Cho sơ đồ hóa hữu cơ a b năm 2024
- 1. ĐỀ ĐẠT GIẢI BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ TRONG HÓA HỮU CƠ PHỤC VỤ VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA [907 TRANG] WORD VERSION | 2023 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM P H Ả N Ứ N G C H U Y Ể N V Ị T R O N G H Ó A H Ữ U C Ơ Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594 vectorstock.com/10212088 Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group 542 Chuyên đề: TÊN CÁC PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP ỨNG DỤNG Nguyễn Thị Mai Phương, Phạm Công Quảng - Trường THPT Chuyên Nguyễn Trãi - Hải Dương Chuyên đề đoạt giải Ba A. PHẦN MỞ ĐẦU I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Theo thuyết electron, phản ứng hóa học là sự phân bố lại các electron hóa trị giữa các nguyên tử trong những phân tử tham gia phản ứng. Phản ứng hữu cơ có thể được phân loại theo những cách khác nhau: - Theo hướng của phản ứng [phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng tách] - Theo đặc điểm biến đổi các liên kết [phản ứng dị li và phản ứng đồng li] - Theo số lượng các tiểu phân tham gia vào giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng [phản ứng đơn phân tử và phản ứng đa phân tử] Thông thường khi xét các phản ứng trong hóa hữu cơ, đa phần các phản ứng hóa học chỉ có nhóm chức thay đổi, còn phần gốc hiđrocacbon vẫn được bảo toàn. Nguyên tắc đó tỏ ra đúng đắn trong việc xác định cấu trúc phân tử bằng con đường hóa học. Tuy nhiên có những trường hợp không tuân theo nguyên tắc đó, chẳng hạn như có những phản ứng, trong đó nhóm thế đi vào phân tử lại không vào chỗ vốn có nhóm thế đi ra trước đây, mà lại vào một vị trí khác. Hiện tượng đó gọi là sự chuyển vị. Phản ứng chuyển vị [Rearrangement] hiện diện trong cả ba cách phân loại phản ứng hữu cơ trên, việc xác định cơ chế phản ứng, dự đoán sản phẩm sẽ khó khăn hơn so với các phản ứng thông thường. Trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế,… các bài tập về sự chuyển vị cũng khá phổ biến, đây cũng là những bài tập khó. Hơn nữa, lý thuyết về phản ứng chuyển vị chưa được đề cập trong một tài liệu chuyên biệt nào, nó nằm rải rác trong từng phần của các nhóm chức và giáo viên chỉ có thể hệ thống lại khi học sinh đã được trang bị tương đối sâu về kiến thức phản ứng hữu cơ. Do vậy, với mong muốn chia sẻ với các bạn đồng nghiệp, đồng thời giúp học sinh có một tài liệu tra cứu và học tập đầy đủ nhất, chúng tôi xin đề xuất một cách khai thác các phản ứng chuyển vị trong bồi dưỡng học sinh giỏi, với nội dung là: “ Tên các phản ứng chuyển vị và hệ thống bài tập áp dụng”. II - MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI: Mục đích của đề tài này là xây dựng hệ thống chi tiết nhất các phản ứng chuyển vị thường gặp, mang tên người, tên loại phản ứng đặc biệt theo vần alphabet, đây chắc chắn sẽ nguồn tài liệu bổ ích giúp GV và HS dễ dàng tìm kiếm, tra cứu, học hỏi. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 2. dạy chuyên luôn phải tự học, tự bồi dưỡng, tham khảo các nguồn tài liệu để soạn giảng các chuyên đề phục vụ cho bồi dưỡng đội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế, nên mục đích của đề tài này là xây dựng hệ thống các bài tập chuyển vị nhiều mức độ để giáo viên có thể sử dụng trong nhiều bài giảng tùy theo giai đoạn, nội dung của chương trình giảng dạy. III- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI: “Sự chuyển vị” là một nội dung tương đối khó và cần thiết trong bồi dưỡng HSG hóa hữu cơ nên đã được Hội các trường chuyên duyên hải và đồng bằng Bắc bộ thống nhất và lựa chọn viết chuyên đề nhiều lần. Cách khai thác của các chuyên đề lần trước đều xoay quanh phân chia các dạng chuyển vị theo cơ chế và số lượng bài tập tham khảo còn ít. Tuy nhiên, khi giảng dạy chuyên đề chuyển vị, chúng tôi tự nhận thấy rất cần nguồn tài liệu tra cứu, vận dụng ngay các loại phản ứng đó, nên chúng tôi mạnh dạn xây dựng “quyển từ điển” tên các phản ứng chuyển vị. Hiện nay, nguồn tài liệu nước ngoài rất phong phú và được cập nhật rộng khắp nên chúng tôi đã biên soạn tên các phản ứng theo đúng tên tác giả hoặc tên quốc tế của phản ứng và sắp xếp theo vần alphabet. Phản ứng chuyển vị rất phức tạp, liên quan nhiều kiến thức chuyên sâu, trong phạm vi đề tài có hạn, chúng tôi chỉ khai thác đến hai nội dung sau: 1- Hệ thống Tên các phản ứng chuyển vị theo vần alphabet: nêu phản ứng, nêu cơ chế chi tiết của phản ứng, nhận diện phản ứng bằng các ví dụ tổng hợp hữu cơ, các bài tập vận dụng có lời giải. 2- Hệ thống các dạng bài tập về phản ứng chuyển vị trong đề thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế, phân tích và thảo luận các bài tập phục vụ cho ôn tập chuyên đề. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 544 B – PHẦN NỘI DUNG PHẦN 1: TÊN CÁC PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ Hệ thống các phản ứng chuyển vị được đề cập đến trong chuyên đề này: ST T TÊN PHẢN ỨNG TRA NG 1 Acyloin Rearrangement 6 2 Baeyer-Villiger Rearrangement 7 3 Baker – Venkatataman Rearrangement 10 4 Bamberger Rearrangement 12 5 Beckmann Rearrangement 13 6 Benzilic acid Rearrangement 19 7 7.1 Claisen Rearrangement 22 7.2. Chuyển vị para-Claisen 22 7.3. Chuyển vị Claisen bất thường 23 7.4. Eschenmoser–Claisen Rearrangement 27 7.5. Johnson–Claisen Rearrangement 26 8 8.1. Cope Rearrangement 29 8.2. Oxy-Cope Rearrangement 30 8.3. Aza-Cope Rearrangement 33 9 Carroll Rearrangement 34 10 Curtius Rearrangement 37 11 11.1. Demjanov Rearrangement 42 11.2. Tiffeneau–Demjanov Rearrangement 44 12 Favorski Rearrangement: 47 13 Fischer–Hepp Rearrangement: 51 14 Fries Rearrangement 53 15 Hoffman Rearrangement 57 16 Lossen Rearrangement 62 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 3. 66 18 Pinacol Rearrangement 67 19 Perkin Rearrangement 73 20 Rupe Rearrangement/Meyer–Schuster Rearrangement 74 21 Sommelet Rearrangement 75 22 Schmidt Rearrangement 77 23 Stevens Rearrangement 81 24 Wagner-Meerwein Rearrangement 81 25 Wittig Rearrangement 87 26 Wolff Rearrangement 90 27 Zinin Rearrangement or Benzidine and Semidine Rearrangements 93 28 Chuyển vị gốc tự do: 28.1. Chuyển vị aryl 1,2 97 28.2. Chuyển vị halogen 1,2 98 29 Phản ứng chuyển vị 1,3 29.1. Chuyển vị anlylic 99 29.2. Chuyển vị Xeton-Enol 99 30. Các phản ứng chuyển vị sigmatropic 30.1. Sự chuyển vị [1,3] 100 30.2. Sự chuyển vị [1,5] 102 30.3. Sự chuyển vị [1,7] 103 30.4. Sự chuyển vị [5,5] 104 30.5. Sự chuyển vị [2,3] 105 30.6. Walk Rearrangement 107 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 546 1. Acyloin Rearrangement Phản ứng: Cơ chế: Một số áp dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 4. [Phản ứng chuyển vị Baeyer-Villiger] Năm 1889, nhà hóa học người Đức Baeyer và nhà hóa học người Thụy Sĩ Villiger trong lúc nghiên cứu về phản ứng mở vòng của hợp chất xeton vòng bằng pertoxi axit hoặc hidropeoxit, họ phát hiện ra xeton sẽ được chuyển hóa thành este và xeton vòng chuyển hóa thành lacton hoặc sydroxi axit tương ứng. Vì vậy loại phản ứng này được đặt tên là phản ứng oxi hóa chuyển vị Baeyer-Villiger. Cơ chế: Người ta thấy trong trường hợp phản ứng của acetophenon có O carboniyl đánh dấu trong phản ứng với acid m-cloroperbenzoic, sản phẩm chứa O đánh dấu trên nhóm carbonyl chứ không phải trên phần alcol. Mặt khác nghiên cứu đồng vị 14 C cho thấy phản ứng có hiệu ứng đồng vị. Như vậy sự dịch chuyển nhóm phenyl xảy ra cùng lúc với sự tách nhóm carboxyl trong giai đoạn chậm của phản ứng. Cơ chế phản ứng có thể trình bày như sau: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 548 Bước 1: Nguyên tử oxy của ketone được proton hóa để tạo thành ion carbenium. Bước 2: Tấn công hạt nhân bởi một ion peroxycacboxylat vào nguyên tử cacbon cacbonyl thiếu điện tử. Bước 3: Một trong những alkyl trên ketone di chuyển đến oxy của nhóm peroxit trong khi một axit cacboxylic hình thành. Bước 4: Sự khử ion oxocarbenium tạo ra este mong muốn. Đặc điểm: - Phản ứng xảy ra theo kiểu chuyển vị trong hệ thiếu điện tử. Peracid có O hidroxyl cùng đôi điện tử tự do như chất thân hạch tác kích vào nhóm C=O của hợp chất carbonyl. Sự đứt nối dị li liên kết O-O làm xuất hiện O thiếu điện tử [6 điện tử tầng hóa trị]. Sự dịch chuyển nhóm phenyl cùng sự tương tác của nhóm OH làm O đủ điện tử, cho sản phẩm là ester, trong đó nhóm dịch chuyển nằm trong phần alcol. - Phản ứng thường dùng với acid peracetic, perbenzoic, đặc biệt thuận lợi với CF3COOOH. - Tính ưu tiên dịch chuyển các nhóm theo thứ tự: alkyl bậc 3 > cyclohexyl > aryl > alkyl bậc 2 > alkyl bậc 1 > metyl. Các nhóm aril thế: p-MeO-Ar > p-Me-Ar > p-Cl-Ar > p-Br-Ar > m-MeO-Ar > p-O2N-Ar. Nhóm thế đẩy điện tử làm tăng, nhóm thế rút điện tử làm giảm ưu tiên. Aldehid phản ứng với peracid cho acid. RCHO + R'COOOH RCOOH + R'COOH - β-Diceton có thể enol hóa không cho phản ứng, α-diceton chuyển hóa thành anhidrid acid, ceton vòng thành lacton: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 5. Phản ứng chuyển vị hiđropeoxit Chuyển vị này xảy ra khi phân hủy hợp chất peoxit, bản chất tương tự chuyển vị Beayer-Villiger. Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 550 Thí dụ có ý nghĩa thực tiễn phân hủy hiđropeoxit cumyl [trong công nghiệp sản xuất phenol và axeton: benzen cumen hiđropeoxit cumyl phenol + axeton] benzen cumen hiđropeoxit cumyl phenol + axeton] Giai đoạn cuối cùng ở sơ đồ trên là thủy phân hemiaxetal không bền. 3. Baker – Venkatataman Rearrangement Phản ứng chuyển vị Baker-Venkataraman là một phản ứng chuyển acyl xúc tác bazơ của ortho-acyloxyketon thơm thành β-diketon thơm [1,3-diketones]. Phản ứng được đặt tên theo các nhà hóa học Wilson Baker và Krishnaswami Venkataraman. Phản ứng này có một loạt các ứng dụng trong hữu cơ và hóa dược Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 6. base lấy một nguyên tử -hydro để tạo thành enolat. Bước 2: Các nucleophilic tấn công bởi enolat đến cacbonyl este để tạo thành alkoxit mạch vòng. Bước 3: Mở vòng và chuyển nhóm acyl. Bước 4: Trao đổi proton với dung môi tạo ra sản phẩm mong muốn. Ứng dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 552 4. Bamberger Rearrangement Phản ứng: Cơ chế: Áp dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 7. tác dụng của các chất háo nước[ H2SO4, CF3COOH, SOCl2, PCl5, axit photphoric…] oxim của xeton [xetoxim]RR’C=NHOH được chuyển hóa thành amit N-thế: R1 ở vị trí anti so với X R2 ở vị trí anti so với X Cơ chế: Phản ứng tương tự chuyển vị Schmidt, sự tách OH dưới dạng phân tử nước xảy ra cùng lúc với sự dịch chuyển R, trong đó nhóm R ở vị trí trans với OH sẽ dịch chuyển. Không có cation nitrenium tự do. Khuynh hướng các nhóm dịch chuyển giống như trong phản ứng Schmidt. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 554 Với PCl5: Ví dụ: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 8. bất thường: Khi nhóm thế di chuyển rời khỏi chất trung gian, để lại nitrin làm chất ổn định. Ví dụ: Ứng dụng: - Phản ứng chuyển vị Beckman được áp dụng trong phản ứng tổng hợp caprolactam – chất quan trọng trong sản xuất tơ capron: - Quá trình tổng hợp [+]-Codein qua chuyển vị Beckmann đã nhận được đồng phân mong muốn với hiệu suất 69%: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 556 - Phản ứng chuyển vị Beckmann được ứng dụng rộng rãi để tổng hợp đồng phân với cấu hình mong muốn: - Điều chế paracetamol - Điều chế acetanilit D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 9. Viết sản phẩm của mỗi quá trình chuyển vị Beckmann sau: Hướng dẫn: a] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 558 b] c] 6. Benzilic acid Rearrangement [Chuyển vị Benzyl - axit benzylic] Là phản ứng chuyển hóa α -đixeton trong môi trường bazơ thành α - hiđroxylaxit. Phản ứng phổ biến nhất là Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 10. OH- tấn công nucleophin vào hạt nhân của cacbon cacbonyl thiếu điện tử. Bước 2: Sự di chuyển của nhóm phenyl. Bước 3: Chuyển proton. Bước 4: Xử lý axit cho ra sản phẩm mong muốn. Nếu thay NaOH bằng CH3ONa ta sẽ thu được este metylic của α - hiđroxiaxit. Không thể dùng C2H5ONa và [CH3]2CHONa thay CH3ONa và những anncolat đó khử ArCO-COAr thành ArCHOH-COAr. Phản ứng thường xảy ra ở các α -đixeton thơm. Ngoài ra một số đixeton khác cũng tham gia phản ứng này. Ví dụ: Bài tập vận dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 560 Bài 1. Hãy trình bày cơ chế phản ứng từ Furil điều chế acid Ferulic Bài 2. Hãy giải thích vì sao khi cho axetophenon phản ứng với điazometan ta chỉ nhận được benzyl metyl xeton? Hướng dẫn: - Phản ứng giữa xeton và điazometan xảy ra theo cơ chế : CH3 C O C6H5 + CH2 N N + CH3 C - O- C6H5 CH2 N N + - N2 CH3 C O C6H5 CH2 chuyên vi C6H5 CH3-C - CH2-C6H5 O - Khả năng chuyển vị của các nhóm theo thứ tự: H > C6H5 > CH3 > iso – C3H7 - Do vậy sản phẩm chính nhận được là benzyl metyl xeton. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 11. Chuyển vị Claisen: Chuyển vị Claisen là sự chuyển vị sigmatropic [3,3] của một vinyl allyl ete để tạo thành hợp chất cacbonyl không no γ, δ trong điều kiện đun nóng hoặc axit. Phản ứng là một quá trình phối hợp trong đó các liên kết được hình thành và phá vỡ cùng một lúc. Khi đun nóng các anlyl aryl ete sẽ chuyển thành o-anlylphenol theo một phản ứng gọi là chuyển vị claisen. Cơ chế: 7.2. Chuyển vị para-Claisen: Trong trường hợp các vị trí octo đã bi chiếm, nhóm anlyl của ete sẽ chuyển đến vị trí para. Người ta gọi đó là sự chuyển vị para- claisen: Cơ chế: Có 3 cơ chế được đề nghị cho phản ứng chuyển vị para-Claisen: Cơ chế 1: Cơ chế 2: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 562 Cơ chế 3: Ví dụ: 1. 2. 7.3. Chuyển vị Claisen bất thường: Khi sản phẩm thu được là cacbon ở vị trí β gắn vào vòng thơm: Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 12. 1: Viết cơ chế của phản ứng sau: a] 2000C O CH2 CH CH2 Me Me b] O OEt t0 [ 3,3] Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 564 a] O CH2 CH CH2 chuyen vi O 1 2 3 4 5 6 enol hoa Me Me Me Me OH b] O OEt 1 2 3 1 2 3 O EtO Liên kết xích ma này bị đứt Bài 2: Thực hiện dãy chuyển hóa sau: OH 1. NaOH 2. CH3COCl 3.AlCl3 A B + B BF3 OH C OH- .CH CCClMe2 DMF D H2 Pd Linda E 2000 C F Cho biết A có liên kết hidro nội phân tử. Viết sơ đồ các phản ứng trên. Trình bày cơ chế của phản ứng từ E tạo ra F. Hướng dẫn: OH NaOH ONa OCOCH3 CH3COCl AlCl3 Cl3Al-O-CH3OCH3 - + OAlCl3 + C-CH3 O + 1. SE 2. H2O OH C CH3 O + OH COCH3 A B D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 13. + - OH COCH3 OH COCH3 CH2 -CH =C CH3 CH3 C DMF NaOH O- COCH3 C CH3 CH3 C CH Cl COCH3 O-CMe2-C CH OH H2 Pd Linda 2000C COCH3 O-CMe2-CH CH2 E Chuyên vi Claizen O H COCH3 CH2 CH C CH3 CH3 COCH3 7.4. Eschenmoser–Claisen Rearrangement Khi một rượu allylic được đun nóng với sự có mặt của N, N-đimetylaxetamit đimetyl axetan để tạo ra một , δ-không no, phản ứng được gọi là chuyển vị Eschenmoser – Claisen Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 566 Bước 1: N, N-đimetyl axetamit đimetyl axetan giải phóng một metoxi để tạo thành một cation iminium. Bước 2: Ancol tấn công nucleophin vào iminium. Bước 3: Methoxide trao đổi một proton. Bước 4: Proton hóa hợp phần nhóm metoxi Bước 5: Methoxide tách một proton từ metyl và chất trung gian giải phóng metanol để tạo thành chất trung gian 1,5-đien Bước 6: Chất trung gian kiểu xeten chuyển vị [3,3] -sigmatropic thông qua trạng thái chuyển tiếp giống như ghế để tạo ra sản phẩm mong muốn. 7.5. Johnson–Claisen Rearrangement Khi đun nóng rượu allyl với lượng dư trietyl orthoaxetat dưới điều kiện axit nhẹ để tạo ra một este không no γ, δ, phản ứng được gọi là chuyển vị Johnson – Claisen Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 14. hóa một trong các nhóm metoxy. Bước 2: Loại bỏ metanol tạo thành cation oxoni. Bước 3: Ancol tấn công vào chất trung gian oxonium. Bước 4: Chuyển proton. Bước 5: Metanol tấn công nucleophin vào một proton và giải phóng một metanol khác để tạo thành ketene acetal trung gian. Bước 6: Chuyển vị [3,3] -sigmatropic để tạo ra este γ, δ-không no. 8. Cope Rearrangement 8.1. Sự chuyển vị Cope Sự chuyển vị Cope là một phản ứng hữu cơ được nghiên cứu rộng rãi liên quan đến sự sắp xếp lại theo chiều hướng [3,3] của 1,5-diene. Phản ứng này được phát triển bởi Athur C.Cope. Các phản ứng chủ yếu tiến hành qua con đường nội phân tử. Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 568 Cả hai trạng thái chuyển tiếp dạng ghế và thuyền đều có xu hướng tạo thành sản phẩm nhưng dạng giống ghế về mặt năng lượng sẽ thuận lợi hơn dạng giống như thuyền Ví dụ: 3,4-đimetyl-1,5-hexadien được đun nóng đến 300 °C thu được 2,6- octadien. 8.2. Sự chuyển vị Oxy-Cope Trong sự chuyển vị Oxy-Cope , một nhóm hydroxyl được thêm vào ở C3 tạo thànhenal hoặc enone sau khi biến đổi keto-enol của enol trung gian: Vận dụng: Viết sản phẩm tạo thành của mỗi quá trình chuyển vị Cope sau đây: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 15.
- 16. ứng: Cơ chế: Áp dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 572 9. Carroll Rearrangement Sự chuyển vị Carroll là một phản ứng chuyển vị trong hóa học hữu cơ và liên quan đến việc biến đổi β- keto allyl ester thành acid α-allyl-β-ketocarboxylic. Phản ứng hữu cơ này đi kèm với quá trình khử carbon và sản phẩm cuối cùng là γ, δ- allylketone. Sự chuyển vị Carroll là một phản ứng tương tự của phản ứng chuyểnvị Claisen và một cách hiệu quả để khử carboxyl . Vận dụng: Bài tập: Cho biết sản phẩm tạo thành của mỗi phản ứng chuyển vị Caroll sau: a. b. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 17.
- 18. ra khi phân tích bằng nhiệt hoặc quang azit của axit cacboxylic tạo ra isoxyanat, rồi isoxyanat chuyển hóa tiếp thành sản phẩm. Cơ chế: - Chuyển vị nhiệt: Phản ứng xảy ra theo cơ chế tương tự phản ứng Hofmann. Azid acid bị nhiệt phân thành nitren, là hệ thiếu điện tử tại N. Nhóm alkyl dịch chuyển đến N cùng đôi điện tử liên kết cho sản phẩm isocianat. Trong điều kiện khan nước và không có alcol, isocianat nhận được với hiệu suất cao. Cũng như chuyển vị Hofmann, nitren thực tế không tồn tại, mà sự nhiệt phân tách phân tử khí nitơ xảy ra cùng lúc với sự dịch chuyển nhóm alkyl. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 576 [trung gian isoxianat] - Chuyển vị quang: Tuy nhiên phân hủy quang hóa azid acid, nitren tạo thành trong quá trình phản ứng như một chất trung gian. Nitrin Chất azit khởi đầu có thể điều chế từ clorua axit và natri aziđua, hoặc bằng cách cho axit nitrơ tác dụng với hiđrazit của axit: Nếu phản ứng chuyển vị xảy ra trong dung môi không có H linh động thì sẽ dừng lại ở giai đoạn tạo isoxianat. Ví dụ: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 19. Viết cấu trúc sản phẩm của các phản ứng sau: a] b] c] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 578 d] Hướng dẫn: a] b] c] d] Bài 2: Hoàn thành các phương trình phản ứng theo sơ đồ sau, viết cơ chế phản ứng [1] và [4]: H3C C NH OCH3 H+ du H2O A H2N-NH2 B HNO2 C D [amin bâc 1] [1] [2] [3] [4] Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 20. phản ứng [1]: OH+ OCH3 H3C C NH OCH3 . . C . . . H+ du H2O C H3C C NH2 + OCH3 H2N CH3 OH2 + chuyên vi H+ OCH3 C H3N+ CH3 OH . CH3 OCH3 + NH3 . . CH3COOCH3 + NH4 + - Cơ chế phản ứng [4]: Me C O N3 O C N Me N2 Me C O . .. . N H2O MeNH2 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 580 11. Demjanov Rearrangement 11.1. Chuyển vị Demjanov Chuyển vị Demjanov là một phản ứng hữu cơ của amin bậc một với axit nitrơ để tạo thành ancol có sự sắp xếp lại mạch. Phản ứng tiến hành thông qua diazotization tiếp theo là sự mở rộng vòng hoặc sự co lại của vòng. Phản ứng được đặt tên theo nhà hóa học người Nga Nikolay Yakovlevich Demjanov, người đã phát hiện ra nó vào năm 1903. Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 21. Cho biết sản phẩm của phản ứng sau: a] b] Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 582 a] b] 11.2. Tiffeneau–Demjanov Rearrangement Sự sắp xếp lại cacbocation của rượu β-amino [1-aminometylcycloalkanol] với axit nitơ để tạo thành xycloketon mở rộng vòng được gọi là sự sắp xếp lại Tiffeneau – Demjanov. Các kích thước vòng từ cyclopropane đến xyclooctan có thể trải qua phản ứng này với sự mở rộng vòng, mặc dù lý tưởng kích thước vòng 5–7 cung cấp năng suất tốt Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 22. Viết sản phẩm và cho biết cơ chế của quá trình sau đây: Hướng dẫn: Chuyển vị Demyanov-Tiffeneau đi từ hiđroxylamin: Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 584 Bài 3: Cho biết sản phẩm của phản ứng: Hướng dẫn : D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 23. khi nghiên cứu α,α-diclorceton, Favorski dự định điều chế α-diceton bằng phản ứng thủy phân α,α-diclorceton trong dung dịch kiềm. Nhưng thay vì nhận được diceton, ông nhận được acid metacrilic từ chất đầu là metyl-α,α-dicloretylceton. Sau đó nhóm của Favorski áp dụng phản ứng cho nhiều hợp chất α- haloceton khác và mở ra phản ứng chuyển vị mang tên ông. Chuyển vị được công bố lần đầu vào năm 1895. Chuyển vị Favorski là phản ứng của bazơ thân hạch với α- haloceton qua trung gian là cyclopropanon, tùy thuộc bazơ thân hạch cho sản phẩm là chuyển hóa chất của acid carboxylic. Với bazơ là hidroxid kim loại kiềm, alcoxid, amin, sản phẩm là muối của acid carboxylic, ester, amid. Những đặc tính chung của phản ứng chuyển vị Favorski: - Chịu ảnh hưởng quan trọng bởi đặc điểm của chất nền như độ lớn của nhóm thế, số nhóm thế. - Nhóm alkyl hoặc aryl trên carbon mang nhóm halogen sẽ làm tăng vận tốc chuyển vị. - Với α-halo ketone mạch vòng, sự chuyển vị được thấy xảy ra với vòng 4, và vòng 6-10. - Hiệu suất phản ứng thường từ trunh bình đến cao. - Có hai loại chuyển vị Favorski quan trọng là: Khi β-halo ketone được xử lý với base có mặt của nucleophile, sự chuyển vị homo-Favorski sẽ xảy ra qua trung gian cyclobutanone. Nếu α-halo ketone không có hydrogen có thể bị enol hóa [R khác với H], phản ứng chuyển vị tương tự sẽ xảy ra. Cơ chế: Phản ứng bắt đầu bằng sự tách proton vị trí α phía bên kia carbon mang clor, tiếp theo là thế thân hạch nội phân tử cùng sự ra đi nhóm xuất clor, tạo thành vòng ciclopropanon. Bazơ thân hạch cộng vào nhóm carbonyl, O[-] đẩy điện tử cùng sự mở vòng 3 cho sản phẩm phản ứng. Trong giai đoạn đầu, ion alcoxid tác dụng không phải như chất thân hạch mà như bazơ, tách lấy proton. Sau đó ion alcoxid cộng vào nhóm carbonyl của cyclopropanon như chất thân hạch, tham gia vào sản phẩm. Gia đoạn chậm của phản D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 586 ứng là thế thân hạch nội phân tử cho trung gian là cyclopropanon. Do đây là hợp chất vòng nhỏ căng nên đỉnh năng lượng cao, hợp chất vòng 3 cạnh có thể mở vòng theo hai hướng: Các α -halogenxeton vòng cho phản ứng rút vòng: Ứng dụng: Một ứng dụng của chuyển vị Favorskii là tổng hợp hidrocacbon cuban: c.vị Favorskii Nếu phản ứng trong dung dịch kềm và có mặt peroxid hidro, sản phẩm là alcen và thoát khí carbonic. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 24. qua trung gian ceton vòng 3 khi α-haloceton có H linh động tại vị trí α’. Chuyển vị Favorski dường như cũng xảy ra khi tại Cα’ không chứa H. Ở đây phản ứng xảy ra không theo cơ chế qua trung gian cyclopropanon. Do theo cơ chế không phải là chuyển vị Favorski nên phản ứng được gọi là chuyển vị giống Favorski [quasi-Favorski rearrangement]. Áp dụng: Bài 1: Viết cơ chế của các phản ứng sau: a] b] Hướng dẫn: C CH C CH3 O Br H3C H3C H3C C CH2 H3C H3C H3C CH2 COOEt Cl O COOEt D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 588 a] b] Bài 2: Xử lí α-halogen xeton với bazơ mạnh tạo thành các sản phẩm chuyển vị. Sự chuyển vị này gọi là phản ứng Favorski. 2 - cloxiclohexanon sẽ chuyển vị thành metylxiclo pentancacboxilat khi có mặt CH3ONa trong ete. Hãy xác định cơ chế của phản ứng này? Hướng dẫn: C CH C CH3 O Br H3C H3C H3C EtO C CH C CH2 O Br H3C H3C H3C C CH C CH2 O H3C H3C H3C EtO C CH C CH2 O H3C H3C H3C EtO C CH C H2 C O H3C H3C H3C EtO C CH2 H3C H3C H3C CH2 COOEt Cl COOEt H H Cl H O O O O OEt C O OEt EtO EtO D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 25. Chuyển vị nhóm nitrozo Khi có mặt axit HCl, nhóm nitrozo xủa nitrozamin thơm sẽ chuyển dịch vào nhân thơm. Cơ chế chuyển vị Fisơ-Hep tương tự cơ chế chuyển vị Octơn. Dưới tác dụng của axit, nitrozoamin bị phân tích thành amin và nitrozyl clorua [NOCl] hoặc ion nitrozoni [NO+ ]; sau đó là quá trình nitrozo hóa nhân thơm theo cơ chế thế electrophin. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 590 Áp dụng: Trình bày cơ chế: N NO CH3 HCl N H CH3 NO N H CH3 NO + Hướng dẫn: Có thể viết gọn như sau: N NO CH3 H+ N H CH3 + NO+ N H CH3 NO N H CH3 NO + 14. Fries Rearrangement Các acid Lewis chủ yếu là AlCl3, BF3, TiCl4 hoặc SnCl4 là xúc tác cho sự chuyển vị các este phenolic thành 2-hydroxy aryl xeton hoặc 4-hydroxy aryl xeton được gọi là sự chuyển vị Fries, được đặt theo tên của nhà hóa học người Đức Karl Theophil Fries. Chuyển vị này có thể tiến hành với các axit khác như HF, CF3COOH và MeSO3H trong dung môi trơ. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 26. ta cho rằng quá trình chuyển vị Fries tương tự quá trình axyl hóa theo Friden – Crap. Dưới tác dụng của chất xúc tác, este tạo ra cation axyli O C R , cation này sẽ tấn công vào các vị trí ortho, para của vòng thơm: O C R O AlCl3 OAlCl3 C R O OAlCl2 C R O -HCl H3O+ C R O OH OAlCl2 C R O H3O+ C R O OH Phản ứng Fries luôn tạo ra hỗn hợp hai sản phẩm đồng phân. Nhiệt độ thấp thuận lợi cho sự tạo thành đồng phân para: OH CH3 COCH3 AlCl3, 25 o C 80% CH3 COCH3 AlCl3, 165 o C 95% OH CH3 CH3CO Khi vị trí para đã bị chiếm thì chỉ tạo thành sản phẩm ortho: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 27. Viết cấu trúc sản phẩm của mỗi quá trình chuyển vị Fries sau đây: a] b] c] d] e] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 594 Hướng dẫn: a] b] c] d] e] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 28. vị Hoffmann là phản ứng của amid không thế với muối hipohalit Na [hoặc hỗn hợp NaOH và halogen], sản phẩm là amin có ít hơn 1 carbon [nên còn gọi là giảm cấp Hoffmann] Hòa tan brom vào dung dịch xút được dung dịch muối hipobromit Na. Dung dịch này brom hóa nhóm amin cho trung gian có H acid khá mạnh. Trong môi trường phản ứng hidro còn lại tách ra dưới dạng proton, cho trung gian anion với điện tích âm trên nitơ. Sự đẩy điện tử làm brom ra đi cùng đôi điện tử liên kết, để lại nitơ có 6 điện tử tầng hóa trị. Hợp chất này của nitơ gọi là nitren. Nitren không bền, lập tức cho phản ứng chuyển vị với nhóm dịch chuyển là R. Sự tương tác của các vân đạo p của N và C tạo liên kết , cho sản phẩm phản ứng là alkil isocianat. Trong môi trường phản ứng, isocianat bị thủy phân và phân hủy thành amin có ít hơn 1 C so với amid ban đầu. Nitren thực tế không tồn tại trong hỗn hợp phản ứng, sự tách Br[-] và sự dịch chuyển R xảy ra cùng lúc. Khi khảo sát sự chuyển vị của amid có Cα bất đối xứng, người ta thấy cấu hình của Cα không tay đổi. Như vậy nhóm dịch chuyển đi ngang qua vòng 3 và tạo liên kết mới ngay tại liên kết cũ bị đứt. Nếu phản ứng thực hiện trong alcol thì nhận được sản phẩm là uretan. Ứng dụng: trong điều chế một số hợp chất chống nấm, hợp chất alkaloid: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 29. Viết cơ chế của các phản ứng sau: a. N O O Br KOH, H2O 40oC H2N-CH2-CH2-COOK b. BrO- CO-NH2 Br Br NH2 Hướng dẫn: a] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 598 N O O Br - OH N O Br - O OH OH N - O O Br Br - OH O N= C=O OH O N= C O - OH O N O C OH O - O NH O C OH O- O NH H O C O- O NH H O C O O- O NH2 K + H2N COOK OH OH b] OH C OH- O BrO- . .. . O C N NH CO-NH2 Br CO-NH-Br Br CO-N-Br Br CO-N Br Br Br Br NH2 Bài 2: Cho biết sản phẩm của mỗi phản ứng chuyển vị Hoffmann sau: a. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 30. Viết cơ chế của sự tạo thành sản phẩm sau a. b. c. Hướng dẫn: a. b. CH2 C NH2 O H2C H2N C NH2 O H2N C C O O NH COOH NH2 CH2 C NH2 O NaOBr CH2 C N O Br H CH2 C N O Br CH2 C N O H2C C N O H2C C N O H2C C HN O OH H2C H2N OH C NH2 O NaOBr C N O Br H C N O Br C N O C N O C N O C HN O OH H2N OH D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 31. của axit hyđroxamic hoặc hợp chất tương tự bị phân tích trong môi trường kiềm thành isoxyanat , tương tự như trong phản ứng Hopman: Phản ứng không được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ vì acid hidroxamic không có sẵn. Trong thực tế người ta thường không thực hiện sự chuyển vị Lossen với các axit hyđroxamic tự do mà với các dẫn xuất O-axyl của chúng, vì như vậy hiệu suất cao hơn: Cơ chế: Phản ứng theo cơ chế tương tự chuyển vị Hofmann. Hidro tại nguyên tử nitơ của acid hidroxamic O-acyl hóa có dễ dàng tách ra dưới dạng proton bằng bazơ, cho trung gian anion đẩy điện tử, làm nhóm carboxyl tách ra cùng đôi điện tử liên kết. Lúc này nitơ còn 6 điện tử tầng hóa trị nên thiếu điện tử, làm nhóm alkyl dịch chuyển sang nitơ, cho nitren. Tương tự như chuyển vị Hofmann, nitren không bền nên thực tế không tạo ra mà cùng lúc xảy ra chuyển vị nhóm alkyl cùng tương tác của đôi điện tử tự do trên N, cho sản phẩm isocianat, thủy phân thành amin. C C O O NH NaOCl C C O O N Cl OH COOH C O N Cl C N O COOH COOH C N O COOH C N O COOH COOH NH COOH NH2 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 602 Vận dụng: Bài 1: Cho biết cấu trúc sản phẩm của một số quá trình sau: a. b. c. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 32.
