Hướng dẫn chấm đề thi chính thức môn Hóa học - Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia THPT năm 2015 - Ngày thi thứ hai

Nội dung text: Hướng dẫn chấm đề thi chính thức môn Hóa học - Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia THPT năm 2015 - Ngày thi thứ hai

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2015 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: HOÁ HỌC Ngày thi thứ hai: 09/01/2015 I. Hướng dẫn chung 1. Cán bộ chấm thi chấm đúng như Hướng dẫn chấm, đáp án, thang điểm của Bộ Giáo dục và Đào tạo. 2. Đối với câu, ý mà thí sinh có cách trả lời khác so với đáp án nhưng đúng thì vẫn cho điểm tối đa của câu, ý đó theo thang điểm. 3. Cán bộ chấm thi không quy tròn điểm thành phần, điểm từng câu, điểm của bài thi và tổng điểm hai bài thi của thí sinh. II. Hướng dẫn cụ thể Câu I (4,5 điểm) 1. Cho các chất sau: O A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 a) Mỗi chất trên trong phản ứng cộng electrophin với hợp chất loại E-Nu (E+: tác nhân electrophin, Nu-: tác nhân nucleophin) theo tỉ lệ mol 1:1 ở nhiệt độ thấp và ở nhiệt độ cao tạo ra các sản phẩm khác nhau. Hãy cho biết sản phẩm chính và giải thích. Giả thiết trong quá trình phản ứng, khung cacbon của các chất ban đầu không thay đổi. b) 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 đóng vòng có sự tham gia đồng thời của 4n+2 electron π (n = 1, 2, ) thì dễ xảy ra. Hướng dẫn giải a) Nguyên tắc: Đây là phản ứng cộng AE vào hệ liên hợp, hướng chính của phản ứng là hướng tạo cacbocation bền hơn; nhiệt độ thấp ưu tiên tạo ra sản phẩm cộng 1,2; nhiệt độ cao ưu tiên tạo sản phẩm bền nhiệt động tức tạo ra sản phẩm cộng vào đầu và cuối mạch liên hợp. - Phản ứng của chất A1: Nu E E E E + + + +Nu- +E +E + + Nu Không thơm Thơm Cộng 1,2 Cộng 1,4 - Phản ứng của chất A2 và A3: Đối với A2 và A3, trong vòng có 3 cacbon sp 2 (ứng với góc lai hóa 1200), khi E+ tấn công vào cacbon trong vòng thì tạo ra cacbocation mà trong vòng chỉ còn 2 cacbon sp2 làm giảm được sức căng góc nên hướng đó là hướng chính: Nu E Nu + + +Nu- +E +E E E + E 3 Csp2 2 Csp2 E Nu + +E+ +Nu- Nu +E + E E E 3 Csp2 2 Csp2 Trang 1/12
2. (Điện tích dương ở cacbocation bậc II và III đối với hai trường hợp trên đều được giải tỏa do liên hợp với C=C là chủ yếu vì thế hiệu ứng +I, +H ở những cacbocation đó không cần tính đến). - Phản ứng của chất A4: Ion phản thơm không được tạo thành, ion mà điện tích dương được giải tỏa nhiều hơn (nhiều công thức cộng hưởng hơn) thì bền hơn nên phản ứng theo hướng đó: E + +E+ +E Nu E E +Nu- E E Phản thơm + Bền hơn Nu - Phản ứng của chất A5: Sau khi E + tấn công thì việc mất H + để tạo ra hợp chất thơm là hướng Phản thơm chính: E E +E+ -H+ - Phản ứng của chất A6 và A7: Khi E + tấn công vào đầu mạch nhánh thì tạo ra cacbocation thơm nên sản phẩm chính tạo thành theo hướng đó: E E E E Nu + - O +E O +E+ O O +Nu O O + E Nu Không thơm Thơm E E E E Nu Nu +E+ +E+ +Nu- + Không thơm Thơm b) Các chất A4, A5, A6 có thể đóng vòng với sự