PHÂN LOẠI VÀ HỆ THỐNG HÓA MỘT SỐ BÀI TẬP PHẦN HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN MỤC LỤC A. ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………….…....……1 B. NỘI DUNG……………………………………….……………………….….....………2 I. CƠ SỞ PHÂN LOẠI…………………………………………………….….....………2 II. CÁC NHÓM HỢP CHẤT TIÊU BIỂU……………….........................................2 1. CACBOHĐRAT…………………………………………….........................………… 2 1.1. Bài tập minh họa……………………..………………………………........................... 2 1.2. Bài tập tự luyện…………………… ….…………………….………............................ 6 2. AMINOAXIT-PROTEIN-AXIT NUCLEIC..….................................………… 7 1.1. Bài tập minh họa………………………………..……………………........................... 7 1.2. Bài tập tự luyện………….………… ………..……………………….......................... 11 3. TECPENOIT……..…….……………………………………… ..…........................... 11 1.1. Bài tập minh họa………………………………………..……………......................... 11 1.2. Bài tập tự luyện…………………… …………………..…………….......................... 13 4. STEROIT………………..……………………………….......… ..…........................... 14 4.1. Bài tập minh họa…………………………………….….……………......................... 14 4.2. Bài tập tự luyện…………………… ……………………..………….......................... 16 5. ANCALOIT…………….……………………....……………… ..…........................... 17 5.1. Bài tập minh họa………………………………………………..……......................... 17 5.2. Bài tập tự luyện…………………… …………………………..…….......................... 18 6. FLAVONOIT……………………......…….……………………..…........................... 19 6.1. Bài tập minh họa……………………………………….…..…………..........................19 6.2. Bài tập tự luyện……………………… ………………………..………....................... 23 C. KẾT LUẬN…………..………………………….……………………….…....………24 KIẾN NGHỊ-ĐỀ XUẤT..………………………..……………………….….....………25 1 tµi liÖu tham kh¶o..………………………..………………....….….....………26 2 A. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn chuyên đề Hoá học các hợp chất thiên nhiên là bộ phận quan trọng của hoá học hữu cơ. Sự phát triển của hoá học hữu cơ nói chung và của thuyết cấu tạo hoá học nói riêng đã tạo cơ sở cho việc nghiên cứu một cách hệ thống các hợp chất, hệ thống các lớp chất như các Tecpen, Cacbonhidrat, Peptit, Lipit, Steroit, Ancaloit v.v... Việc tìm hiểu hoá học các chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học cao không chỉ tiếp tục được đẩy mạnh ở các chất có trong thực vật trên đất liền mà còn hướng đến các đối tượng có nguồn gốc từ biển. Không chỉ dừng lại ở các hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ và trung bình mà còn hướng đến các phân tử có khối lượng phân tử lớn như các protein, nucleic, polyxaccarit… Các hợp chất thiên nhiên có vai trò lớn trong thực tế, việc tìm hiểu về hợp chất này trong trường phổ thông còn đang là phạm vi hẹp. Vì vậy, để giúp học sinh nắm vững thêm kiến thức về cấu tạo, tính chất, cách phân lập và vai trò của hợp chất thiên nhiên chúng tôi viết chuyên đề “Phân loại và hệ thống hóa một số bài tập phần Hợp chất thiên nhiên” giúp các em học sinh khắc sâu phần lý thuyết