Phương pháp mà hanh_khat đề cập ở trên chính là phương pháp retrosynthesis ! Phương pháp này đã được shindo (zero) bên forum.olympiavn.org viết khá kĩ, dành cho anh em phổ thông !!! BM chôm qua đây post, hi vọng sếp Đỗ Nhân đồng ý hai tay !!!
Phương pháp xây dựng sơ đồ tổng hợp hữu cơ
1. Lời ngỏ:
Tổng hợp hữu cơ là một ngành khoa học đã ra đời cùng với sự ra đời của ngành Hóa học hữu cơ. Và thường trong tổng hợp hữu cơ thì người ta chỉ biết được chất cần tổng hợp chứ không hề biết chất mình dự định sử dụng để tổng hợp. Với phương pháp phân tích cấu trúc chất đích thì ta sẽ dễ dàng suy ra được chất cần tổng hợp. Ví dụ:
Hãy tổng hợp chất sau từ một chất đầu đơn giản:
Dâu ==> có nghĩa là chất này được hình thành từ hai chất đó. Quá trình được đánh dấu bằng ==> được gọi là retrosynthesis (tổng hợp ngược). Quá trình này là cả một sự suy luận logic, và nhờ có nó ta dễ dàng tổng hợp được chất ban đầu.
Sơ đồ tổng hợp chất đã cho như sau
Chủ chốt của quá trình tổng hợp trên là sự hình thành liên kết CONH của amit, ta chỉ việc "cắt" (disconnection) nó là sẽ thu được hai hợp phần cần thiết, sau đó lại tiếu tục phân tích hai hợp phần ấy để thu được những chất đầu đơn giản nhất để tiến hành tổng hợp.
Việc nắm bắt phương pháp này là một điều cần thiết, khi các em đã nắm vững được phương pháp này thì không một bài tập tổng hợp hữu cơ nào ở cấp độ THPT (ngay cả ở ĐH hay trong kỳ thi vòng II QG có thể làm khó các em được). Cái ta cần nắm bắt ở đây chính là các phương pháp "cắt" mạch tương ứng và cần thiết. Cắt làm sao cho nguyên liệu cuối cùng của quá trình cắt được điều chế dễ dàng từ chất ban đầu đề bài cho. Sau đây anh sẽ giới thiệu các hướng cắt cơ bản nhất, các hướng cắt phức tạp hơn sẽ đựơc thảo luận trong các bài tập tổng hợp hữu cơ nhé :D
2. Phương pháp cắt mạch trong việc hình thành hợp chất đơn chức
a) Các phương pháp tạo thành ancol:
- Ancol bậc 1 dạng R - CH2OH: "Cắt" ở liên kết R - C để tạo cacbanion R- và HCHO. Cacbanion đó chính là hợp chất cơ magie, và cơ magie dễ dàng được hình thành từ dẫn xuất halogen.
- Ancol bậc 1 dạng R - CH2CH2OH: "Cắt" ở liên kết R - C để tạo thành cơ Mg và epoxy
- Ancol bậc 2 dạng RR' - CHOH: "Cắt" ở R - C để tạo thành cơ Mg và andehit R'-CHO
- Ancol bậc 2 dạng R2 - CHOH: "Cắt" ở R - C để tạo thành cơ Mg và R-CHO, nhưng nếu R'-CHO là một chất quá phức tạp, khó lòng mà "cắt" tiếp thì hãy cắt theo hướng tạo thành cơ Mg và este của axit fomic, dạng hay gặp là HCOOEt.
- Ancol bậc 3: Cũng "cắt" tương tự như ancol bậc 2, và các sản phẩm cuối cùng có thể là xeton và cơ Mg hay este và cơ Mg (đối với ancol dạng R2R'-COH)
Ví dụ: Phân tích bài của gold: Tổng hợp Ph - C(C6H11)2OH từ xiclohexan và etylbenzoat. Ở đây ta thấy có 2 nhóm C6H11 y hệt nhau, nên có thể cắt thành cơ Mg và PhCOOEt. Như vậy:
Retrosynthsis: Ph - C(C6H11)2OH ==> PhCOOEt + C6H11MgBr (cắt nhóm Ph - C và C - OH)
C6H11MgBr được dễ dàng điều chế từ chất ban đầu là xiclohexan.
b) Phương pháp điều chế hợp chất cacbonyl (andehit, xeton)
- Với hợp chất có dạng R - CH2 - CO - R'. Ta cắt nhóm R - CH2 để thu được các tác chất là RBr và EtOOC - CH2 - COR (phản ứng ngưng tụ Claisen).