tham gia đồng thời 6 electron π, còn A7 đóng vòng với sự tham gia của 10 electron π. O O + O + O O O O O A4 O A5 O O O O H O O O O + O + O O O H O O O A6 O A7 O Chú ý: Khi viết công thức lập thể của phản ứng giữa A7 và anhiđrit maleic mà học sinh không viết lập thế của 2 nguyên tử hiđro cũng cho điểm. 2. Hiđrocacbon H (C14H10) tách ra từ nhựa than đá, chỉ gồm các vòng 6 cạnh, tồn tại ở dạng tinh thể hình lá, không màu, nóng chảy ở 101oC. Dung dịch của H trong benzen có khả năng phát huỳnh Trang 2/12
3. quang màu xanh. Khử H bằng Na/C 2H5OH, thu được chất I (C 14H12). Khi cho H phản ứng với HNO3/H2SO4, thu được hỗn hợp các mononitro có cùng công thức phân tử C14H9NO2. Khi cho H phản ứng với Br2/CCl4 ở nhiệt độ thấp, thu được hỗn hợp không quang hoạt gồm ba chất X1, X2 và X3 có cùng công thức phân tử C14H10Br2. Dưới tác dụng của nhiệt, cả X1, X2 và X3 đều tạo ra chất X (C14H9Br). Oxi hóa H bằng K2Cr2O7/H2SO4 trong điều kiện thích hợp, thu được chất K (C14H8O2) ở dạng tinh thể hình kim, màu da cam, không mùi và nóng chảy ở 207oC. Xử lí K với dung dịch kiềm, sau đó axit hóa hỗn hợp sản phẩm thì thu được chất L (C 14H10O3) không quang hoạt. Đun nóng L có mặt H2SO4 đặc, thu được một trong các sản phẩm là chất M (C28H16O4). a) Xác định các hợp chất H, I, K, L, M, X, X1, X2 và X3. HO b) Khi xử lí 9-fluorencacbinol (công thức trong hình bên) trong môi trường axit thì thu được H. Đề xuất cơ chế giải thích quá trình tạo ra H. c) Viết sơ đồ điều chế H (các tác nhân vô cơ có sẵn): (i) Từ o-nitrobenzanđehit và axit phenylaxetic. (ii) Từ naphtalen và anhiđrit sucxinic. 9-Fluorencacbinol Hướng dẫn giải a) Hợp chất H là hiđrocacbon thơm phenantren với 3 vòng 6 cạnh. - Các phản ứng của H: + Phản ứng khử: Na/EtOH I + Phản ứng nitro hóa NO2 HNO3/H2SO4 + + NO2 NO2 + Phản ứng brom hóa: Giai đoạn đầu tiên là phản ứng cộng electrophin vào nối đôi C9-C10 tạo cacbocation (được bền hóa bởi hiệu ứng +C của vòng benzen nên ít tồn tại ở dạng cation bromoni). Do cacbocation phẳng nên mỗi trường hợp tạo ra hai sản phẩm cộng đibrom. Kết quả thu được hỗn hợp không quang hoạt gồm hợp chất meso X1 và cặp đối quang X2, X3. Br Br Br Br Br - +Br + Br-Br X2 -Br- Br Br Br Br Br - +Br + X1 X3 hc meso hh raxemic Trang 3/12
4. - Sản phẩm tách HBr từ X1, X2 và X3: Br X - Phản ứng oxi hóa H và chuyển hóa các sản phẩm: O O HO COOH - o O K2Cr2O7/H2SO4 1. HO H2SO4, t O 2. H+ O O K L M b) Cơ chế của quá trình chuyển hóa 9-fluorencacbinol thành H trong môi trường axit: H HO O : H OH2 H +H+ -H O+ -H2O 3 c) Tổng hợp phenantren - Từ o-nitrobenzanđehit và axit phenylaxetic: NO2 NH NaNO /HCl N2 NO2 Sn/HCl 2 2 + o -H2O 0-5 C CHO COOH COOH COOH COOH o Cu t + -N2, -H COOH - Từ naphtalen và anhiđrit sucxinic: O O O O COOH Zn/Hg COOH H SO /AlCl3 2 4 O HCl -H2O Zn/Hg Se HCl -2H2 Câu II (3,0 điểm) 1. Cho các hợp chất cacbonyl sau: O * O O H * * O O O O O H H * Me Me H Me Ph Me Me OEt Me Me Me Ph A B C D E F Các hợp chất cacbonyl có nguyên tử hiđro ở vị trí α có thể chuyển hóa sang dạng enol theo cân bằng sau: Trang 4/12