từ đó vận dụng linh hoạt khi giải quyết các bài tập. 2. Mục đích của chuyên đề - Phân loại và hệ thống các bài tập lý thuyết về các nhóm hợp chất: + Cacbohiđrat + Aminoaxit-protein-axit nucleic + Tecpenoit + Steroit + Ancaloit + Flavonoit Nhằm khắc sâu kiến thức cho học sinh, để học sinh vận dụng linh hoạt khi giải quyết các bài tập. - Biết được các hợp chất hữu cơ có trong thực vật và động vật, vai trò và ứng dụng của các hợp chất trong thực tế. 1 B. NỘI DUNG PHÂN LOẠI VÀ HỆ THỐNG HÓA MỘT SỐ BÀI TẬP PHẦN HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN I. CƠ SỞ PHÂN LOẠI Có nhiều cách phân loại bài tập hợp chất thiên nhiên theo các tiêu chí khác nhau: Dựa vào tính chất hóa học ta chia theo các phản ứng đặc trưng cho mỗi loại nhóm chức: Tính chất của nhóm anđehit, xetol, monoancol, poliancol, axit, amin…. Dựa vào cấu trúc bộ khung cacbon của các hợp chất và các nhóm chức… Mỗi cách phân loại đều có những ưu điểm và thế mạnh riêng, tuy nhiên bên cạnh đó cũng đòi hỏi học sinh nắm vững kiến thức ở một mức độ nhất định. Để vừa có tính hệ thống hóa kiến thức về tính chất, cũng như liên hệ một cách thường xuyên, liên tục các kiến thức đó với các dạng bài tập về hợp chất thiên nhiên. Bằng thực tế giảng dạy và tham khảo các tài liệu hiện nay cũng như có tính định hướng, tiệm cận với đề thi học sinh giỏi các cấp thì chúng tôi phân loại và hệ thống hóa một số bài tập phần Hợp chất thiên nhiên theo nhóm hợp chất. II. CÁC NHÓM HỢP CHẤT TIÊU BIỂU 1. CACBOHIĐRAT 1.1. Bài tập minh họa Bài 1. Hãy nêu các khái niệm: monoxacarit, cấu hình tương đối, cấu hình tuyệt đối, hiệu ứng anome, epime, góc quay cực riêng. Gợi ý: * Monosaccarit: Monoxaccarit là những polihydroxi andehit hoặc polihydroxi xeton. * Cấu hình tương đối: Cấu hình tương đối là cấu hình của các chất quang hoạt đối với nhau và đối với hợp chất mẫu có cấu hình đã biết. * Cấu hình tuyệt đối: Cấu hình tuyệt đối là cấu hình thực sự của phân tử trong không gian. Danh từ quay phải, quay trái cho biết chiều quay của mặt phẳng ánh sáng phân cực bị tác động bởi chất hữu cơ. * Hiệu ứng anome: Với các monoxaccarit và các dẫn xuất anome có nhóm thế ở C1 axian thì thuận lợi hơn liên kết equatorian, ở anome β- vì hai obitan còn dư 2 của oxi có véc tơ tổng hợp song song với liên kết O—H nên nó đẩy nhau, gọi đó là hiệu ứng anome . OH Dạng β- anome OH Dạng α- anome * Epime: Hai monosaccarit chỉ khác nhau về cấu hình không gian ở 1 nguyên tử cacbon (hay được vận dụng nhất là cacbon bất đối thứ nhất) được gọi là cặp epime. Ví dụ: D- erytrozơ và D- treozơ; D- glucozơ và D- manozơ ... * Góc quay cực riêng: Góc quay cực riêng của mỗi chất được đo bằng thực nghiệm. Chất làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải ghi dấu cộng (+), quay sang trái ghi dấu trừ (- ). Các ký hiệu D, L không liên quan tới dấu của sự quay cực, chúng chỉ quan hệ với cấu hình tương đối của chất thuộc dãy Dhay L-. Ví dụ : D (+) glucozơ: chất thuộc dãy D, quay cực sang phải . D (-) fructozơ: chất thuộc dãy D, quay cực sang trái . Bài 2. Hãy chứng minh công thức mạch không vòng của andohexozơ và xetohexozơ. Gợi ý: Chứng minh công thức của andohexozơ - C6H12O6 CH3CH2CH2 - CH2 - CH - CH3 : mạch C không vòng I → CH3(CH2)5COOH: chứng tỏ mạch C liền; có - CHO - Với Cu(OH)2 được phức màu xanh đậm: chứng tỏ là poliol 3 - Với (CH3CO)2O được C6H7O (OCOCH3)5: có 5 nhóm OH Từ các dữ liệu trên có thể cho phép kết luận về cấu tạo hoá học của glucozơ: − − − − − CH2 - CH - CH - CH - CH- CH = O OH OH OH OH OH * Chứng minh công thức của xetohexozơ: - Oxy hoá được CH3CH2CH2COOH + CH3COOH : chứng tỏ có C = O ở C2 - Còn 5 nguyên tử O cũng nghiên cứu tương tự glucozơ và thấy ở dạng 5 nhóm OH. − = − − − − CH2 - CH - CH - CH - C - CH2 OH OH OH OH O OH Bài 3. Viết công thức dạng vòng 5 và 6 cạnh của D-manozơ và D-galactozơ theo Tollens và theo Haworth. Viết các phản ứng oxi hóa của D-mannozơ; và các phản ứng tạo axit uronic, tạo ozazon, tạo este của D-galactozơ . Gợi ý: D-manozơ : dạng vòng 5 cạnh; dạng vòng 6 cạnh: CH2OH O vòng 5 cạnh; dạng vòng 6 cạnh: D-galactozơ: dạng HO OH O HO OH HO ( mỗi dạng vòng đều viết đủ 2 dạng α và β ) HO - Các phản ứngOH oxi hoá của D-manozơ OH + Oxi HO hoá thành axit andonic. CH2OH O OH2OHHO CH O OH + Oxi hoá thành axit OH sacaric. OH + OxiHOH hoá 2thành axit uronic (có các giai đoạn bảo vệ nhóm CHO). - CácCphản ứng của D-galactozơ OH OH + Tạo axit uronic (dạng vòng). + Tạo ozazon (dạng thẳng). + Tạo este (dạng vòng). Bài 4. Cấu tạo của tinh bột và xenlulozơ có gì giống và khác nhau. Tơ visco được sản xuất như thế nào? Viết các phương trình phản ứng hoá học tạo tơ visco. 4 Gợi ý: Viết công thức cấu tạo của xenlulozơ và tinh bột: CH2OH O CH2OH O O OH OH O O O OH n OH n + Giống nhau đều là polixacarit cấu tạo từ D-glucozơ. + Khác nhau về kiểu liên kết :Tinh bột lk α–1,4 và 1,6; xenlulozơ lk β-1,4glycozit. - Cách sản xuất tơ visco. - Các phản ứng điều chế tơ visco. Bài 5. Thuỷ phân sacarozơ tạo thành 2 monoxacarit; sacarozơ có tính khử không? vì sao? Viết phản ứng của 2 sản phẩm thuỷ phân với anhidrit axetic và phenylhidrazin dư, nhận xét. Gợi ý: Cấu tạo sacarozơ CH2OH HO O O HOH2C OH HO O OH OH CH2OH H2OH - Phản ứng thuỷ phân C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 Glucozơ Fructozơ - Không có tính khử do không còn nhóm CHO. - Phản ứng của glucozơ với anhidrit axetic: CH2OH CH2OAc O O OH Ac2O,Py OAc 0 HO OH t phòng AcO OAc 5 OH α- D-glucopyranozơ t0 (đun) OAc penta-O-axetyl-α-D-glucopyranozit CH2OH O OH CH2OAc O OAc OAc Ac2O, Py OH HO AcO OH OAc β-D-glucopyranozơ penta-O-axetyl-β-D-glucopyranozit - Phản ứng của glucozơ với phenylhidrazin dư: CH=O CH=N-NH-Ph + H2N-NH-Ph -HOH CH2OH D-glucozơ + H2N-NH-Ph CH=N-NH-Ph C=O +H2N-NH-Ph - NH3 ,- C6H5NH2 CH2OH CH2OH CH=N-NH-Ph CH=N-NH-Ph ozazon 1.