CHUYÊN ĐỀ: TỔNG HỢP HỮU CƠ

A. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT:I. Các phương pháp làm tăng mạch Cacbon:1. Các phương pháp ankyl hóa bằng hợp chất cơ magie (RMgX):

+ R-R’

+ RCOOH

+ 1) RCH2CH2OH

RMgX + RCH2OH

+ RCH(OH)R’

+ R(R’)C(OH)R’’

+ RCOR’ (R)2C(OH)R’

* Học sinh cần lưu ý:+ Hợp chất cơ magie RMgX rất dễ phản ứng với các hợp chất có hidro linh động (H2O, NH3,

ancol, amin…) bảo quản và tiến hành phản ứng trong ete khan.+ Lập thể của phản ứng cộng RMgX vào hợp chất cacbonyl: quy tắc Crammer

2. Phương pháp anky hóa ion axetilua:R – C CH R – C C Na+ R – C C – R’

3. Các phương pháp ankyl và axyl hóa hợp chất thơm:a) Các phản ứng ankyl hóa:

+ anken/ xt: HCl/AlCl3 hoặc axit protonic (HF > H2SO4 > H3PO4)+ ancol/ xt: axit protonic hoặc Al2O3.

b) Các phản ứng axyl hóa:

Một số phản ứng formyl hóa (thường dùng để gắn nhóm – CHO vào phenol, ete thơm hoặc nhân thơm giàu electron)

- (Phản ứng Gatterman – Koch)

- (Phản ứng Gatterman)

- (Phản ứng Vilsmeier)

- (Phản ứng Reimer – Tiemann)* Học sinh cần lưu ý:

1

2) H3O+

O

R’L

tb N

R-

O-

R’L

tb N

R

+ dẫn xuất halogen/ xt: axit Lewis (AlCl3 > FeCl3 > BF3 > ZnCl2)

+ dẫn xuất của axit cacboxylic (RCOX > (RCO)2O > RCOOR’)/ xt: AlCl3

+ Cơ chế của các phản ứng ankyl và axyl hóa nhân thơm là cơ chế SE2(Ar); trong đó chú ý cơ chế tạo tác nhân electronfin.

+ Các phản ứng ankyl hóa thường tạo thành hỗn hợp mono và poliankyl muốn thu được sản phẩm mono cần lấy dư chất phản ứng.

+ Hướng chính của phản ứng khi thế vào các dẫn xuất của benzen.4. Các phương pháp ankyl và axyl hóa các hợp chất có nhóm metylen hoặc nhóm metyn linh động:

a) Chất phản ứng có dạng X – C H 2 – Y hoặc X – C H(R) – Y ; với X, Y là –COR’, -COOR’, -CN, -NO2…

Do X, Y là các nhóm hút electron mạnh nguyên tử H rất linh động dùng bazơ để tách H+, tạo thành cacbanion.

* Học sinh cần lưu ý:+ Khi thế 2 nhóm ankyl R và R’ khác nhau, nhóm ankyl có kích thước nhỏ hơn hoặc có hiệu ứng

+I nhỏ hơn sẽ được đưa vào trước+ Sản phẩm của phản ứng axyl hóa cũng có nguyên tử H linh động, có thể dễ dàng bị tách H+ bởi

chính cacbanion

có phản ứng cạnh tranh: Để ngăn phản ứng phụ nói trên, người ta dùng bazơ mạnh (mạnh hơn cacbanion) với lượng dư.

b) Chất phản ứng có dạng R – CH 2 – X hoặc R 2 – CH – X; với X là – COR’, - COOR’, - CN, - NO2…Các phản ứng được tiến hành tương tự, nhưng phải sử dụng xúc tác là bazơ rất mạnh (NaNH2;

C2H5ONa…) do nguyên tử H kém linh động hơn so với trường hợp có 2 nhóm X, Y hút electron.5. Các phương pháp ngưng tụ:

a) Phản ứng andol – croton hóa của anđehit và xeton:

* Học sinh cần lưu ý:+ Cơ chế của giai đoạn cộng andol: AN

+ Giai đoạn croton hóa có thể xảy ra theo cơ chế E1 hoặc E1cb (khi có Hβ linh động, xt bazơ mạnh)+ Khi thực hiện phản ứng andol – croton hóa từ 2 cấu tử khác nhau có thể tạo ra hỗn hợp sản

phẩm, trong đó sản phẩm chính là sản phẩm ngưng tụ giữa:- cấu tử cacbonyl có tính electrophin cao hơn- cấu tử metylen có Hα linh động hơn.

b) Phản ứng ngưng tụ của anđehit, xeton với các hợp chất có nhóm metylen hoặc metyn linh động:

* Học sinh cần lưu ý:+ Xúc tác dùng trong các phản ứng này thường là các bazơ hữu cơ yếu, có thể ngăn chặn được

phản ứng tự ngưng tụ với nhau của các anđehit, xeton.+ Phản ứng ngưng tụ anđehit thơm với anhidrit axit tạo thành axit α,β – không no (phản ứng

ngưng tụ Perkin) cũng có cơ chế tương tự như trên.

2

C6H5 – CH=O + (CH3CO)2O C6H5 – CH= CH – COOH

c) Phản ứng cộng Micheal - cộng các hợp chất có nhóm metylen hoặc metyn linh động vào hợp chất cacbonyl-α,β-không no:

* Học sinh cần lưu ý:+ Xúc tác bazơ có thể là C2H5ONa (nhiệt độ phòng); piperidin (nhiệt độ cao hơn).+ Có thể thay thế hợp chất cacbonyl-α,β-không no bằng các hợp chất nitro (NO2) hoặc nitril (CN)-α,β-

không no.d) Phản ứng ngưng tụ Claisen – ngưng tụ este với các hợp chất có nhóm metylen linh động:

+ Phản ứng ngưng tụ giữa các este với nhau:CH3–COO–C2H5 + CH3–COO–C2H5 CH3–CO–CH2–COO–C2H5 + C2H5OH

Cơ chế phản ứng:

+ Phản ứng ngưng tụ este với hợp chất nitril: CH3–COO–C2H5 + R–CH2–CN CH3–CO–CH2(R)–CN + C2H5OH

+ Phản ứng ngưng tụ este với anđehit hoặc xeton:CH3–COO–C2H5 + CH3–CO–CH3 CH3–CO–CH2–CO–CH3 + C2H5OH

II. Các phương pháp làm giảm mạch Cacbon:1. Phản ứng đecacboxyl hóa bởi nhiệt: xảy ra khi nhóm COOH gắn với nhóm có khả năng hút electron mạnh

2. Phương pháp vôi tôi xút: RCOONa + NaOH RH + Na2CO3

3. Phản ứng Hunzdicker: RCOOAg + Br2 RBr + CO2 + AgBr

4. Phản ứng halofom:RCOCH3 + 3X2 + 4NaOH RCOONa + CHX3 + 3NaX + 3H2O

5. Phản ứng thoái phân Hoffman: R – CO – NH2 RNH2

6. Các phản ứng oxi hóa làm gãy mạch Cacbon:a) Các phản ứng làm gãy liên kết liên kết đôi C=C:

+ CH3–COOH + CH3–CO–CH3

b) Các phản ứng làm gãy liên kết C – C vic -điol:

c) Phản ứng oxi hóa ankyl, ankenyl hoặc dẫn xuất của benzen:

* Học sinh cần lưu ý:+ Nếu vị trí α của mạch bên không còn H thì phản ứng oxi hóa hầu như không xảy ra.+ Nếu dùng Na2Cr2O7 (không có H+) sẽ tạo thành xeton mà không bị cắt mạch