5. O OH R2 2 1 R K R R1 e H Nguyên tử hiđro trong nhóm OH enol phân li tạo anion enolat theo cân bằng sau: OH O 2 R 2 + 1 R + H Ka(OH) R R1 a) So sánh (có giải thích) giá trị pKe của các hợp chất A, B, C và D đối với quá trình enol hóa xảy ra với các nguyên tử hiđro được đánh dấu (*). b) Cho: Chất D E F pKe 8,33 1,00 -0,41 pKa(OH) 10,94 10,00 9,41 Tính giá trị pKa(CH) đối với sự phân li nguyên tử hiđro linh động nhất thuộc liên kết C-H của các hợp chất D, E và F. c) Dựa trên các giá trị cho ở câu (b), tính gần đúng giá trị pKe, pKa(OH) và pKa(CH) của đietyl malonat. Hướng dẫn giải a) O * OH O OH O OH H * * O OH H Me H Ph * Me Me Me Me H Me Ph Me Me Me Me Ph Ph A B C D Dạng enol của A là phenol chứa nhóm OH gắn với nhân thơm do vậy H* trong A dễ enol hóa nhất → Ke(A) lớn nhất → pKe(A) nhỏ nhất. Dạng enol của C chứa nối đôi C=C liên hợp với 2 gốc Ph nên H* trong C dễ enol hóa hơn H* trong B và H* trong D → Ke(C) > Ke(B), Ke(D) → pKe(C) Ke(D) → pKe(B) < pKe(D). Thứ tự tăng dần: pKe(A) < pKe(C) < pKe(B) < pKe(D) (Giá trị thực nghiệm: pKe(A) = -12,40; pKe(C) = 2,30; pKe(B) = 7,30; pKe(D) = 8,33). b) Xét cân bằng tổng quát: O OH R2 2 1 1 R R R Ke OH H O 2 2 + 1 R R + H Ka(OH) R 1R O O 2 + 1 R 2 + H Ka(CH) R 1 R H R Ta có: Ka(CH) = Ke.Ka(OH) → pKa(CH) = pKe + pKa(OH) (*) Từ (*) ta có: - Đối với chất D: pKa(CH) (D) = pKe (D) + pKa(OH) (D) = 8,33 + 10,94 = 19,27 - Đối với chất E: pKa(CH) (E) = pKe (E) + pKa(OH) (E) = 1,00 + 10,00 = 11,00 - Đối với chất F: pKa(CH) (F) = pKe (F) + pKa(OH) (F) = (-0,41) + 9,41 = 9,00 c) Nhận xét: Chất E, F và đietyl malonat (G) đều có cấu tạo chung là aR Rb a b - Với chất E: R = -COMe, R = -CO2Et - Với chất F: Ra = Rb = -COMe Trang 5/12
6. Như vậy khi chuyển chất F sang thành chất E, tức chuyển 1 nhóm -COMe thành nhóm -CO 2Et thì giá trị pKe tăng 1,00 - (-0,41) = 1,41; giá trị pK a(OH) tăng = 10,00 – 9,41 = 0,59; giá trị pK a(CH) tăng 11,00 - 9,00 = 2,00. a b - Với chất G: R = R = -CO2E Một cách gần đúng như trên, khi chuyển E thành G tức chuyển 1 nhóm -COMe thành nhóm -CO2Et thì giá trị pKe tăng 1,41; giá trị pKa(OH) tăng 0,59; giá trị pKa(CH) tăng 2,00. Do đó: pKe (G) ≈ pKe (E) + 1,41 = 1,00 + 1,41 = 2,41 pKa (OH) (G) ≈ pKa (OH) (E) + 0,59 = 10,00 = 0,59 = 10,59 pKa (CH) (G) ≈ pKa (CH) (E) + 2,00 = 11,00 + 2,00 = 13,00 2. Enamin có thể được tạo thành khi cho anđehit hoặc xeton phản ứng với amin bậc hai có xúc tác axit. a) Xiclohexanon phản ứng với piroliđin tạo ra enamin H theo sơ đồ sau: O H N H+ + N H Đề xuất cơ chế giải thích quá trình tạo thành enamin H. b) Longifolen là một sesquitecpen có trong thành phần nhựa thông và tinh dầu của một số cây lá kim, được dùng trong công nghiệp hương liệu, mĩ phẩm, Chất Y được sử dụng để tổng hợp longifolen. Từ xiclopentađien, chất Y được tổng hợp theo sơ đồ sau: O O O 1. Mg/ete, to OCOOCH2Ph +HCl 2. CO 1. Enamin X (C H NO) PhCH OCOCl h I 2 K 9 15 2 M + + [2+2] 3. H3O 2. H3O 4. SOCl2 L Y - Xác định các chất I, K