Đồng phân lập thể ester nào được tạo thành bởi phản ứng giữa alcohol bậc hai có nguyên tử carbon bất đối như hình dưới với acetic acid trong điều kiện phản ứng Mitsunobu? Xác định cấu trúc ba chiều của sản phẩm.

Chú thích: トリフェニルホスフィン= Triphenyl phosphine; ジエチル アゾジ カルボキシラート = diethyl azodicarboxylate Cuối cùng, hãy xét đến quá trình phân cắt và tạo thành liên kết của các phân tử trong phản ứng Mitsunobu. Đặc trưng nghịch đảo hóa lập thể của phản ứng Mitsunobu thực sự đã đưa ra một gợi ý lớn (thậm chí là bằng chứng) khi xem xét liên kết nào bị phá vỡ, và liên kết nào được tạo thành. Hãy thử sức với câu hỏi cuối. 7) Trong phản ứng Mitsunobu dưới đây, nghiên tử oxygen nào bị được coi là bị loại bỏ? Hãy khoanh tròn nguyên tử đó. Giải thích ngắn gọn.

Bài 6 1) Những sản phẩm nào được tạo thành khi xử lí: a) Meleic acid b) Fumaric acid Với bromine ở nhiệt độ thấp và không chiếu sáng. Giải thích qua cơ chế phản ứng. 2) Vẽ các công thức chiếu Haworth của các sản phẩm tạo thành từ phản ứng cộng hợp của bromine vào (R)-4-chlorocyclohex-1-ene. 3) Vẽ cấu trúc các sản phẩm tạo thành khi obtainedwhen (1S,2R)-1-bromo-2fluoro-1,2-diphenylethane trải qua sự tách β của HBr. Sản phẩm nào được tạo thành khi chất phản ứng là đồng phân R,R hoặc S,S? 4) Xác định các sản phẩm tạo thành từ phản ứng của trans-2bromo-4-chlorocyclobutanone với LiAlH4 bởi sự tác kích từ các mặt re (trên) và si (dưới)*. Suy luận cấu hình tuyệt đối của các sản phẩm phản ứng. (*) Các mặt re và si của carbon lai hóa sp2. 5) Dự đoán sản phẩm tạo thành từ sự khử 2S,3R)-2,3-dichloro cyclobutanone bởi LiAlH4 bởi sự tác kích từ mặt re. 6) Vẽ cấu trúc các sản phẩm từ phản ứng của bicyclo[2.2.2]octene với a) dung dịch peracid và b) potassium permanganate. Cho biết sản phẩm có tính quang hoạt hay không. 7) Sản phẩm nào được tạo thành từ phản ứng giữa benzaldehyde và butanone khi có mặt base (NaH, nhiệt độ phòng). Vẽ cấu trúc tất cả các sản phẩm sản phẩm ở dạng công thức chiếu Newman. Chọn ra cấu hình trong đó các nhóm phenyl và carbonyl ở vị trí antiperplanar. 8) Dự đoán sản phẩm tạo thành khi 1-methylcyclopenta-1,3-diene phản ứng như một diene với dienophile maleic anhydride.

Bài 7 Khi cho α-pinen phản ứng với bo hydrua có thể nhận được ba sản phẩm A, B và C. Cả ba chất này khi cho phản ứng với H2O2/NaOH sau đó với tosyl clorua đều thu được D. Lấy sản phẩm đầu tiên có phân tử khối nhỏ nhất cho phản ứng với 1phenylxiclopenten thu được E. Cho E phản ứng với H2O2/NaOH thì thu được F và G, cả hai chất này đều phản ứng với metyl sunfonyl clorua cho H và I. Viết sơ đồ phản ứng và cấu tạo lập thể công thức các chất từ A đến I.