3

+

CH3–CH=O + CH3–CO–CH3

CH3–COOH + CH3–CO–CH3CH3–CH= C(CH3)2

+ Nếu vị trí α của mạch bên chỉ còn 1 nguyên tử H thì phản ứng sẽ tạo ra ancol bậc 3 (không cắt mạch cacbon)

III. Các phương pháp tạo vòng:1. Các phương pháp ankyl, axyl hóa và ngưng tụ nội phân tử: nguyên tắc tương tự như các phản ứng ankyl, axyl hóa và ngưng tụ đã nêu ở trên.2. Phản ứng cộng Diels – Alder:

đien đienophin* Học sinh cần lưu ý:

+ Đien phải ở cấu dạng s-cis; dạng s-trans (Ví dụ: ) không phản ứng.+ Các nhóm thế ở vị trí cis đầu mạch đien gây cản trở không gian khó phản ứng.+ Đien có nhóm thế đẩy electron (không gây cản trở không gian) tăng khả năng phản ứng.+ Đienophin có nhóm thế hút electron tăng khả năng phản ứng.+ Cấu hình của sản phẩm giống với cấu hình của đienophin.+ Hướng của phản ứng:

IV. Các phản ứng oxi hóa và khử trong tổng hợp hữu cơ:1. Các phản ứng oxi hóa:

a) Các phản ứng oxi hóa anken b) Phản ứng oxi hóa nguyên tử H ở vị trí allyl:

Tác nhân oxi hóa: Pb4+, SeO2…

c) Các phản ứng oxi hóa ankyl, ankenyl hoặc dẫn xuất của benzend) Các phản ứng oxi hóa ancol:+ Ancol bậc I anđehit+ Ancol bậc II xeton

(Quá trình oxi hóa ancol bậc I thành anđehit cần khống chế cẩn thận để không chuyển thành axit).

4

Tác nhân oxi hóa: CuO, K2Cr2O7/H+, CrO3/H+…

+ vic-điol cacbonyl.e) Các phản ứng oxi hóa anđehit, xeton:+ Anđêhit axit cacboxylic

Tác nhân oxi hóa: O2/xt, [Ag(NH3)2]+, KMnO4/H+, K2Cr2O7/H+…+ Xeton bị cắt mạch thành axit cacboxylic và xeton

Tác nhân oxi hóa: KMnO4/H+, HNO3… 2. Các phản ứng khử:

a) Phương pháp hidro hóa xúc tác:Tác nhân khử:+ H2/ Ni, Pt, Pd:

RCOCl RCH=O RCH=O RCH2OHR-CO-R’ R-CH(OH)-R’R-COO-R’ RCH2OH + R’OHRX RHRNO2 RNH2

R-CN R-CH2NH2

R-CO-NHR’ RCH2NHR’ + H2/ Pd/ BaSO4, BaCO3… (xúc tác Lindlar): khử lựa chọn liên kết ba về liên kết đôi

+ H2/ [(C6H5)3P]3RhCl: khử lựa chọn liên kết đôi C=C chỉ chứa 1 hoặc 2 nhóm thế.* Học sinh cần lưu ý: đặc thù lập thể của các phản ứng này đều là cộng syn

b) Phương pháp khử bằng hidrua kim loại:Tác nhân khử: thường dùng LiAlH4, NaBH4

RCOCl RCH2OHRCH=O RCH2OHR-CO-R’ R-CH(OH)-R’RCOOH RCH2OHR-COO-R’ RCH2OH + R’OH Epoxit 1,2-điolRX RHRNO2 RNH2

R-CN R-CH2NH2

R-CO-NHR’ RCH2NHR’* Học sinh cần lưu ý: phản ứng khử xảy ra theo cơ chế cộng AN.

c) Các phương pháp khử bằng kim loại hòa tan:Tác nhân khử:

+ Na/NH3 lỏng: (lập thể: cộng trans)+ Na/ C2H5OH: RCOOH RCH2OH

R-COO-R’ RCH2OH + R’OH + Zn (Hg)/ HCl: R-CO-R’ R-CH2-R’

V. Bảo vệ nhóm chức:* Điều kiện của nhóm bảo vệ:

+ Được tạo ra trong điều kiện nhẹ nhàng+ Ổn định trong suốt quá trình phản ứng ở các trung tâm phản ứng khác.+ Dễ tái sinh nhóm chức ban đầu.