và M. - Xác định công thức cấu tạo của enamin X, biết X chứa vòng 6 cạnh. Hướng dẫn giải a) H O O HN + HO NH N +H H2O -H2O N N H + -H3O H2O b) - Công thức cấu tạo của các hợp chất I, K và M trong sơ đồ: O PhCH2OCOO O Cl Cl I K M - Công thức cấu tạo của enamin X: Do L chứa 2 vòng 5 cạnh (một vòng thuộc K) do vậy enamin X phải chứa 1 vòng 5 cạnh không chứa nguyên tử nitơ → nguyên tử nitơ trong enamin X phải nằm bên vòng 6 cạnh. X có công thức phân tử C9H15NO với độ không no k = 3 nên X chứa vòng xiclopenten và 1 vòng 6 cạnh no chứa 1 nguyên tử oxi và 1 nguyên tử nitơ trong vòng. Cấu tạo của X có thể là: O O O N N N Trang 6/12
7. Câu III (4,0 điểm) 1. Khi xử lí chất A (C13H18O2) bằng dung dịch HCl loãng, thu được chất B (C11H14O) không quang hoạt. Khi B phản ứng với Br 2/NaOH, sau đó axit hóa sản phẩm phản ứng, thu được chất C. Khi đun nóng B với hiđrazin/KOH trong etylen glicol, thu được chất D. Đun B với benzanđehit trong môi trường kiềm, thu được chất hữu cơ E (C18H18O) duy nhất. Khi bị oxi hóa mạnh, các chất B, C, D và E đều cho axit phtalic (axit benzen-1,2-đicacboxylic). Xác định công thức cấu tạo của các chất A, B, C, D và E. Hướng dẫn giải Khi bị oxi hóa mạnh, các hợp chất B, C, D và E đều cho axit phtalic chứng tỏ các hợp chất này là dẫn xuất của benzen bị thế hai lần ở vị trí 1,2. B có độ không no k = 5 và có phản ứng bromofom nên B có thể là: CH2CH2CH3 CH(CH3)2 C2H5 CH3 COCH3 COCH3 CH2COCH3 CH(CH3)COCH3 B1 B2 B3 B4 Do B không quang hoạt nên loại B4. Đun B với benzanđehit trong môi trường kiềm, thu được chất hữu cơ E (C18H18O) duy nhất nên loại B3 do B3 ngưng tụ với benzanđehit tạo ra 2 sản phẩm hữu cơ khác nhau. C H 3 7 C3H7 N2H4/KOH COCH 3 C2H5 B D C H 3 7 - C H PhCHO/OH 3 7 COCH3 COCH=CHPh B E Khi xử lí hợp chất A (C13H18O2) bằng dung dịch HCl loãng thu được hợp chất B chính là phản ứng thủy phân xetal. C3H7 C3H7 + H3O OH CH3 + HO COCH O O 3 A B Vậy A là một trong hai công thức dưới đây: CH2CH2CH3 CH(CH3)2 CH3 CH3 O O O O 2. Từ hoa của cây nghệ tây Crocus sativus (là một loại gia vị nổi tiếng), người ta tách được picrocrocin là một glicozit có vị cay. Đun picrocrocin trong dung dịch HCl loãng, thu được D-glucozơ và hợp chất M (chứa nhóm -OH gắn với cacbon bậc hai). Khi đun picrocrocin trong dung dịch KOH loãng dễ dàng thu được safranal (C 10H14O) và chất N (C 6H10O5). Cho safranal phản ứng với ozon, sau đó xử lí sản phẩm bằng (CH3)2S thì thu được chất P (C7H10O4) và chất Q (C3H4O2). Đun nóng P trong điều kiện thích hợp, thu được 2,2-đimetylbutan-1,4-đial. Oxi hóa Q bằng CrO3/H2SO4, thu được axit 2-oxopropanoic (axit pyruvic). Biết các nhóm metyl trong safranal đều ở vị trí β so với nhóm cacbonyl; liên kết glicozit trong picrocrocin và N có cùng cấu hình. Xác định cấu trúc (có thể có) của picrocrocin, M và N; công thức cấu tạo của P, Q và safranal. Hướng dẫn giải Khi oxi hóa Q bằng CrO3/H2SO4 thu được axit pyruvic (axit 2-oxopropanoic), chứng tỏ Q là: Trang 7/12