- Nếu dạng Ar - COR thì dễ dàng hơn, tự suy nghĩ lấy :D.
Ví dụ:
Hướng cắt nào khả dĩ hơn, đáp án là a, do phản ứng thế của dẫn xuất nitro vòng thơm chả bao giờ và para cả.
c) Axit:
R - COOH ==> RMgBr + CO2
R - CH2 - COOH ==> RBr + CH2(COOEt)2 : tổng hợp malonic (cắt nhóm R - CH2)
d) Olefin:
R2C = CR2 ==> R2C - PPh3 + R2CO: phản ứng Wittig
Ví dụ: lấy bài của TTVN ( bên chemvn là chienthan_9x) làm ví dụ nhé :D
3, 3, 5 - trimetylheptan - 1 - ol.
Retrosynthesis: HOCH2 - CH2 - C(CH3)2 - CH2 - CH(CH3) - CH2 - CH3 (cắt Me2C - CH2)
==> CH3 - CH2 - CH(CH3) - CH2 - C(CH3)2MgBr + etylenoxit
Chuyển dẫn xuất cơ Mg về ancol bậc 3 ta lại cắt tiếp
CH3 - CH2 - CH(CH3) - CH2 - C(CH3)2OH ==> axeton + CH3 - CH2 - CH(CH)3 - CH2MgBr (cắt nhóm CH2 - C(Me2))
Chuyển nhóm mới cắt về ancol bậc 1 rồi lại căt tiếp ta được
CH3 - CH2 - CH(CH3) - CH2OH ==> CH3 - CH2 - CH(CH3)-MgBr + HCHO ==> but-2-en. Chất này dễ dàng được điều chế từ ancol etylic.
3. Tổng hợp các hợp chất tạp chức (hai hay nhiều nhóm chức khác nhau trở lên)
Với hợp chất đa chức thì cũng gần như là đơn chức, nên ta ko phải thảo luận nhiều, cái quan tâm là hợp chất tạp chức. Ở mức độ cơ bản, ta chỉ xét hai nhóm chức mà thôi :D
a) Hợp chất cacbonyl alpha, beta không no:
Cái này đơn giản nhất, chính là phản ứng andol hóa vậy. Ví dụ
CH3 - CH = CH - CO - CH3 ==> CH3 - CHO + axeton
b) Hợp chất 1, 3 - dicacbonyl:
R - CO - CH2 - CO - R' ==> R - CO(+) + R - CH = CO(-)-R' (enol)
RCO+ chả có gì xa lạ, đó chính là este hay axyl clorua, hay gặp nhất là RCOOEt. Ví dụ
Có hai hướng cắt được đề xuất là a và b, nên cắt hướng nào ??? Đáp án là hướng b, do hướng này có tính đối xứng cao (tức chỉ phải sử dụng một chất nên kinh tế hơn).
Hướng a cũng là một hướng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Ví dụ:
Điều chế Ph-CH(COOEt)2. Retrosynthesis: Ph - CH(COOEt)2 ==> Ph - CH(-)- COOEt + OEt - COOEt (chất này là dietyl cacbonat, khá dễ kiếm).
Nghiêm cấm cắt theo kiểu tạo PhBr + (-)CH(COOEt)2. Tự giải thích lý do
c) Hợp chất 1, 5 - dicacbonyl: Sử dụng phản ứng Michael (đã đề cập ở trang 2 topic cơ chế)
Xét ví dụ sau:
Hướng a được sử dụng do anion tạo thành từ a bền vững hơn
Xét ví dụ:
Hướng cắt đầu tiên là 1,3-dicacbonyl, hướng cắt thứ hai là 1,5 - dicacbonyl
d) Hợp chất alpha - hydroxycacbonyl.
Không vấn đề gì khó khăn, vấn đề ở đây là tạo xianua mà thôi.
R-CO-R' + HCN ----> RC(OH)(CN)R' ---> RC(OH)(COOH)R'
Ví dụ:
e) 1, 2 - Diol:
1, 2 - Diol ==> anken ==> Wittig
Ví dụ:
Với các diol đối xứng ta có thể tổng hợp đơn giản hơn từ hỗn hống Mg - Hg và xeton. Cơ chế phản ứng này đã được post bên topic cơ chế.
Tạm thời cứ thế này đã, các cách cắt phức tạp hơn sẽ được thảo luận sau.
Tài liệu tham khảo
1) Designing Organic Synthesis - Stuart Warren - Cambridge Uni - John Wiley and Sons
2) Organic Chemistry - Clayden
bluemonster
Hỏi về polymer
Linear Mode