1. Bảo vệ nhóm ancol: a) Chuyển thành nhóm ete:

b) Chuyển thành nhóm este (nhóm este tương đối bền trong môi trường axit):

5

Không khử được bằng NaBH4

c) Chuyển thành nhóm axetal hoặc xetal (bảo vệ các điol):

2. Bảo vệ nhóm cacbonyl: Tạo thành axetal hoặc xetal tương tự như bảo vệ các điol; thường sử dụng etilen glycol.

3. Bảo vệ nhóm cacboxyl:Chuyển thành nhóm este; thường tạo thành tert-butyl este (dễ loại bằng H+) hoặc benzyl este (dễ

loại bằng hidro phân)4. Bảo vệ nhóm amino:

B. MỘT SỐ BÀI LUYỆN TẬP:Bài 1: Cho sơ đồ chuyển hóa:

a) Hãy viết cấu tạo các chất từ A đến Eb) Hãy viết cơ chế phản ứng từ phenol tạo thành A.

Bài 2: Khi cho isobutilen vào dung dịch H2SO4 60%, đun nóng tới 800C thu được một hỗn hợp gọi tắt là đi - isobutilen gồm hai chất đồng phân của nhau A và B. Hiđro hoá hỗn hợp này được hợp chất C (quen gọi là isooctan). C là chất được dùng để đánh giá chất lượng nhiên liệu lỏng.

C cũng có thể được điều chế bằng phản ứng trực tiếp của isobutilen với isobutan khi có mặt axit vô cơ làm xúc tác.

Hãy gọi tên C theo IUPAC và viết các phương trình phản ứng giải thích sự tạo thành A, B, C.Bài 3: Tiến hành phản ứng đime hoá trimetyletilen có H+ xúc tác thu được hỗn hợp sản phẩm là các đồng phân có công thức phân tử C10H20. Cho biết các sản phẩm tạo thành dựa vào cơ chế phản ứng.

Khi ozon hoá hỗn hợp thu được sau phản ứng đime hoá trên , ngoài các anđehit và xeton của sản phẩm dự kiến còn thu được một lượng đáng kể butan -2-on, giải thích cơ chế hình thành butan-2-on trong các phản ứng trên.Bài 4: Đun nóng Stiren với axit H2SO4 ta thu được hợp chất:

Hãy giải thích quá trình hình thành sản phẩm trên.Bài 5:

Từ isopren hãy viết các phương trình phản ứng điều chế trans - 2 - metylxiclohexanol.Bài 6: Viết các phương trình phản ứng( dạng cấu tạo) tạo thành A, B, C, D, M, N theo sơ đồ sau:

a) BrCH2CH2CH2CH=O A B

6

b) BrCH2 CH2CH2COOH C D

c) HOCH2(CHOH)4CH=O M N

Bài 7: Cho sơ đồ chuyển hóa:

a) Cho biết cấu tạo của các chất từ A đến G.b) Giải thích sự hình thành các chất E, F, G.