8. O H Q O Do P có công thức phân tử C 7H10O4, 2,2-đimetylbutan-1,4-đial có công thức phân tử C 6H10O2 nên phản ứng đun nóng P là phản ứng đecacboxyl hóa. Do đó P chứa nhóm –COOH ở gần nhóm C=O. Do vậy P có thể là: O O O COOH COOH HOOC P1 O P2 O P3 O Từ P và Q, suy ra công thức của safranal có thể là: CHO CHO CHO CHO CHO CHO P1' P1" P2' P2" P3' P3" Chú ý: Khi xử lí với ozon, nhóm –CHO trong P chuyển thành nhóm –COOH trước khi đưa (CH3)2S vào. Do các nhóm metyl trong safranal đều ở vị trí số β so với nhóm cacbonyl nên công thức cấu tạo đúng của safranal là: CHO safranal Đun picrocrocin trong dung dịch HCl loãng thu được D-glucozơ nên trong phân tử của picrocrocin có nhân D-glucozơ. D-glucozơ có công thức phân tử C6H12O6 mà N có công thức phân tử C6H10O5 đồng thời phản ứng này xảy ra trong môi trường kiềm nên không có hiện tượng mở vòng glucozơ. Do vậy N vẫn chứa cấu trúc vòng vốn có của glucozơ nhưng có quá trình tạo liên kết glicozit nội phân tử giữa nhóm –OH tại C6 của vòng glucozơ. Do vậy liên kết glicozit trong N phải là liên kết β. Công thức của N là: H2C O O OH OH OH Công thức đúng của P là P2. Theo đầu bài, M là ancol bậc hai sinh ra do quá trình thủy phân picrocrocin trong môi trường axit, do đó safranal chính là sản phẩm đehiđrat của M. Để picrocrocin thực hiện phản ứng tách trong dung dịch KOH loãng thì nhóm RO- (R là phần glucozơ) phải nằm ở một trong hai vị trí sau (để cacbanion tạo thành được làm bền bởi nhóm cacbonyl). CH=O CH=O O CHO - -H2O -RO safranal RO RO RO H (X) HO- CH=O CHO O O H - - OH -H2O -RO safranal OR (Y) OR OR Tuy nhiên, M chứa ancol bậc hai nên công thức (X) thỏa mãn và M có cấu trúc như sau: Trang 8/12
9. CH=O hoặc CH=O HO HO H H Cấu trúc có thể có của picrocrocin như sau: CH=O hoặc CH=O OH OH O O HO HO HO O HO O OH OH 3. Điazometan được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ. Khi cho điazometan dư O OH phản ứng với chất S (công thức trong hình bên), thu được chất X (C9H10O5) là sản phẩm chính. Xác định công thức cấu tạo của X và giải thích quá trình tạo ra X. O OH Hướng dẫn giải S O O O O N2 O OCH3 O OH 2CH N CH N 2 2 O OCH3 2 2 OCH3 O O OCH3 O S OH O O OCH3 OCH3 O S' O O OH OCH3 OCH3 CH N OCH3 OCH3 OCH3 S' 2 2 S' CH2N2 X1 X2 HO OCH CH O OCH 3 3 3 O OCH3 O OCH3 O O O O Do sản phẩm X là sản phẩm chính nên X chính là X1 (do X1 bền hơn X2). Câu IV (4,5 điểm) 1. Cho các quá trình phản ứng sau: Et a) Et COPh O (1) Ph (2) Ph COEt AlCl3/xilen AlCl3/xilen o t , 48h to, 4h H = 35% H = 90% b) O Br H KOH/EtOH, to O Br O OH O Dùng cơ chế để giải thích sự tạo thành sản phẩm trong các quá trình phản ứng trên. Giải thích rõ tại sao có sự khác biệt giữa thời gian và hiệu suất của phản ứng (1) và (2) (trong (a)), biết nhiệt độ thực hiện hai phản ứng là như nhau. Hướng dẫn giải a) Cl3Al 2 Cl3Al 1 R 2 O R O AlCl3 R O 2 O 2 1 R 1 R R1 R R chậm -AlCl3 X1 X2 Giai đoạn chậm quyết định tốc độ chung cho cả quá trình là giai đoạn hình thành cacbocation (X2). Nếu sản phẩm trung gian X1 bền thì quá trình sinh ra cacbocation X2 khó khăn và do đó tốc độ Trang 9/12