- 33. chuyển vị nguyên tử halogen từ nguyên tử N vào vòng benzen gọi là chuyển vị Octơn. Thí dụ khi đun nóng N-cloaxetanilit trong axit axetic hoặc nước có mặt HCl ta được o- hoặc p- cloaxetanilit. Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 606 18. Pinacol Rearrangement Trong trường hợp pinacol [CH3]2COH-COH[CH3]2 và các hợp chất tương tự có cấu tạo RR’COH-COHRR’ bị đehiđrat hóa kèm theo sự chuyển vị tạo thành xeton có khung cacbon mới tên là pinacolon, đó là sự chuyển vị pinacol-pinacolol. Cơ chế: Hướng chuyển vị pinacol: - Vì nhóm thế chuyển vị có vai trò như tác nhân Nu nên nhóm thế nào đẩy electron mạnh sẽ dễ bị chuyển dịch hơn. Ví dụ: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 34. ưu tiên chuyển vị [nhóm chuyển vị] như sau: Ankyl bậc 3 > Xyclohexyl > Ankyl bậc 2 > Benzyl > Phenyl > Ankyl bậc 1 > Metyl >> H + Với nhóm chuyển vị là Aryl: p-MeO-Ar > p-Me-Ar > p-Cl-Ar > p-Br-Ar > p-OMe-Ar > p-O2N-Ar - Với các pinacol không đối xứng thì ưu tiên tách nhóm –OH tạo ra cacbocation bền hơn. Đặc thù lập thể: Do tạo ra cacbocation dạng cầu nối nên chuyển vị pinacol- pinacolol làm quay cấu hình sản phẩm [Cα]. Ví dụ: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 608 Ứng dụng: Chuyển vị pinacol-pinacolol được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế một số hợp chất hữu cơ quan trọng: Vận dụng: Bài 1: Cho biết sản phẩm của phản ứng chuyển vị piancol sau: a] b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 35. Viết sản phẩm của phản ứng: Hướng dẫn: a] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 610 C C OH Br H+ C C O CH3 CH3 CH3 CH3 Ag+ CH3 CH3 CH3 CH3 A C CH OH CH3 CH3 CH3 CH3 + C C OH CH3 CH3 CH3 CH3 + -AgBr b] C C OH C C O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 NH2 NaNO2,HCl Sự chuyển vị có thể xảy ra đối với bất kỳ hợp chất nào có khả năng tạo ra cacbocation tương tự như trên. Bài 3: Cho biết sản phẩm của các quá trình sau: a] b] Hướng dẫn: a] - Sản phẩm ưu tiên có thể dự đoán được dựa vào cấu tạo của các gốc hydrocarbon ở 2 bên. Nhóm thế đẩy e càng mạnh càng dễ bị chuyển vị. - Phản ứng có thể xảy ra theo hướng chuyển vị mở rộng vòng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 36. sản phẩm và cho biết cơ chế của mỗi phản ứng sau: a] b] Hướng dẫn: a] b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 612 19. Perkin Rearrangement[Coumarin-BenZofuran Ring Contraction] Phản ứng: Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 37. Rearrangement Sự sắp xếp lại được xúc tác bởi axit của rượu bậc ba có chứa một đầu cuối nhóm α-axetylen [ví dụ rượu propargylic bậc ba] qua chất trung gian enyne để tạo ra các xeton không no α, β tương ứng được gọi là sự sắp xếp lại Rupe. Sự sắp xếp lại được xúc tác bởi axit của thứ cấp và thứ ba rượu propargylic thành α, β- andehit không no hoặc xeton tương ứng được gọi là sự sắp xếp lại Meyer – Schuster. Một số axit protic, axit Lewis và nhựa trao đổi cation có tính axit đã được áp dụng cho phản ứng này Cơ chế: Áp dụng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 614 21. Sommelet Rearrangement Tác dụng của bazo mạnh như natri amidua hoặc phenyl litium trên các hợp chất benzyltriankyl ammonium đưa đến sự di chuyển nhóm triankyl ammonium vào nhân benzene tại vị trí ortho. Phản ứng gọi là chuyển vị Sommelet: Cơ chế: Ví dụ: Áp dụng: 1. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 38. ứng tương tự Curtius nhưng đi từ sản phẩm cộng của axit, anđehit và xeton, ancol và olefin với axit hiđroxiamic, tách N2 chuyển vị và tách proton thành xetimit-N-thế rồi thủy phân trong môi trường axit cho xeton và amin. Xúc tác thường dùng là axit sunfuric nhưng cũng dùng axit Lewis. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 616 Cơ chế: Sự tách nhóm N2 và sự dịch chuyển R xảy ra cùng lúc. Nhóm dịch chuyển là nhóm ở vị trí trans với nhóm ra đi. Khi tách loại 1 phân tử nước, nhóm lớn hơn sẽ ở D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 39. với nhóm diazonium. Do đó trong ceton không đối xứng, thứ tự di chuyển các nhóm như sau: t-Bu > Ph ~ i-Pr > Et > Me Như vậy với ceton, phản ứng trong dung dịch nước giống như thêm nguyên tử N vào giữa CO và nhóm alkyl. Acid carboxilic trong môi trường acid mạnh hoặc acid Lewis chuyển vị thành amin với 1 nguyên tử carbon ít hơn. Áp dụng: Ví dụ: Vận dụng: Bài tập: Cho biết cấu trúc sản phẩm của mỗi phản ứng sau: a] b] c] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 618 d] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 40. các phản ứng chuyển vị Hopman, Curtius, Lossen và Schmidt đều qua hợp chất trung gian là isoxianat, chỉ khác ở điều kiện phản ứng và chất ban đầu. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 620 23. Stevens Rearrangement Sự chuyển vị nhóm ankyl hoặc aryl từ nguyên tử N [ hoặc S] của nhóm amoni [ hoặc sunfoni] sang nguyên tử C bên cạnh gọi là sự chuyển vi Stevens: Ví dụ: 24. Wagner-Meerwein Rearrangement Trong quá trình thế và tách nucleophin đơn phân tử cũng như trong quá trình cộng electrophin vào liên kết bội cacbon-cacbon đều sinh ra cacbocation. Những cacbocation đó có thể tham gia chuyển vị, làm cho một nguyên tử H hoặc nhóm ankyl hay aryl ở vị trí α đối với C+ chuyển dịch đến C+ đó. Loại chuyển vị này thường gặp ở: Ancol/H+ [Phản ứng thế, phản ứng tách nước]; dẫn xuất/Ag+ ; amin/HNO2; hidrocacbon [Anken/H+ ]… Chuyển vị Wagner – Meerwein là sự tách loại nước từ alcol trong acid qua trung gian là cation carbonium. Chuyển vị Wagner – Meerwein do Wagner phát hiện năm 1899 khi tiến hành tách loại phân tử nước từ các terpen 2 vòng, những năm 1920 Meerwein nghiên cứu và đề xuất cơ chế. Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 41. thể: Do tạo ra cacbocation dạng cầu nối nên giống chuyển vị pinacol-pinacolol, chuyển vị Wagner-Meerwein cũng làm quay cấu hình sản phẩm [Cα] Ví dụ: Trường hợp cation norbornil. Cation 2-norbornil có khuynh hướng chuyển vị Wagner – Meerwein. Sự chuyển vị dễ dàng hơn với norbornan thế tại exo, nhóm dịch chuyển là liên kết C1 – C6 do có vị trí đối lệch với nhóm xuất [theo kiểu SN2]. Nếu nhóm xuất ở vị trí endo, nhóm dịch chuyển không thể là liên kết C1 – C6 do không ở vị trí đối lệch. Do đó phản ứng bắt đầu bằng tách nhóm X tạo carbonium, sau đó liên kết C1 – C6 dịch chuyển. Phản ứng theo kiểu SN1. Phản ứng chậm hơn nhiều so với đồng phân exo. Chất thân hạch Y[-] tác kích thuận lợi hơn từ hướng exo. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 622 Áp dụng: Bài 1: Viết công thức cấu tạo của các sản phẩm khi cho 3-iot-2,2-đimetylbutan phản ứng với AgNO3 trong etanol. Sản phẩm nào được tạo thành nhiều nhất? Hướng dẫn: Ag+ CH3 C CH3 CH3 CH3 CH + CH3 C CH3 CH3 CH3 CHI CH3 C CH3 CH3 CH3 CH + chuyên vi CH3 - CH3 C + C H CH3 CH3 CH3 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 42. C CH3 CH CH3 CH3 A B CH3 C CH3 CH3 CH3 CH + HOC2H5 . . CH3 C CH3 CH3 CH = CH2 C Bài 2: Khi cho tosylat của 3- phenylbutanol-2 [ ở dạng erytro và treo] tác dụng với axit axetic ta sẽ được các axetat tương ứng, với cấu hình lập thể khác nhau, tùy theo cấu hình của tosylat ban đầu. Hướng dẫn: H C6H5 OTs H OTs Tosylat êrytro + H Me H Me Me Me AcOH -H+ H C6H5 H Me Me OAc Me C6H5 H Me OAc H Axetat erytro H C6H5 H Me Me OTs OTs + H Me H Me AcOH -H+ H C6H5 Me OAc Me C6H5 H Me OAc H H Me - Tosylat treo Axetat treo D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 624 Sự chuyển vị Wagner-Meerwein có tính đặc thù lập thể rõ rệt. Cụ thể cacbocation trung gian không phải là cacbocation tự do mà là một cacbocation cầu nối. Bài 3: Cho biết sản phẩm và cơ chế của mỗi quá trình chuyển vị Wagner- Meerwein sau đây: a] b] c] Hướng dẫn: a] b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 43. Rearrangement Sự chuyển vị ở một ete làm đứt liên kết C-O và hình thành liên kết C-C được gọi là sự chuyển vị Vittic. Để thực hiện quá trình này người ta phải dùng những bazơ mạnh như PhLi, NaNH2… Cơ chế: Thứ tự ưu tiên chuyển dời giảm theo dãy: CH2=CHCH3, C6H5CH2 > CH3, C2H5, p-O2NC6H4 > C6H5 Ví dụ: 1. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 44. Cho biết sản phẩm của mỗi quá trình chuyển vị Wittig sau đây: a] b] c] d] Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 628 a] b] c] d] Bài 2: Viết cơ chế tạo thành các sản phẩm sau: a] C6H5CH2OCH3 ⎯ C6H5CH[OH]CH3 b] 3-[anlyloxy]prop-1-en ⎯ D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 45. Rearrangement Khi có mặt Ag2O các α - điazoxeten chuyển vị thành xeten là chất có khả năng phản ứng rất cao, tác dụng với H2O/Ancol tạo ra axit/este. Chuyển vị Wolff được sử dụng trong tổng hợp axit, xeton. α - điazoxeten xeten Cơ chế: CH2 O CH3 PhLi CH O CH3 H C O CH3 H C HO CH3 H2C CH CH2 O CH2 CH CH2 PhLi H2C CH CH O CH2 CH CH2 H2C CH H C O CH2 CH CH2 H2C CH H C OH CH2 CH CH2 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 630 Carbocation thường được làm bền bằng tương tác với đôi điện tử không phân chia của ôxy bên cạnh [chuyển vị pinacol] hoặc nhận tác kích chất thân hạch từ bên ngoài [chuyển vị Wagner – Meerwein], trong trường hợp này có tương tác của đôi điện tử tự do sinh ra do dịch chuyển của R, tạo thành ceten, hoặc dịch chuyển H, tạo thành ceton không no. Ceten cộng nhanh nước thành acid, alcol thành ester, amin thành amid. Tỷ lệ sản phẩm ceten và ceton phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng: ở nhiệt độ thấp ceton không no nhiều hơn, nhiệt độ cao [>50O C] cho nhiều sản phẩm là chuyển hóa chất của acid. Ứng dụng: Phản ứng được ứng dụng để kéo dài mạch acid thêm 1 C. Đây là phản ứng Arndt – Eistert: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 46. ceton: Làm hẹp vòng: Áp dụng: Vận dụng: Bài 1: Cho biết các hợp chất A,B,C,D của chuỗi phản ứng sau: Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 632 A: RCOCH [cacben] B: RCH=C=O C: R-CH2COOH D: R-CH2COOR' Bài 2: Viết sản phẩm cuối của quá trình sau: Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 47. or Benzidine and Semidine Rearrangements Khi cho axit mạnh tác dụng lên hiđrazobenzen [1,2-điphenylhiđrazin] sẽ xảy ra sự chuyển vị làm đứt liên kết N-N và hình thành liên kết C-C tạo ra benziđin [4,4’-điaminobiphenyl]: Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 634 Trong phản ứng chuyển vị của hiđrazobenzen ngoài benziđin là sản phẩm của sự tổ hợp p.p’ [ chiếm 70%] người ta còn được điphenylin [ 2,4’-điaminobiphenyl] là sản phẩm của sự tổ hợp o,p’ [ chiếm khoảng 30%] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 48. vị trí para trong phân tử hiđrazobenzen đều bị chiếm bởi các nhóm thế thì sản phẩm chính thường là các o-xemiđin có nhóm thế. Còn nếu chỉ có một vị trí para bị chiếm thì phản ứng có thể tạo ra các dẫn xuất thế của điphenylin, o- semiđin và p-semiđin. Ứng dụng: Việc chuyển hóa benzidine thành muối bis[diazonium] đã từng là một bước không thể thiếu trong quá trình điều chế thuốc nhuộm trực tiếp [không cần chất kết dính]. Xử lý muối bis[diazonium] này bằng acid 1-aminonaphthalene-4-sulfonic tạo ra thuốc nhuộm màu đỏ congo phổ biến một thời. Trước đây, benzidine được dùng để xét nghiệm sự tồn tại của máu. Một loại enzyme trong máu gây ra quá trình oxy hóa benzidine tạo thành một dẫn xuất có màu xanh lam đặc trưng. Xét nghiệm đối với cyanide dựa trên khả năng phản ứng tương tự. Các ứng dụng như vậy phần lớn đã được thay thế bằng các phương pháp sử dụng phenolphthalein/hydro peroxide và luminol. 