Bài 54 Các phản ứng nucleophile của các cyclopropane liên quan đến phản ứng thế kiểu SN1 dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm mở mạch. Nguyên nhân là carbocation cyclopropyl - được tạo thành khi nhóm rời đi chloride - trải qua phản ứng mở vòng điện vòng.

a) Trình bày cơ chế để giải thích cho hướng phản ứng. b) Sự mở vòng trong phản ứng này cùng chiều [conrotatory] hay ngược chiều [disrotatory]?

Bài 55 Các endriandric acids là họ hợp chất thiên nhiên phức tạp được phân lập từ một loài thực vật ở Australia. Các hợp chất này rất không bình thường bởi chúng tồn tại ở dạng racemic, gợi ý rằng các phản ứng hóa học mà thực vật sử dụng để tạo thành chúng không liên quan đến các enzyme. Ba trong số các endriandric acids (D, E, và A) tạo nên từ một tiền chất chung. Các endriandric acid D và E tạo thành bởi một phản ứng vòng hóa điện vòng nhiệt 8π, sau đó đóng vòng nhiệt 6π. Đồng phân A được tạo thành khi endriandric acid E trải qua phản ứng Diels-Alder nội phân tử. Sử dụng các cơ chế phản ứng để dẫn ra cấu trúc của ba đồng phân (D, E, và A) này.

Bài 56 Khi đun nóng, (R,2E,4Z)-6-Methylocta-2,4-diene trải qua phản ứng chuyển vị hydrogen [1,5] thay vì đóng vòng điện vòng. Hãy giải thích quan sát này.

Bài 57 Giải thích sự tạo thành A và B trong phản ứng sau. Xác định hướng quay và đưa ra tên gọi mỗi phản ứng. Xác định hóa lập thể của vòng dung hợp trong các hợp chất A và C.

Bài 58 Xác định sản phẩm các phản ứng sau:

Bài 59 Chuyển hóa sau đây liên quan đến sự chuyển dời “rõ ràng” nhóm methyl. Hãy trình bày cơ chế phản ứng và phân loại các phản ứng peri hóa (pericyclic) liên quan.

Bài 8 Cho biết sản phẩm các phản ứng sau và giải thích bằng cơ chế phản ứng (chỉ cần chỉ rõ sự tạo sản phẩm chính, không cần quan tâm sản phẩm phụ)

Bài 9 Các α-hydroxyacid có thể được điều chế từ nhiều amino acid, bằng cách xử lí chúng với sodium nitrite trong dung dịch acid. Phản ứng diễn ra rất thuận lợi và tạo thành sản phẩm mà trong đó cấu hình của nhóm hydroxyl được bảo toàn so với chất đầu. Đề xuất cơ chế hoàn chỉnh để giải thích quan sát này.

Bài 10 Alkyl hóa một enolate tạo thành một tâm quang hoạt mới. Với một tác nhân quang hoạt, sản phẩm tạo thành là hỗn hợp racemic, như minh họa dưới đây.

Một enamine có thể được sử dụng như chất tổng hợp tương đương của một enolate trong phản ứng alkyl hóa. Khi sử dụng amine quang hoạt, nó có thể khiến phản ứng ưu tiên tạo thành một đối quang. Khi sử dụng (S,S)-2,5-dimethylpyrrolidine để tạo enamine, cấu hình tuyệt đối của sản phẩm là R hay S?

Bài 11 Các enolate thường thể hiện phản ứng alkyl hóa chọn lọc đồng phân dia. Ví dụ, hỗn hợp racemic của enolate thể hiện quá trình chọn lọc dưới đây cho sản phẩm trans.

Sự chọn lọc này là kết quả của cấu hình nửa-ghế trở nên ổn định [bền] hơn khi nhóm ethyl được gắn ở vị trí biên so với vòng. Cấu hình nửa-ghế sau được vẽ với góc nhìn từ phía enolate.

Dựa vào hóa lập thể của cấu hình nửa-ghế của enolate, hãy đưa ra lời giải thích hợp lí cho sự chọn lọc lập thể quan sát được trong sản phẩm.