10. phản ứng chậm (do có hàng rào thế năng cao hơn). Khi R 2 là nhóm phenyl thì X1 được ổn định bằng hiệu ứng +C, do vậy quá trình sinh ra X2 khó khăn và thời gian phản ứng dài hơn. Do vậy phản ứng (1) xảy ra lâu hơn phản ứng (2). Do hàng rào thế năng thấp hơn nên sự tạo thành cacbocation X2 trong phản ứng (2) cũng dễ dàng hơn, đồng thời X2 sinh ra cũng bền hơn khi R 1 là gốc phenyl (do cacbocation X2 được ổn định bằng hiệu ứng +C) và do vậy hiệu suất của phản ứng (2) cao hơn. Chú ý: Học sinh chỉ so sánh độ bền của cacbocation X2 trong hai trường hợp phản ứng cũng cho điểm (dựa vào định đề Hemmond). b) .O. Br H O H O H Br Br OH Br O O -OH O Br Br O O O OH OH OH O O O 2. Chất G được sử dụng làm thuốc chống dị ứng. Từ p-clobenzanđehit (chất A) tổng hợp chất G theo sơ đồ sau: HN N-COOEt OH 1. PhMgBr PBr dd KOH Cl 1. Axit cloaxetic/t-BuOK A B 3 C D E F G 2. H2O C H O N Cl Na2CO3 C17H19N2Cl Et3N 2. HCl 21 25 3 2 Xác định công thức cấu tạo của các chất B, C, D, E, F và G. Hướng dẫn giải OH OH p-Cl-C H p-Cl-C6H4 6 4 N N COOEt N NH p-Cl-C6H4 Ph p-Cl-C H Ph 6 4 Ph Ph B C D E OH O OH p-Cl-C6H4 p-Cl-C6H4 N N N N Ph Ph O F G 3. L-Carnitine (vitamin BT) là một amino axit có trong cơ thể người, đóng vai trò then chốt trong việc vận chuyển các axit béo vào ti thể (nơi sản xuất năng lượng cho tế bào), cung cấp năng lượng đến nhiều cơ quan trong cơ thể như tim, gan, cơ và các tế bào miễn dịch. Carnitine được tổng hợp theo sơ đồ sau: EtONa BrCH CN EtONa/EtOH B H AcCl H 2 K L 2 6 M N I EtONa -H (C H NO ) Py 1. dd NaOH (l), to (C4H8O2) (C H O ) 6 13 2 6 10 3 2. HCl (l) o 1. H2O, Hg(OAc)2 MeI KOH/EtOH, t Br2/PBr3 Carnitine T S Q P (C6H11NO3) (C H NO ) 2. NaBH Ag2O/H2O 7 15 3 4 (C4H7NO2) Biết H mạch hở, phản ứng được với dung dịch NaOH; carnitine tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực. a) Xác định công thức cấu tạo của các chất H, I, K, L, M, N, P, Q, S, T và carnitine. b) Trình bày cơ chế của phản ứng tạo ra I. c) Trình bày sơ đồ tổng hợp carnitine từ epiclohiđrin và các chất hữu cơ không quá 3 nguyên tử cacbon (các tác nhân vô cơ có sẵn). O Cl epiclohiđrin Trang 10/12
11. Hướng dẫn giải a) Do H mạch hở, phản ứng được với dung dịch NaOH nên H là axit hoặc este. H có độ bất bão hòa bằng 1, khi phản ứng có mặt của EtONa tạo I (C6H10O3) có độ bất bão hòa bằng 2 do vậy phản ứng từ H sang I không phải là phản ứng thế, H không phải axit và EtONa không phải tác nhân phản ứng mà là xúc tác. Như vậy 2 phân tử H phản ứng với nhau mất đi hai nguyên tử cacbon do vậy H là AcOEt và phản ứng này là phản ứng ngưng tụ Claisen. O O O O O O O O NH2 AcNH OEt OEt OEt OEt OEt NC OEt H N I K CN L M O O O O OH O AcNH AcNH NH N OH OH 2 - N OH O O- Br P Q S T Carnitine b) Cơ chế của phản ứng tạo ra I (cơ chế ngưng tụ Claisen): O- O O OEt - EtO- OEt -EtO H OEt O -EtOH OEt OEt O I CH2COOEt O c) Sơ đồ tổng hợp carnitine từ epiclohiđrin: OH OH O O OH + Cl Me3N.HCl +KCN 1. H3O N N Cl N CN O- - 2. dd NH (l) Cl Cl- 3 Carnitine Câu V (4,0 điểm) 1. Phối tử (2-aminoetyl)photphin là phối tử hai càng. Viết các đồng phân hình học và đồng phân quang học của phức chất đicloro bis(2-aminoetyl)photphin niken(II). 