28. Chuyển vị gốc tự do: 28.1. Chuyển vị aryl 1,2 Loại chuyển vị gốc tự do tương đối phổ biến hơn cả là chuyển vị nhóm aryl từ vị trí 1 sang vị trí 2. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 636 Ví dụ: Khi có mặt chất khơi mào, [CH3]3C-O-O-[CH3]3 trong clobenzen sẽ bị phân huỷ đồng thời làm chuyển dịch nhóm phenyl: Khơi mào: [CH3]3C-O-O-[CH3]3 [CH3]3C-O. [RO. ] Phản ứng: CH3 C CH2 C H CH3 C6H5 O + RO CH3 C CH2 C CH3 C6H5 O -ROH -CO CH3 C CH2 CH3 C6H5 Chuyển vị: CH3 C CH3 C6H5 CH2 [A] CH3 C CH2 C6H5 CH3 [B] Bền vững hóa: CH3 C CH2 C H CH3 C6H5 O + CH3 C CH2 C6H5 CH3 H [C] + CH3 C CH2 C CH3 C6H5 O C CH2 C6H5 CH3 CH3 Hoặc CH3 C CH3 C6H5 CH2 CH3 C CH2 C H CH3 C6H5 O + CH3 C CH3 C6H5 CH3 + CH3 C CH2 C CH3 C6H5 O [D] Ngoài các sản phẩm trên trong một số trường hợp còn thu được cả sản phẩm đime hóa gốc [A]. 28.2. Chuyển vị halogen 1,2 Khi clo hóa bromua izopropyl bằng t – C4H9OCl ta được hỗn hợp sản phẩm gồm CH3CHClCH2Br và [CH3]2CClBr: CH3 CH Br CH3 t - C4H9OCl -78 o C CH3 CH CH2Br Cl + CH3 C Br Cl CH3 15% 60% Sự tạo thành CH3CHClCH2Br cho thấy có sự chuyển vị gốc tự do trung gian theo sơ đồ: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 49. CH3 CH Br CH2 -HCl Cl [t - C4H9Cl] [beàn hôn] [keùm beàn hôn] CH3 C CH3 Br Cl 60% Cl [t - C4H9Cl] CH3 CH CH2 Br CH3 CH CH2 Br Cl Cl [t - C4H9Cl] 15% 29. Phản ứng chuyển vị 1,3 29.1. Chuyển vị anlylic Trong phản ứng thế của dẫn xuất Anlyl: RCH=CH-CH2X /NaOH VD: CH3CH=CH-CH2Cl + NaOH CH3CH=CHCH2OH [40%] CH3CH[OH]CH=CH2 [60%] [CH3]2C=CH-CH2Cl + Na2CO3 CH3CH=CHCH2OH [15%] CH3CH[OH]CH=CH2 [85%] H2O 29.2. Chuyển vị Xeton-Enol [Hiện tượng Tautome] Xuất hiện ở hợp chất có H linh động: Hợp chất Cabonyl; hợp chất chứa nhóm: -NH-CO- ; > CH-NO2 ; > CH-NO ... Nhưng sự chuyển hóa Xeto-Enol có nhiều ý nghĩa hơn cả. Dưới xúc tác H+ hoặc HO- , hợp chất Cacbonyl bị Enol hóa nhanh tạo ra một cân bằng. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 638 Tỉ lệ Xeto/Enol ở trạng thái cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, dung môi và đặc biệt là cấu trúc. Nếu trong phân tử có nhóm gây -C mạnh để liên hợp với hệ Enol thì dạng Enol chiếm tỉ lệ lớn. Ví dụ: CH3COCH3 CH3C[OH]-CH2 0,00025% CH3COCH2COCH3 CH3COCH2COH=CH2 80% Cơ chế của quá trình chuyển hoá giữa Xeto – Enol: - Xeto hóa xúc tác axit: - Enol hóa xúc tác axit: - Enol hóa xúc tác bazơ: 30. Các phản ứng chuyển vị sigmatropic 30.1. Sự chuyển vị [1,3] a. Sự chuyển vị hydrua nhiệt hóa Trong sự chuyển vị hydrua [1,3] nhiệt hóa, một hiđrua di chuyển qua ba nguyên tử carbon. Các quy tắc của Woodward và Hoffmann quy định rằng nó sẽ tiến hành một phản ứng dịch chuyển phản mặt. Mặc dù sự dịch chuyển như vậy được phép khi đối xứng, nhưng theo phương pháp Huckel-Mobius thì ở trạng thái chuyển tiếp này cấm sự dịch chuyển như vậy vì nó không thể xảy ra về mặt hình học, điềunày giải D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 50. tế là các enol không đồng phân hóa nếu không có chất xúc tác acid hoặc base. b. Sự dịch chuyển alkyl nhiệt hóa Sự chuyển vị alkyl [1,3] nhiệt hóa, tương tự như sự chuyển vị [1,3] hydrua, phải tiến hành trực tiếp. Ở đây dạng hình học của trạng thái chuyển tiếp ở hình dưới vẫn bị cấm, nhưng một nhóm alkyl , do bản chất của các obitan, có thể đảo ngược hìnhhọc của nó, tạo thành một liên kết mới với thùy sau của quỹ đạo sp3 của nó , và do đó tiến hành thông qua một chuyển dịch siêu mặt. Những phản ứng này vẫn không phổ biến trong những hợp chất mạch hở vì trạng thái chuyển tiếp của chúng có trật tự cao. Nhưng dễ đạt được hơn trong các phân tử mạch vòng. c. Sự chuyển vị [1,3] quang hóa D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 640 Sự chuyển vị [1,3] quang hóa nên tiến hành thông qua các hiệu ứng siêu mặt. Tuy nhiên, hầu hết là không xảy ra do có sự kích thích electron lên mức cao hơn dẫn đến khó xác định 30.2. Sự chuyển vị [1,5] Sự chuyển dịch [1,5] liên quan đến sự chuyển dịch của 1 nhóm thế [hydrua, ankyl hoặc aryl] xuống nguyên rử thứ 5 của hệ π. Hydro đã được chứng minh là chuyển dịch trong cả các hợp chất mạch hở và mạch vòng ở nhiệt độ bằng hoặc trên 200o C. Những phản ứng này được dự đoán sẽ tiến hành theo hiệu ứng siêu mặt, thông qua trạng thái chuyển tiếp của cấu trúc liên kết Hückel. Quá trình chiếu xạ sẽ yêu cầu sự dịch chuyển từ theo hiệu ứng phản mặt của hydro. Mặc dù hiếm gặp, nhưng có những ví dụ cho thấy sự thay đổi phản mặtđược ưa chuộng: Ngược lại với sự chuyển dịch của hydro [1,5], nười ta chưa bao giờ quan sát thấy sự chuyển dịch [1,5] alkyl nào trong một hợp chất mạch hở. Tuy nhiên, một sốnghiên cứu đã được thực hiện để xác định các ưu tiên tốc độ đối với sự chuyển vị alkyl [1,5] trong các hệ tuần hoàn: Carbonyl = Carboxyl > Hydrua > Phenyl = Vinyl >> alkyl Các nhóm alkyl ít khi xảy ra phản ứng chuyển vị [1,5] và thường yêu cầu nhiệt độ cao. Tuy nhiên, đối với xyclohexadien, nhiệt độ cần cho sự chuyển dịch alkyl không cao hơn nhiều so với các nhóm carbonyl, nhóm có khả năng dịch chuyển tốt nhất. Một nghiên cứu chỉ ra rằng điều này là do sự chuyển vị alkyl trên xyclohexadien tiến hành theo một cơ chế khác. Đầu tiên, vòng mở ra, tiếp theo làsự dịch chuyển [1,7], và sau đó xảy ra phản ứng điện vòng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 51. tự được nhìn thấy dưới đây không có phản ứng đóng vòng điện cuối cùng, trong sự chuyển đổi lẫn nhau của lumisterol thành vitamin D2. 30.3. Sự chuyển vị [1,7] [1,7] dịch chuyển sigmatropic được dự đoán bởi các quy tắc Woodward- Hoffmann để tiến hành theo kiểu phản mặt, thông qua trạng thái chuyển tiếp cấu trúc liên kết Mobius. Người ta quan sát thấy sự chuyển đổi phản mặt [1,7] trong quá trình chuyển đổi Lumisterol thành Vitamin D2, trong đó sau khi mở vòng điện thành vitamin D2, metyl hydro sẽ chuyển dịch. Các vòng bicyclo nonatrien cũng trải qua phản ứng chuyển vị [1,7] trong cái gọi là sự dịch chuyển “bước đi”. Là sự chuyển dịch của nhóm hóa trị hai, như một phần của vòng ba trong vòng bicyclo. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 642 30.4. Sự chuyển vị [5,5] Tương tự như chuyển vị [3,3], các quy tắc Woodward-Hoffman dự đoán rằng chuyển vị [5,5] sigmatropic sẽ xảy ra theo siêu mặt, trạng thái chuyển tiếp theo cấu trúc liên kết của Hückel. Những phản ứng này hiếm hơn so với chuyển vị [3,3] đáng kể. 30.5. Sự chuyển vị [2,3] Một ví dụ về sự chuyển vị [2,3] là sự chuyển vị 2,3-Witttig : Ví dụ: Sau đây là một số ví dụ về phản ứng chuyển vị [2,3]-Witttig: 1] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 52. còn gặp chuyển vị [2,3]-Meisenheimer: là sự chuyển vị sigmatropic của hợp chất allyl amin bậc 4 [N-oxit] để tạo thành hợp chất hidroxyamin: Ví dụ: Một số ví dụ vể phản ứng chuyển vị [2,3]-Meisenheimer: 1] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 644 2] 30.6. Walk Rearrangement Sự di chuyển của nhóm hóa trị hai, chẳng hạn như O, S, N –R, hoặc C – R, là một phần của vòng ba ghi nhớ trong phân tử hai vòng, thường được gọi là sự sắp xếp lại bước đi. Điều này có thể được đặc trưng chính thức theo các quy tắc Woodward-Hofmann như là một [1, n] sự chuyển dịch theo hướng sigma. Một ví dụ về sự chuyển vị như vậy là sự chuyển dịch của các nhóm thế trên các tropilidene [1,3,5-cycloheptatrienes]. Khi được đốt nóng, hệ thống pi đi qua 1 phản ứng điện vòng khép vòng để tạo thành heptadien [4,1,0] heptadien[norcaradiene]. Sau đó là sự chuyển dịch alkyl [1,5] rồi điện vòng mở vòng. Tiếp tục qua một sự chuyển vị [1,5], sự chuyển vị “bước đi” của các orcaradienes dự kiến sẽ tiến hành siêu mặt với sự duy trì hóa học lập thể. Tuy nhiên, các quan sát thực nghiệm cho thấy 1,5 dịch chuyển của các norcaradiene tiến hành ngược chiều nhau. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 53. THỐNG CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG SỰ CHUYỂN VỊ Bài 1: Hãy xác định các phản ứng sau thuộc loại nào: cộng, tách, thế hay chuyển vị? a] b] c] d] Hướng dẫn: a] Phản ứng thế b] Phản ứng tách c] Phản ứng cộng d] Phản ứng chuyển vị Bài 2: Phản ứng của 3,3-dimetyl-1-buten với HBr cho chủ yếu 2 sản phẩm [thông thường và chuyển vị]. Viết công thức của các hợp chất này. Hướng dẫn: Sản phẩm thông thường là 3-brom-2,2-dimetylbutan; Sản phẩm chuyển vị là 2-brom-2,3dimetylbutan. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 54. C Me Me Me H+ CH3 CH+ C Me Me Me Me 3-brom-2,2-dimetylbutan CV :Me CH3 CH C+ Me Me 2-brom-2,3-dimetylbutan Bài 3: Phản ứng hidrat hóa A cho một ancol là kết quả của sự chuyển vị. Viết cơ chế giải thích sự tạo thành sản phẩm của phản ứng này. [A] H3O+ ? Hướng dẫn: H-O+ H2 cv 1,2-ankyl H-O-H .. .. -H2O OH Bài 4: Phản ứng của CH2=CHCCl3 với HBr, xúc tác peroxit cho 2 sản phẩm. Giải thích? Hướng dẫn: Ngoài sản phẩm thông thường BrCH2CH2CCl3 [A] còn có sp. chuyển vị Cl. : BrCH2CHClCHCl2 [B] Cơ chế phản ứng BrCH2CH2CCl3 BrCH2CHCCl2 cv Cl. Cl . A B BrCH2CHCCl2 Cl . HBr HBr BrCH2CHClCHCl2 Bài 5: 3–iod–2,2–dimetyl butan khi phản ứng với AgNO3 trong C2H5OH sẽ cho 3 sản phẩm. Viết công thức cấu tạo của 3 sản phẩm và cho biết sản phẩm nào chiếm tỉ lệ lớn nhất? D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 648 Hướng dẫn: Bài 6: Viết cơ chế phản ứng của 3-metylmetilenxiclohexan với NBS để giải thích các sản phẩm có thể tạo thành? Hướng dẫn: NBS Ha Hb a b CH2 Br Br cis-2-brom-3-metyl- metilenxiclohexan trans CH2Br 1-brommetyl-3-metyl- xiclohexan CH2 Br Br trans-2-brom-5-metyl metilenxiclohexan cis- CH2Br 1-brommetyl-5-metylxiclohexan Bài 7: Cho ancol A có CTCT: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 55. ancol A thu được 3 ankađien liên hợp. Viết CTCT, trình bày cơ chế phản ứng? Hướng dẫn: H+ -H2O -H+ -H+ -H+ OH Bài 8: Thực hiện phản ứng chuyển vị Beckmann biến đổi một oxim thành một amid. Cho biết tên gọi và cấu trúc hóa học của sản phẩm tạo thành , với oxim ban đầu là: a. Axeton oxim. b. Acetophenon oxim , đồng phân E hoặc Z. c. p-nitrobenzophenon oxim , đồng phân E hoặc Z. d. Metyl n-propylxetoxim , đồng phân E hoặc Z. Hướng dẫn: a. Aceto oxim N-Metylaceamid b. N C H3 C H3 OH H+ N C H3 C H3 OH2 + C H3 O NH CH3 .. .. .. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 650 [Z] – Acetophenol oxim N-Metylbenzamid c. [Z] – Nitrobenzophenon oxim N-phenyl p- Nitrobenzoamid d. [E] – Metyl n-propyl cetoxim N-[n-propyl] acetoamid [Z] – Metyl n-propyl cetoxim N-[metyl] n-propyl cetoamid N n-C3H7 C H3 OH H+ N n-C3H7 C H3 OH2 + n-C3H7 O NH CH3 .. .. .. N n-C3H7 C H3 OH H+ N n-C3H7 C H3 OH2 + C H3 O NH C3H7-n .. .. .. H+ N OH NO2 N OH2 + NO2 NH NO2 O .. .. .. N C H3 OH H+ N C H3 OH2 + O NH CH3 .. .. .. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 56. thích bằng cơ chế phản ứng sau: O H O NH2 Br2/NaOH Hofmann O + NH3 Hướng dẫn: Bài 10: Đề nghị cơ chế phản ứng, yêu cầu xác định cấu trúc của chất trung gian và sử dụng mũi tên cong để chỉ chiều chuyển dịch của electron. a. CH3 CH3 HCl CH3 CH3 Cl b. CH3 CH2 C H3 HCl CH3 Cl CH3 CH3 Hướng dẫn: O H O NH2 BrO- OH O NH Br HO- OH O N - Br Br - OH O NH2 N OH O HO- H+ NH OH O OH -CO2 NH2 OH O -NH3 .. .. .. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 652 a. Cacbocation bậc ba b. Bài 11: Trình bày cơ chế xác định sản phẩm của phản ứng: CH3 CH3 OH H+ Hướng dẫn: Bài 12: Trình bày cơ chế xác định sản phẩm của phản ứng: CH3 CH3 OH CH + CH3 CH3 H -H+ CH3 CH3 H+ -H2O CH + CH3 CH3 H C + CH3 H CH3 CH3 CH3 -H+ CH3 CH2 C H3 CH3 Cl CH3 CH3 H Cl CH3 C + CH3 C H3 C + CH3 Cl CH3 Cl- CH3 CH3 C + H CH3 C H3 H Cl C + CH3 C H3 CH3 C H3 Cl D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 57. Đun nóng oxim của axetophenon với H2SO4 thu được N-metylbenzamit. a. Viết cơ chế của phản ứng. b. Xác định cấu trúc của oxim. c. Nếu từ xiclohexanoxim thì thu được sản phẩm gì ? Hướng dẫn: a. Phản ứng có giai đoạn chuyển vị Beckmann là giai đoạn SN 2 phân tử b. Phản ứng chuyển vị phải từ nhóm thế ở vị trí anti với nhóm OH nên chất ban đầu là syn-oxim [syn của CH3 với OH] c. Có thể chuyển vị Beckmann mở vòng, sản phẩm là caprolactam . Bài 14: CH3 N OH H2SO4 N OH2 + HSO4 - N OH2 + -H2O N C + CH3 O H2 NH + CH3 OH -H+ O H N CH3 -H+ O NH CH3 CH3 CH3 OH CH3 CH3 H2SO4 CH3 CH3 CH3 C H3 H + CH3 CH3 OH2 + CH3 CH3 C + CH3 CH3 H CH3 CH3 -H + -H2O D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 654 a. Viết cơ chế nhiệt phân XC6H5CH2CON3 trong dung môi CH3OH b. Tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi X=OCH3 , NO2 , H , CH3 , Cl ? c. Phản ứng xảy ra như thế nào nếu đi từ azit của xeton ? Hướng dẫn: a. b. Phản ứng có giai đoạn chuyển vị gốc benzyl quyết định tốc độ phản ứng gọi là chuyển vị Curtius, tương tự chuyển vị Hoffmann, nên phản ứng tăng khi có nhóm thế +C hay +I trong nhân phenyl hay X=OCH3 > CH3 > H > Cl > NO2 c. Azit từ xeton hay anđehit: R R O HN3 N R R H N + N OH -H2O N R R N + N -N2 N R R R C + N R Bài 15: Viết cơ chế cho sự tạo thành các sản phẩm a. O N - N + N C6H5X O N - XC6H5 N + N -N2 N XC6H5 O C H3 OH NH XC6H5 O O CH3 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 58. Hỗn hợp f. → Hướng dẫn: Đây là phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein a. OH CH3 OH OH CH3 CH3 OH H3C CH3 H3C C CH3 OH CH3 C CH3 CH CH2 CH2 Br CH3 C CH3 CH3 OH HO CH3 C CH3 O CH3 O CH3 CH3 H3C CH2 H3C CH3 OH CH3 H3C OH + H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 656 b. c. d. e + H OH OH OH H3C CH3 CH3 CH3 + H CH3 CH3 + H H3C CH3 H3C CH3 + H H3C C CH3 OH H3C C CH3 Br CH3 C CH3 CH CH2 CH2 Br + H CH3 C CH3 CH3 OH HO O CH3 CH3 H3C CH3 C CH3 CH3 OH O CH3 CH3 H3C H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 59. cơ chế tạo thành các sản phẩm sau a → b. → c. → hỗn hợp d. Hướng dẫn: a. + H CH3 C CH3 CH3 OH HO CH3 C CH3 CH3 HO CH3 C CH3 O CH3 CH3 CH3 O H CH3 C + H CH2 H3C CH3 OH CH3 H3C CH2 H3C CH3 CH3 H3C Cl [CH3]3COH H2SO4 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 658 b . c. d. Bài 17: Viết cơ chế tạo thành các sản phẩm sau: a. + H Cl + H + H [CH3]3C [CH3]3CH D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 60. phản ứng chuyển vị pinacol, một dạng đặc biệt của chuyển vị Wagner-Meerwein. a. C C OH OH O H3C O CH3 C C O O H3C OCH3 C C OH OH O H3C Br C C O O H3C Br C C CH3 CH3 OH OH C C CH3 CH3 O D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 660 b. c. Bài 18: Cho biết cơ chế và sản phẩm thu được khi tách nước các hợp chất sau [đối với vòng ciclohexan thì viết cấu tạo dạng ghế để biểu diễn] a. Cis và Trans 1,2-dimetylxiclohexan-1,2-diol trong môi trường axit. b. Cis và trans 1-metyl-2-phenylxiclohexan-1,2-diol. Hướng dẫn: a. C C OH OH + H O H3C O CH3 C C OH O H3C O CH3 C C O O H3C OCH3 H C C O O H3C OCH3 C C OH OH + H O H3C C C OH O H3C Br C C O O H3C H C C O O H3C Br Br Br C C CH3 CH3 OH OH C C CH3 CH3 O + H C C CH3 CH3 OH C C CH3 CH3 O H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 61. Dạng cis: Dạng trans: Câu 19: Viết cơ chế của sự tạo thành sản phẩm sau: CH3 OH OH CH3 CH3 CH3 O C CH3 CH3 O + H + H CH3 OH2 OH CH3 CH3 OH OH2 CH3 C CH3 O H CH3 CH3 CH3 O H CH3 CH3 OH OH C CH3 CH3 O + H CH3 CH3 OH2 OH C CH3 O H CH3 OH OH CH3 CH3 O C CH3 O CH3 OH2 OH Ph OH OH2 CH3 C CH3 O H CH3 O H OH OH Ph + H + H CH3 CH3 OH OH + H CH3 OH2 OH C CH3 O C CH3 O H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 662 Hướng dẫn: Đây là phản ứng chuyển vị Wolff. Câu 20:Viết cơ chế sự tạo thành sản phẩm Hướng dẫn: Bài 21: Viết cơ chế của sự tạo thành sản phẩm sau CH2 COOH CH2 COCl CH2N2 SOCl2 H2C HC C O ... CH2 COOH CH2 COCl CH2 C O CH N N CH2N2 CH2 C O C H N N CH2 C O C H N N CH2 C O CH Ag2O SOCl2 [-N2] H2C HC C O O O CH2 N N O CH2 O O CH2 O H2C N N [b] [a] [a] [b] [15%] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 62. phản ứng chuyển vị Favorskii. a. b. C CH C CH3 O Br H3C H3C H3C C CH2 H3C H3C H3C CH2 COOEt Cl O COOEt C CH C CH3 O Br H3C H3C H3C EtO C CH C CH2 O Br H3C H3C H3C C CH H3C H3C H3C C CH H3C H3C H3C EtO C CH C H2 C O H3C H3C H3C EtO C CH2 H3C H3C H3C CH2 COOEt Cl COOEt H H Cl H O O O O OEt C O OEt EtO EtO D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 664 Bài 22: Viết cơ chế tạo thành sản phẩm sau: Hướng dẫn: Câu 23: Viết cơ chế tạo thành sản phẩm sau: Hướng dẫn: N CH3 Cl C O OH N CH3 Cl C O HO N CH3 C O HO CH2 C CH3 N OH H C C CH3 NH2 O CH2 C CH3 N OH CH2 C CH3 N OTs HC C CH3 N OTs H C C CH3 N H C C CH3 NH2 O D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 63. cơ chế của sự tạo thành sản phẩm dưới tác dụng - NH2 . Hướng dẫn: Câu 25: Viết cơ chế của sự tạo thành sản phẩm sau . Hướng dẫn: N CH3 CH3 N CH3 N CH3 CH3 N CH3 N CH3 H N CH2 CH3 NH2 O CH CH CH2 CH3 H3C C2H5 OH CH3 H3C CH CH CH2 C2H5 O CH CH CH2 O CH CH3 CH3 H3C H3C CH C H OH CH3 H3C O CH3 H3C H HC CH CH2 C2H5 C2H5 CH CH CH2 C2H5 C2H5 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 666 Câu 26: Hãy viết cấu tạo các chất từ A đến E: OH [CH3CO]2O A [B: s¶n phÈm chÝnh] C O [CH3]3CNH2 COOH D LiAlH4 Br2 thay ®æi vÞ trÝ HBr H+ CH3COOH chuyÓn vÞ Fries OH COOH C H3C C E [Trong phæ hång ngo¹i kh«ng cßn c¸c ®¸m C= O n÷a] Hướng dẫn: A: COOH OOCCH3 ; B COOH OH CH3CO ; C COOH OH BrCH2CO D: COOH OH [CH3]3CNHCH2CO ; E: CH2OH OH [CH3]3CNHCH2CH[OH] Bài 27: Xử lí - halogen xeton với bazơ mạnh tạo thành các sản phẩm chuyển vị. Sự chuyển vị này gọi là phản ứng Favorski. - cloxiclohexanon sẽ chuyển vị thành metylxiclopentancacboxilat khi có mặt CH3ONa trong ete. Hãy xác định cơ chế của phản ứng này? D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 64. Hãy dự đoán sản phẩm tạo thành trong các quá trình sau: a. Xiclo hexanon + CH2N2 b. Xyclohexanon + 1. H2N-OH; 2. H+ c. [CH3]3CCH2CONH2 + NaOBr d. -NH-NH- H+ CH3 H3C e. [C6H5]2C-C[CH3]2 OH OH H+ f. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 668 [C6H5]2C-C[CH3]C6H5 OH OH H+ g. OH OH h. p-CH3OC6H4-COCOC6H5 HO- i. 2,2-dimetyl propan-1-ol + H+ k. Xiclopentyl metanol + H+ CH3 CH CH2NH2 CH3 1. + NaNO2/HCl Hướng dẫn: a/ Xiclo heptanon. b/ ε-caprolactam Poli[amit cña axit 6-aminohexanoic] N H O H3N-[CH2]5COO- + - H2O t o t o H2O NH-[CH2]5-C-NH-[CH2]5-C-NH-[CH2]5- O O Chuyển vị Beckmann c/ [CH3]3CCH2NH2 [Chuyển vị Hoffmann] d/ NH2 H2N CH3 H3C e, f, g/ Các phản ứng chuyển vị Pinacol. Sản phẩm lần lượt là: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 65. và O h/ Chuyển vị benzyl – axit benzylic, sản phẩm: CH3OC6H4[C6H5][HO]C- COOH i, k,l/ Các phản ứng chuyển vị Vannhe – Mecvai, sản phẩm lần lượt là: [CH3]2C=CHCH3; và [CH3]3C-OH. Bài 29: Khử axeton bằng Mg kim loại cho sản phẩm A. trong môi trường axit, A mất một phân tử nước tạo ra B. khi có sự hiện điện của điiot trong môi trường kiềm, B biến thành axit C5H10O2 và CHI3. Hidrogen hóa B cho C. Trong môi trường axit, C khử nước tạo ra D. D tác dụng với dung dịch KMnO4 tạo lại ra A. Viết sơ đồ phản ứng tạo thành A, B, C, D. Hướng dẫn: CH3 C CH3 O Mg / H+ C CH3 C CH3 CH3 CH3 OH OH CH3 CH3 C CH3 C O CH3 CH3 C CH3 C CH CH3 OH CH3 CH3 CH3 C CH3 C Pinacol Wagner-Meerwein Bài 30: Trình bày cơ chế tạo thành các sản phẩm của phản ứng sau: a] b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 670 Hướng dẫn: a] b] Bài 31: Cho biết sản phẩm của các phản ứng sau. Nếu có nhiều sản phẩm được tạo thành thì hãy xác định sản phẩm chính, sản phẩm phụ. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 66. dẫn: a] Sản phẩm phụ Sản phẩm chính b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 672 c] CH3 H2O H3O+ CH3 OH san pham phu + CH3 OH san pham chinh d] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 67. bày cơ chế tạo thành sản phẩm của phản ứng Hướng dẫn: Lưu ý: Đây là chuyển vị Wagner-Meerwein đối với hợp chất mạch vòng, có sự chuyển vị cạnh để tăng độ lớn của vòng. Bài 33: Thực hiện phản ứng: H3C OH O C2H5 BF3, [C2H5]2O CH2Cl2 A B Trình bày cơ chế của phản ứng. Viết công thức cấu hình của B. Cho A, B có thể có bao nhiêu đồng phân cấu hình. Biểu diễn một cấu dạng bền và xác định cấu hình của A, B. Gọi tên các chất A, B. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 674 Cơ chế phản ứng: A có 3 cacbon bất đối trong đó 2 cacbon bất đối thuộc vòng 3 cạnh. Vòng 3 cạnh chỉ có cấu hình cis. Do vậy số đồng phân cấu hình của A là 4. B có 2 cacbon bất đối do đó B có 4 đồng phân cấu hình. Biểu diễn cấu dạng bền của A, B. B CH3 C2H5 R H HO O R Bài 34: Một xicloankanđiol A có công thức phân tử C14H26O2. Đun nóng A với dung dịch axit photphoric thu được hỗn hợp các sản phẩm, trong đó hai sản phẩm chính là B và C. Công thức cấu hình của B và C là: B và C thuộc loại đồng phân gì của nhau? [đồng phân cấu tạo hay đồng phân cấu hình] B có thể có bao nhiêu đồng phân cấu hình. Gọi tên B theo danh pháp hệ thống. Đề xuất công thức cấu tạo phù hợp với A. Giải thích sự tạo thành B, C từ A bằng cơ chế phản ứng. Để thu được B, C thì A có cấu hình như thế nào? Viết công thức cấu hình của A. Biểu diễn cấu dạng bền của một đồng phân cấu hình của A. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 68. C là 2 đồng phân cấu tạo của nhau. - B có thể có 8 đồng phân cấu hình, phân tử B có 3 cacbon bất đối. - Danh pháp của B là: [3R, 9S]-3,9-đimetyl spiro [5.6] đođecan-1-on. - Công thức cấu tạo của A: Cơ chế phản ứng: Công thức cấu hình của A Cấu dạng bền của A Bài 35: Trình bày cơ chế phản ứng sau: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 676 Hướng dẫn: Cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 69. chế phản ứng: Cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 678 Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng: Bài 36: Trình bày cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 70. phản ứng: Cl O H CH2CCl3 OH- CH2CCl3 O OH- CH2CCl3 OH O- CH2CH3 O O H CH2CH3 O O Cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 680 Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng: Bài 37: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 71.