Bài 8: Từ propilen và các chất vô cơ cần thiết, viết sơ đồ phản ứng điều chế:a) Axit 2,5-đimetyladipic b) Axit hept-2-inoic

Bài 9: Từ xiclopentanol điều chế axit 2-oxoxiclopentancacboxylic.Bài 10: Từ benzen và các hợp chất 2 C, hãy tổng hợp:

a) b) c)

d) e)

f) g) h) Bài 11: Từ benzen và các chất 3 C, tổng hợp:

a) b) c) Bài 12: Từ CH3CH2CH2CH2OH và các chất vô cơ, tổng hợp

Bài 13:

Từ và các chất vô cơ, điều chế

Bài 14: Từ H2N-CH3 và CH2=CH-COOC2H5, tổng hợp Bài 15: Khi cho isobutanal tác dụng với axit malonic có mặt piriđin thu được hợp chất A. Đun nóng A trong môi trường axit để thực hiện phản ứng đecacboxyl hoá thu được hai sản phẩm A1 và A2 là đồng phân của nhau.

Biết rằng A2 khi bị oxi hoá tạo thành axit oxalic. A1 là lacton.

7

C2H5ONa

Xác định cấu tạo của A1, ...,A6 và viết các phương trình phản ứng. Bài 16: Có một số dẫn xuất ở gốc CH3 của axit axetic biểu hiện hoạt tính tăng trưởng cây trồng.

1. Gọi tên A, B, C.2. A được điều chế từ naphtalen và axit cloaxetic có mặt chất xúc tác ở 180 - 215 0C. Viết phương trình phản ứng và gọi tên cơ chế của phản ứng.3. B cũng được điều chế từ nguyên liệu trên qua chất trung gian là 1 - naphtol. Viết sơ đồ các phản ứng và nêu cơ chế.4. C cũng được điều chế từ phenol và axit axetic. Viết sơ đồ phản ứng.5. Khác với C, D được điều chế từ một dẫn xuất tetraclobenzen(X) theo sơ đồ:

a) Hoàn thành sơ đồ trên.b) Trong quá trình sản xuất D đã sinh ra một lượng nhỏ đioxin là chất cực kì độc có công thức:

Giải thích sự tạo thành đioxin.

C. BÀI GIẢI:Bài 1: a)

(A) (B) (C) (D) (E)

b)

Bài 2:

8

-+

* Isobutilen với isobutan khi có mặt axit vô cơ làm xúc tác cũng tạo ra C: Cơ chế của quá trình tương tự phản ứng trên trong giai đoạn (1) và (2), sau đó:

Bài 3: * Sản phẩm tạo thành khi đime hóa trimetyletilen:

* Ozon phân hỗn hợp trên thu được:

9

* Sự tạo thành một lượng đáng kể butanon - 2 là do có sự đồng phân hóa trimetyletilen, tạo thành sản phẩm phụ:

Khi đó:

Bài 4:

10

Bài 5:

Bài 6: a)

b)

c)

Bài 7:a)

(A) (B) (C) (E)

11

+

- -

+

(F)

(G)

b) Giải thích sự hình thành của:

E: Tương tự, giải thích được sự hình thành F và G.Bài 8:

a) CH2 = CH – CH3 CH2 = CH – CH2Cl CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH = CH2

CH3 – CH(Br) – CH2 – CH2 – CH(Br) – CH3 CH3 – CH(MgBr) – CH2 – CH2 – CH(MgBr) – CH3

HOOC – CH(CH3) – CH2 – CH2 – CH(CH3) – COOH

b) CH2 = CH – CH3 CH2 = CH – CH2Cl CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH = CH2

CH2Br – CH(Br) – CH2 – CH2 – CH = CH2 CH2Br – CH(Br) – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

HC C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 ClMgC C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

HOOC - C C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Bài 9:

Bài 10:a)

12

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

13

Bài 11:a)

b)

c)

Bài 12:

Bài 13:

14

Bài 14:

(Sử dụng phản ứng cộng Micheal và ngưng tụ Claisen)Bài 15:

15

Bài 16:1. A: Axit (1 - naphtyl)axetic. B: Axit (1 - naphtoxi)axetic. C: Axit (2,4 - điclophenoxi)axetic. [2,4 - D] D: Axit (2,4,5 - triclophenoxi)axetic. [2,4,5 - T]

16

+

-

Sự tạo đioxin:

17

18