2. Dựa vào đặc điểm cấu tạo, so sánh và giải thích khả năng tạo phức của các cặp chất sau: a) NH3 và NF3; b) PH3 và PF3. 3. Chiếu một chùm tia đơn sắc (có bước sóng λ xác định) qua dung dịch mẫu chất nghiên cứu thì I cường độ của tia sáng tới Io giảm đi chỉ còn là I. Tỉ số T = được gọi là độ truyền qua. T phụ I 0  thuộc vào nồng độ mol C (mol·L-1) của chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch, chiều dày lớp dung dịch l (cm) và hệ số hấp thụ mol ε (L·mol -1·cm-1) đặc trưng cho bản chất của chất hấp thụ (định luật Lambert-Beer): - lgT = εlC Để xác định giá trị Ka của một axit hữu cơ yếu HA, người ta đo độ truyền qua của một chùm tia đơn sắc (tại bước sóng λ xác định) với dung dịch axit HA 0,05 M đựng trong thiết bị đo với chiều dày lớp dung dịch l = 1 cm. Kết quả cho thấy 70% tia sáng tới bị hấp thụ. Giả thiết, chỉ có anion A- hấp thụ - -1 -1 tia đơn sắc tại bước sóng này và hệ số hấp thụ mol ε của A là 600 L·mol ·cm . Tính giá trị Ka của HA trong điều kiện thí nghiệm. Hướng dẫn giải 1- Các đồng phân hình học và đồng phân quang học của phức chất đicloro bis (2-aminoetyl) photphin) niken(II) Phối tử (2-aminoetyl)photphin là phối tử 2 càng: CH2 CH2 H2N PH2 Trang 11/12
12. Đồng phân trans: 2 đồng phân Đồng phân cis: có 3 đồng phân, mỗi đồng phân lại có thêm đồng phân quang học 2- Khả năng tạo phức của NH3 > NF3: do trong phân tử NH3 và NF3 đều có cấu trúc tương tự nhau, 3 nguyên tử N còn một cặp electron chưa liên kết nằm trên obitan lai hóa sp . Nhưng trong NF3, nguyên tử F có độ âm điện lớn, hút electron làm giảm khả năng cho cặp electron trên N. - Khả năng tạo phức PF3 > PH3: 3 - Trong phân tử PH3, nguyên tử P hầu như không lai hóa sp , phân tử có dạng cầu, góc o HPH =93,7 , cặp electron chưa liên kết của P nằm trên obitan 3s, khả năng tạo phức của PH3 là rất yếu. 3 - Trong phân tử PF3, nguyên tử P ở trạng thái lai hóa sp , trên P còn cặp electron chưa liên kết nằm trên obitan lai hóa sp3, hướng về một đỉnh của hình tứ diện nên có khả năng tạo liên kết cho nhận với obitan trống của kim loại (liên kết  cho). Ngoài ra, trong PF3, nguyên tử P còn obitan d trống nên có khả năng nhận cặp electron trên obitan d của kim loại, tạo liên kết (liên kết ngược), giống phối tử CO. Vì vậy PF3 có khả năng tạo phức mạnh. 3. Gọi cường độ ánh sáng ban đầu là Io, cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch là I. Theo đầu bài, cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch có giá trị: I = Io – 70%Io = 30%Io Từ định luật Lambert-Beer ta có: 30%I D = 600.1.C = lg o = 0,5229 A Io Từ đó, nồng độ của A- tại cân bằng là: 8,715.10-4 (M); Xét cân bằng: + - HA  H + A Ka [ ] 0,05 – 8,715.10-4 8,715.10-4 8,715.10-4 Từ đó: 2 8,715.10 4 K 1,55.10 5 a (0,05 8,715.10 4 ) -5 Vậy, hằng số phân li của axit HA là Ka = 1,55.10 . HẾT Trang 12/12