- 72.
- 73.
- 74. 41: Chuyển vị sigmatropic đã được sử dụng rất nhiều trong việc tổng hợp các phân tử phức tạp cũng như được ứng dụng trong các quy trình công nghiệp. Ví dụ 1: Giai đoạn then chốt trong qua trình tổng hợp ankaloit strychnine nhờ vào phản ứng này: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 75. dẫn: Ví dụ 1: đầu tiên, ion iminium được tạo thành do sự ngưng tụ giữa amine bậc hai và aldehyde: Chuyển vị [3.3]-sigmatropic tạo thành trung gian enol, sau đó tham gia phản ứng vòng hóa với ion iminium mới để tạo thành sản phẩm ketone. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 690 Ví dụ 2: Từ gợi ý ta thấy phản ứng giữa ancol va aldehyde trong điều kiện dehydrate hóa sẽ tạo thành enol ether. Sau đó enol ether được tạo thành tham gia hai chuyển vị [3,3]-sigmatropic liên tiếp – lúc đầu là chuyển vị Claisen tiếp theo là chuyển vị Cope. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 76. Không cần qúa quan tâm đến có chế phản ứng do câu hỏi đã có gợi ý khá cụ thể. - Sự oxy hóa với pyridin clocromat đáng chú ý ở chỗ trong điều kiện khan nước rượu bậc 1 chỉ bị oxy hóa thành andehit chứ không tạo thành axit cacboxylic. - Sự chuyển đổi C thành D phải gồm có sự khử este metyl do D vẫn còn chứa silic. Nếu như este trimetylsililetyl bị khử sẽ không còn silic. - Cuối cùng, cũng cần lưu ý rằng bài này sử dụng cách kí hiệu cho tác nhân Wittig, nghĩa là cấu tạo với một liên kết đôi hình thức thay vì cấu tạo lưỡng cực D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 77. ylid. Mặt khác tác nhân G cũng cho phép làm tăng mạch cacbon của một andehit. Các phản ứng xảy ra như sau: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 694 Bài 43: Khử hóa axeton bằng Mg thu được hợp chất A, trong môi trường axit A sẽ chuyển thành B. Hợp chất B khi có mặt và môi trường kiềm sẽ chuyển thành axit C5H10O2 và iođofom. Hidro hóa B được C, hợp chất này khi có mặt axit sẽ loại nước thành D. Xử lí D với KMnO4 loãng thì nhận lại A. Hãy xác định công thức của A, B, C, D. Viết cơ chế chuyển hóa A thành B. Hướng dẫn: Axeton Mg H+ A H+ B + H2O C H+ D H2O + KMnO4 , I2, OH- C5H10O2 + CHI3 Vậy B phải có 6 C dạng metyl xeton [ RCOCH3]. Loại nước A được B nên A có 6C. - Khử hóa axeton bằng Mg thu được hợp chất A nên A là - điol - Đề hidrat hóa và chuyển vị - điol sẽ nhận được xeton B. C C OH OH C C O CH3 CH3 CH3 CH3 H+ CH3 CH3 CH3 CH3 A B D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 78. C CH3 CH3 CH3 + - H+ [CH3]2C =C[CH3]2 C C OH OH CH3 CH3 CH3 CH3 A -H2O * Cơ chế chuyển hóa A thành B: C C OH OH chuyên dich CH3 H+ C C O CH3 CH3 CH3 CH3 H+ CH3 CH3 CH3 CH3 A B C C OH OH2 + CH3 CH3 CH3 CH3 -H2O C C OH CH3 CH3 CH3 CH3 + C C OH CH3 CH3 CH3 CH3 + Sự chuyển vị có thể xảy ra đối với bất kỳ hợp chất nào có khả năng tạo ra cacbocation tương tự như trên. Bài 44: Cho 2 chất: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 696 Trong môi trường axit, X và Y có hiện tượng đồng phân hóa. X cho X1, X2, X3, X4 và X5 [trong đó X3 không quang hoạt, X1 có cấu hình [E, S, S]. Y cho Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, và Y6 [trong đó Y3 có 3C* cấu hình toàn S]. Biểu diễn cấu trúc của các chất và đọc tên theo IUPAC? Giải thích quá tình tạo ra X1, X3 và Y6? Hướng dẫn giải: a. Đồng phân hóa X được: Đồng phân hóa Y được: b. Cơ chế tạo ra X1, X3 và Y6 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 79. 2 chất: Cho X tác dung với Cumen [xúc tác AlCl3] thu được hỗn hợp A gồm các sản phẩm là đồng phân cấu tạo và đồng phân cấu hình. Tương tự cho Y tác dụng với Cumen [xúc tác AlCl3] thu được hỗn hợp B gồm các sản phẩm là đồng phân cấu tạo và đồng phân cấu hình.. a. Biểu diễn cấu trúc của các chất có trong hỗn hợp A và B? b. Ta có hỏi thêm nhiều câu theo chủ định của mình -X cho bao nhiêu tác nhân E+ ? -Y cho bao nhiêu tác nhân E+ ? Hướng dẫn giải: Các quá trình tương tự như bài 44. Bài 46: Campho là loại tecpen có trong tinh dầu cây long não. Trong công nghiệp campho có thể được điều chế từ α – pinen theo sơ đồ sau: Công thức cấu tạo của B là: Trong quá trình chuyển hóa α – pinen thành A và A thành B đều xuất hiện sự chuyển vị. A là dẫn xuất halogen bậc 2. Xác định công thức cấu tạo các chất A, C, D. Trình bày cơ chế phản ứng chuyển hóa từ α – pinen thành A và A thành B. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 80. quá trình tổng hợp trên xuất hiện 2 quá trình chuyển vị Vanhe – Mecvai đó là từ α – pinen thành A và A thành B. Trong sơ đồ trên, học sinh sẽ gặp khó khăn trong việc xác định công thức cấu tạo của A. Nếu theo phản ứng thông thường cấu tạo của A là Tuy nhiên, đề bài lại gợi ý: A là dẫn xuất halogen bậc 2. Nếu học sinh nắm vững được cơ chế chuyển vị Vanhe – Mecvai, các trường hợp diễn ra sự chuyển vị, dựa vào gợi ý của đề bài có thể xác định được sản phẩm A. Khi học sinh đã xác định được A sẽ xác định được cơ chế hình thành ra B. Để gợi ý cho bài tập trên, cũng có thể gợi ý cho học sinh bằng cách đánh số nguyên tử cacbon giúp học sinh định hướng được cách thức tạo liên kết của các nguyên tử. Ví dụ: Cho công thức α – pinen và của B như sau: Bài 47: Campho là loại tecpen có trong tinh dầu cây long não. Trong công nghiệp campho có thể được điều chế từ α – pinen theo sơ đồ sau: Nếu ban đầu sử dụng [1S, 5S] – α – pinen hãy xác định công thức cấu hình của các các chất A, B, C, D. Trình bày cơ chế phản ứng chuyển hóa từ α – pinen thành A và A thành B. Sản phẩm campho thu được từ sơ đồ trên có hoạt động quang học không? Giải thích. Khi đun nóng D với dung dịch H2SO4 cũng có thể thu được B. Trình bày cơ chế tạo thành B từ D. Hướng dẫn: Nhận xét: Bài tập này sẽ khó hơn bài tập trước khá nhiều: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 700 -Bài tập yêu cầu xác định cấu hình của các sản phẩm, do vậy đòi hỏi học sinh phải nắm chắc được cơ chế phản ứng, tiến trình lập thể của phản ứng. - Bài tập không có các gợi ý cho chất A, B. Khi không cho cấu tạo chất B, việc định hướng phản ứng cho sơ đồ khá khó khăn. Không gợi ý cho chất A, học sinh sẽ dễ mắc sai lầm cho chất A là: Tại sao cacbocation X [bậc 3] điện tích dương được giải tỏa nhiều hơn so với Y [bậc 2] nhưng vẫn diễn ra quá trình chuyển hóa X thành Y. Theo quan điểm của chúng tôi, nguyên nhân là do X có hệ vòng 4 cạnh kém bền sẽ mở vòng thành hệ vòng 5, 6 cạnh bền vững hơn. Khi từ A tạo ra B cũng diễn ra sự chuyển vị Vanhe – Mecvai, cacbocation sản phẩm bền vững hơn so với ban đầu. α – pinen thành A A tạo thành B Vậy quá trình chuyển vị từ A tạo ra B ở trên, không phải là nhóm -CH3 [nhánh] mà là nhóm –CH2- chuyển vị? Nếu nhóm -CH3 chuyển vị sẽ tạo ra cacbocation M kém bền: Hai hướng chuyển vị M Cơ chế chuyển hóa D thành B: Bài 48: Khai thác phản ứng tương tự trên của tecpen: Đề xuất công thức cấu tạo sản phẩm và cơ chế cho phản ứng sau: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 81. đehiđrat] Hướng dẫn: 1. Cơ chế phản ứng tạo ra sản phẩm: Không thể tạo ra sản phẩm theo hướng: Do H liên kết với cacbon ở cầu chung không tách ra được và hệ vòng bixiclo chứa cacbon ở cầu chung tạo liên kết π sẽ rất kém bền, sức căng vòng lớn. 2. Cơ chế phản ứng: Bài 49: Từ hợp chất A, viết sơ đồ chuyển hóa thành B. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 702 D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 82. bày cơ chế phản ứng: Hướng dẫn: Cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 704 Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 83. Kỳ thi chọn HSGQG Vòng 1 – 2015: Cho các chất sau: O A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Những chất nào phản ứng cộng được với anhiđrit maleic theo tỉ lệ mol 1:1 ở nhiệt độ cao? Vẽ công thức lập thể của sản phẩm thu được. Biết rằng phản ứng cộng đóng vòng có sự tham gia đồng thời của 4n+2 electron π [n = 1, 2,...] thì dễ xảy ra. Hướng dẫn: Các chất A4, A5, A6 có thể đóng vòng với sự tham gia đồng thời 6 electron π, còn A7đóng vòng với sự tham gia của 10 electron π. BÀI 52: Kỳ thi chọn HSGQG Vòng 2 – 2015 Vẽ công thức cấu tạo của các chất từ A đến E trong dãy chuyển hóa sau. Biết rằng chất đầu [X] hỗ biến trước khi phản ứng chuyển thành A. O O X Me3SiCl Et3N A 1. [CH2=CH]2Zn 2. H3O+ B Ph3P=CH2 C chuyen vi Cope D [kém bên] E Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 706 BÀI 53: Năm 1966, Masamune đã thực hiện một chuỗi phản ứng xuất phát từ phản ứng cộng giữa anhidrit maleic và xiclooctatetraen. Cấu trúc sản phẩm này đã được xác định chắc chắn nhưng Masamune vẫn chưa biết đặt tên nó là gì. Trong 1 lần đi uống cafe, ông nhìn thấy một giỏ trái cây trên bàn rất giống hình dạng của chất mình tổng hợp được, ông đặt tên hợp chất đó là Basketen [ xuất phát từ basket – cái giỏ]. Sau đây là sơ đồ tổng hợp: O O O t0 A B C 1. Na2CO3 2. HCl Pb[OAc]4 hv Hãy xác định cấu trúc các chất A,B,C cho sơ đồ trên. Hướng dẫn: O O O t0 1. Na2CO3 2. HCl Pb[OAc]4 hv O O O O O O A B HOOC COOH Diels - Alder Basketen BÀI 54: Đime hóa isopren với hỗn hợp xúc tác Fe[acac]3, Et3Al, và 2,2'- Dipyridin cho hỗn hợp 2 đồng phân 1,5-đimethyl và 2,5-đimetylxiclooctađien. Sau đó D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 84. phân xiclooctađien này phản ứng với lượng lớn dibromocarbene với xúc tác ancol terbutylic được sản phẩm A. Tiếp theo, thực nghiệm tiếp tục cho A tác dụng với methyl lithium trong ete thu được một bis- allen là vòng có 10 cạnh B. Đốt nóng bis-allene B tới 225o C, kết quả được dạng của 2 đồng phân tetraene. Ở 3500 C, hai đồng phân có thể chuyển đổi lẫn nhau. Tiếp tục theo dõi phản ứng trong thiết bị dòng điện, các đồng phân tetraen này chuyển sang các hợp chất có vòng thơm. Xác định các cấu trúc trong các quá trình chuyển đổi trên. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 708 BÀI 55: Cơ chế phản ứng 1. Tropilidenes là một Xicloheptatrienes có nhóm thế, khi bị nung nóng sẽ chuyển qua dạng bicycle[4,1,0]heptađiene [norcarađiene] rồi lại trở thành Xicloheptatrienes nhưng nhóm thế đã ở vị trí khác so với ban đầu. Trình bày cơ chế bằng mũi tên cong và chỉ rõ vị trí đã thay đổi bằng cách đánh dấu số thứ tự các nguyên tử cacbon. R2 1 2 3 4 5 7 R1 2.Từ các hợp chất đien có vòng 5 hoặc 6 cạnh, viết cơ chế chuyển dịch electron để mở rộng vòng tạo ra: a] O b] Hướng dẫn: 1. Dùng chuyển vị sigmatropic: R2 1 2 3 4 5 6 7 R1 R1 1 2 3 4 5 6 7 R2 R1 1 2 3 4 5 6 7 R2 R2 1 2 3 4 5 6 7 R1 t0 t0 t0 2. a] b] Bài 56. Chuyển vị Vanhe – Mecvai: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 85. chế tạo thành các sản phẩm của phản ứng sau: a] b] Hướng dẫn a] b] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 710 HCl Cl :Cl: H - Cl: Bài 57: Trình bày cơ chế của các phản ứng sau: a. HO b. Hướng dẫn giải. a. HO HO + + + H H H 2 H H O H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 86. Chuyển vị Beckmann Viết sơ đồ cơ chế các phản ứng và gọi tên quá trình chuyển vị sau: a] xiclohexanon 1. H2NOH 2. H + caprolactam b]Oxim của axetophenon H2SO4 t0 N-metylbenzamit c] [QG 2014].Hoàn thành phản ứng sau, trình bày cơ chế phản ứng O O 1. NH2OH 2. H+ ? d] [ Chuyển liên kết N-O thành liên kết C-N] Xúc tác axit chuyển oxim thành amit. H H H D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 712 Hướng dẫn: a] O H2NOH - H2O NOH Beckman H + N H O xiclohexanon xiclohexanon oxim caprolactam b] C6H5 C CH3 N OH H2SO4 C6H5 C CH3HSO4 - N O+ H2 C N O+ H2 C6H5 ...... C6H5 N C+ CH3 C6H5 N+ H C HO CH3 HO C CH3 NC6H5 O C NHC6H5 CH3 -H+ -H+ H2O -H2O Phản ứng có giai đoạn chuyển vị Beckmann là giai đoạn SN2 phân tử c] OH2 + H2O - H+ O O 1. NH2OH O N- OH H+ O N- OH2 + O N C + O N C OH O N C O O NH C d] Cơ chế: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 87. H2SO4, axit poliphosphric, còn dùng dung dịch Beckman [gồm AcOH, HCl, Ac2O] để xúc tác cho chuyển vị này. Bài 59: Chuyển vị Claisen. Thực hiện dãy chuyển hóa sau: OH 1. NaOH 2. CH3COCl 3.AlCl3 A B + B BF3 OH C OH-.CH CCClMe2 DMF D H2 Pd Linda E 2000 C F Cho biết A có liên kết hidro nội phân tử. Viết sơ đồ các phản ứng trên. Trình bày cơ chế của phản ứng từ E tạo ra F. Hướng dẫn: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 714 OH NaOH ONa OCOCH3 CH3COCl AlCl3 Cl3Al-O-CH3OCH3 - + OAlCl3 + C-CH3 O + 1. SE 2. H2O OH C CH3 O + OH COCH3 A B BF3 OH2 . . C CH=CH2 O H BF3 CH3 CH3 + - OH COCH3 OH COCH3 CH2 -CH =C CH3 CH3 C DMF NaOH O- COCH3 C CH3 CH3 C CH Cl COCH3 O-CMe2-C CH OH H2 Pd Linda 2000 C COCH3 O-CMe2-CH CH2 E Chuyên vi Claizen O H COCH3 CH2 CH C CH3 CH3 COCH3 Bài 60. Chuyển vị Claisen Chuyển vị Claisen [1912] của o-allylphenol thành 2-allylphenol là ví dụ đầu tiên về chuyển vị sigma- [3,3]. Chuyển vị Claisen được ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ. Xét các ví dụ sau. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 88. tác nhân kháng khuẩn lantreolantin: Viết công thức của các hợp chất từ A-D. 2] Một dạng biến đổi khác của chuyển vị Claisen trong đó phần allylvinyl ete mới sinh ra có thể tham gia chuyển vị Claisen. Dạng chuyển vị này được ứng dụng trong tổng hợp muscon [chất định hương] như ở sơ đồ sau. Viết công thức của các hợp chất từ E-I. 3] Một dạng chuyển vị Claisen khác xảy ra khi octoete [dưới đây là trietyloctoaxetat] phản ứng với ancol allylic [dưới đây là 3-hidro-2,6- dimetylhepta-1,6-dien] xúc tác bởi axit. Viết công thức của các hợp chất J. Hướng dẫn giải: D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 716 Từ chất đầu đến C tăng thêm 2C: thêm 3C từ allyl bromua và mất 1C trong phản ứng với HIO4. Phản ứng tạo ete với nhóm OH-phenolic ở vị trí para vì OH-octo tham gia tạo liên kết H-nội phân tử với nhóm andehit. H3PO4 là xúc tác axit đóng vai trò loại nước của sản phẩm cộng vào vòng thơm. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 89. của C với benzandehit cho D. Từ công thức của lantreolantin, có thể suy ra phản ứng với I2 là khử đóng vòng. 2] Đầu tiên tạo ra phân tử chứa phần [fracment] allylic ete E. Phản ứng Hundicker G-H. 3] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 718 Đầu tiên phải tạo ra phân tử chứa phần allylvinyl ete, rồi mới chuyển vị - Bài 61. Viết sản phẩm và cơ chế hình thành của các phản ứng sau: R2 R1 O O a] b] O c] CH3O OCH3 -CH2-CH=CH2 O d] e] OCH=CH2 O f] O OMe g] Hướng dẫn D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 90. vị Cope [1,5-Dien] 1500 1h OH 3200 OH KH, THF 18h a] b] c] MeO O CH2=CHLi d] Hướng dẫn a] b] c] D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L
- 91. O MeO O MeO O H H MeO H+ O H H MeO d] BÀI 63: OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN TOÀN QUÓC 2004: CHUYỂN VỊ PINACOL Hợp chất A[C6H12N2O2] quang hoạt, không tan trong axit loãng và bazơ loãng, phản ứng với HNO2 trong nước tạo thành B [C6H10O4]. Khi đun nóng B dễ dàng mất nước chuyển thành C [C6H8O3]. Hợp chất A phản ứng với dung dịch brom và natri hydroxit trong nước tạo thành D [C4H12N2], hợp chất này phản ứng với HNO2 khi có mặt axit clohydric cho metyletylxeton. 1] Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, C, D và gọi tên các hợp chất tạo thành. 2] Hợp chất A có thể có cấu trúc như thế nào? Dùng công thức Fisơ để mô tả. Hướng dẫn: 1] A phải là diamit nên có thể viết như sau: C6H12N2O2 C4H8 CONH2 CONH2 Br2; OH- H2O C4H8 NH2 NH2 D D là diamin, deamin hóa khi phản ứng với HNO2 và chuyển vị giống như pinacolin. Như vậy có thể viết như sau: H C H3C NH2 H C CH3 NH2 HNO2 H C H3C OH H C CH3 OH H+ -H2O CH3COCH2CH3 2,3-diaminobutan Như vậy hợp chất A là diamit của axit 2,3-dimetylsucxinic có thể tồn tại ở dạng quang hoạt, phản ứng với axit nitrơ cho ra axit 2,3-dimetylsucxinic. D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L 722 * * * * CH3 H CONH2 H2NOC H CH3 HNO2 CH3 H COOH HOOC H CH3 to C -H2O anhydrit-2,3-dimetyl sucxinic O CH3 H3C O O H3C H 2] Công thức Fisơ: CH3 H CONH2 H2NOC H CH3 CH3 H2NOC H H CONH2 CH3 BÀI 64: KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA NĂM 2003: CHUYỂN VỊ CACBOCATION 1. Hợp chất A [C5H11O2N] là một chất lỏng quang hoạt. Khử A bằng H2 có xúc tác Ni sẽ được B [C5H13N] quang hoạt. Cho B tác dụng với axit HNO2 thu được hỗn hợp gồm ancol C quang hoạt và ancol tert-amylic [2-metyl-2-butanol]. Xác định công thức cấu tạo của A. Dùng công thức cấu tạo, viết phương trình các phản ứng tạo thành B, C và ancol tert-amylic từ A. 2. Hợp chất A [C5H9OBr] khi tác dụng với dung dịch iot trong kiềm tạo kết tủa màu vàng. A tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra 2 xeton B và C cùng có công thức phân tử C5H8O. B, C đều không làm mất màu dung dịch kalipemanganat ở lạnh, chỉ có B tạo kết tủa màu vàng với dung dịch iot trong kiềm. Cho B tác dụng với CH3MgBr rồi với H2O thì được D [C6H12O]. D tác dụng với HBr tạo ra hai đồng phân cấu tạo E và F có công thức phân tử C6H11Br trong đó chỉ có E làm mất màu dung dịch kali pemanganat ở lạnh. Dùng công thức cấu tạo, viết sơ đồ phản ứng từ A tạo thành B, C, D, E, F. Viết tên A và D theo danh pháp IUPAC. Hướng dẫn: 1. CH3 CH3 CH2NO2 CH2 CH [A] CH3 CH3 CH2NH2 CH2 CH CH3 CH3 CH2 + CH2 CH CH3 CH3 CH2OH CH2 CH H2/ Ni HNO2 H2O * D Ạ Y K È M Q U Y N H Ơ N O F F I C I A L