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Cho biết cấu tạo, cấu hình và cấu dạng của (+)-glucozơ thiên nhiên. Bài 2- Cho biết các tính chất hoá học cơ bản của monosacarit. Bài 3- Thế nào là liên kết glycozit. Bài 4- Cho biết phương pháp hoá học để phân tích mạch đường trong các glycosit, trong các chuỗi polysacarit. Bài 5- Đường có vai trò gì trong đời sống động vật, thực vật? Bài 6- Cho biết các phương pháp nghiên cứu đường trong hoá học các chất thiên nhiên. Bài 7- Một triosơ không có tính khử, nhậy cảm với các enzim có tác dụng hoạt hoá các liên kết α-glycozit. Sau khi metyl hóa hoàn toàn rồi thuỷ phân 6 trong môi trường axit loãng thu được 2,3,4,6- tetra- O-metyl glucozơ; 2,3,6tri-O-metyl-galactozơ và 2,3,4,6- tetra-O-metyl- mannozơ. Bài 8- Quitin là polixaccarit được tạo ra từ các glucozamin đã được axetyl hoá nhóm amin, liên kết glycozit với nhau theo kiểu β-1,4-glycozit. Viết công thức cấu tạo của quitin (có thể dùng công thức Haworth hoặc công thức cấu dạng). 2. AMINOAXIT-PROTEIN-AXIT NUCLEIC 2.1. Bài tập minh họa Bài 1: Trình bày tính chất hoá học của aminoaxit. Gợi ý: Tính chất của aminoaxit: yêu cầu nêu được tính chất của nhóm amin; tính chất của nhóm cacboxyl; tính chất của gốc hiđrocacbon; tính chất chung của cả hai nhóm này. a-Phản ứng tạo este: Aminoaxit tác dụng với CH3OH hay C2H5OH có xúc tác axit HCl sẽ xảy ra sự este hoá trực tiếp nhóm -COOH. R-CH-COOH + C2H5OH [R-CH-COOC2H5]Cl- + H2O + NH2 NH3 NaOH R- CH-COOC2H5 + NaCl + H2O NH2 b-- Phản ứng với axit nitrơ: Các hợp chất có nhóm NH2 tự do khi tác dụng với HNO 2 đều giải phóng nitơ và tạo ra rượu (phản ứng Slyke). Phản ứng này được dùng để xác định nhóm NH2 tự do trong các aminoaxit. R-CH- COOH + HONO R- CH- COOH + N2 + H2O NH2 OH axit lactic c- Phản ứng tạo dẫn xuất N-axyl: Các halogenua axit tác dụng với aminoaxit cho ta dẫn xuất N-axyl. C6H5COCl + H2N-CH2 - COOH d- Phản ứng N-ankyl hóa: 7 C6H5CONH-CH2 – COOH Cho ankylhalogen tác dụng với aminoaxit sẽ cho dẫn xuất N-ankyl. Khi cho 2,4-dinitroflobenzen tác dụng với aminoaxit sẽ thu được dẫn xuất N-aryl của aminoaxit. Phản ứng này được dùng để bảo vệ nhóm amino. C2H5I + H2N-CH2-COOH C2H5-HN-CH2-COOH (NO2)2C6H3F + H2N-CH2-COOH (NO2)2C6H3-HN-CH2-COOH b- Phản ứng tạo ra azalacton: Các α-aminoaxit hay N-axylaminoaxit có thể tác dụng trực tiếp với anhydrit axetic hay clorua axetic cho vòng lacton có sự tham gia đóng vòng của nguyên tử nitơ và gọi là azalacton. Ví dụ: CH3-CH-COOH C=O ↔ CH3- CH (CH3CO)2O CH3-CH NH-CO-R HN O N C=O O CR C HO R e- Phản ứng loại bỏ CO2: Dưới tác dụng của men decacboxylaza hay một số men vi sinh với αaminoaxit sẽ loại được CO2 và tạo ra amin. CO2 ↑ Men →  R-CH - COOH R- CH2 – NH2 + NH2 f- Phản ứng loại cả nhóm amino và nhóm CO2: Dưới tác dụng của men oxi hoá các α-aminoaxit sẽ loại được nhóm NH2 để tạo ra xetoaxit rồi tiếp tục phân huỷ thành andehit và CO2. R-CH - COOH + H2O NH2 Men →  R- CO - COOH + RCHO + NH3 ↑ CO2↑ g- Phản ứng phân huỷ bởi nhiệt: Khi đun nóng α-aminoaxit sẽ tạo ra 2,5- dixetopiperazin CO R-CH-COOH + H2N-CH- R NH2 HOOC t0 R-CH NH + H2O NH CH-R CO 8 Các β-aminoaxit loại NH3 khi đun nóng cho axit cacboxylic chưa no. t H2N-CH2-CH2-COOH → CH2 = CH-COOH + NH3 ↑ Các aminoaxit dưới tác dụng của nhiệt cho vòng lacton. t0 CH2 CH2- CH2- CH2 CH2 CH2 + H2O NH2 COOH NH C=O h- Các phản ứng quay cấu hình: o COOH COOH H2N H NaBr Br H NH3 CH3 SNi CH3 SN2 COOH H NH2 NaBr CH3 SNi COOH H Br CH3 COOH NH3 H2N H SN2 CH3 Bài 2: Axit nucleic là gì, thành phần chính của axit nucleic, viết cấu tạo một mononucleotit để làm thí dụ minh hoạ . Gợi ý: Axit nucleic lµ polinucleotit, ®îc t¹o ra tõ nhiÒu mononucleotit liªn kÕt víi nhau qua liªn kÕt photphodieste. Thµnh phÇn chÝnh cña axit nucleic bao gåm: c¸c baz¬ dÞ vßng nit¬ (nªu ra mét sè thÝ dô); -pentoz¬: riboz¬ hoÆc ®ezoxiriboz¬ vµ axit photphoric. ThÝ dô NH2 N O O O P O- O N P CH2 N N O O- H OH OH Adenozinmonophotphat (AMP) Adenozindiphotphat (ADP) Mçi m¾t xÝch nh vËy gäi lµ mét mononucleotit. H Bài 3. Tại sao các peptit luôn luôn có cấu trúc xoắn? Hãy gọi tên và cho biết phương pháp hóa học để xác định chuỗi peptit sau: Ala- Met- Phe-Glu. Gợi ý: Së dÜ m¹ch peptit cã cÊu tróc xo¾n lµ v× ®«i electron tù do cña nit¬ tham gia vµo hÖ liªn hîp víi C= O v× thÕ liªn kÕt C-N kh«ng thÓ quay tù do trong khi 9 tÊt c¶ c¸c liªn kÕt ®¬n kh¸c cã thÓ quay tù do ®îc v× vËy t¹o nªn cÊu tróc xo¾n ë cÊu tróc bËc I. - Gäi tªn c¸c axit amin ®Çu vµ gi÷a m¹ch b»ng tªn gèc (-yl) axit amin cuèi cïng gäi tªn cña axit amin. - §Ó ph©n tÝch peptÝt ph¶i x¸c ®Þnh ®îc axit amin “®Çu N”b»ng ph¶n øng víi 3,4-®initroflobenzen sau ®ã thñy ph©n hoµn toµn vµ s¾c kÝ ®Ó nhËn ra axit amin ®Çu Ala (viÕt ®Çy ®ñ ph¶n øng...) - X¸c ®Þnh aminoaxit “®u«i C” Glu. b»ng ph¬ng ph¸p thñy ph©n b»ng enzim cacboxipeptiddaza viÕt ph¶n øng. - Thñy ph©n hßan toµn ®Ó x¸c ®Þnh ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh lîng tØ lÖ c¸c axit amin (viÕt ph¶n øng thñy ph©n b»ng HCl 6N). - Thñy ph©n kh«ng hoµn toµn b»ng c¸c enzim hoÆc b»ng axit sau ®ã lËp luËn logic ®Ó x©y dùng cÊu tróc bËc 1. 2.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Cho biết các phương pháp nghiên cứu aminoaxit, các phương pháp nghiên cứu peptit và proteit. Bài 2 - Các tính chất hoá học và vật lý của proteit. Bài 3 - Các tính chất quang hoá của các aminoaxit, peptit và proteit. Bài 4 - Cho biết các phương pháp hoá học và hoá lý để nghiên cứu cấu trúc của các đoạn mạch peptit. Bài 5 - Men là gì? thành phần hoá học của men. Bài 6 -Cho biết các phương pháp tổng hợp peptit, lấy một số thú dụ để minh hoạ. Bài 7 - Từ các aminoaxit sau có thể tổng hợp được bao nhiêu chuỗi tripeptit: alanin, phenylalanin, glyxin. Gọi tên các peptit vừa tạo thành. Bài 8 - Một chuỗi peptit có cấu trúc như sau: Ala-Gly-Met -Val. Hãy đề xuất một cách xác định cấu trúc cho chuỗi trên. Bài 9 - Nucleotit là gì? Cấu tạo của nucleotit. Bài 10- Hãy viết một vài thí dụ về cấu tạo của nucleotit và chỉ rõ từng thành phần tham gia vào cấu tạo ấy. 10 3. TECPENOIT 3.1. Bài tập minh họa Bài 1: Terpen là gì? Căn cứ vào đâu để phân ra các nhóm terpen lấy các ví dụ để minh hoạ đối với mỗi nhóm. Cho biết cách tách các secquyterpen lacton có trong cây thanh hoa hoa vàng. Gợi ý: Định nghĩa tecpen là nhóm các chất hữu cơ thiên nhiên có cấu trúc mạch cacbon bao gồm nhiều izo-pren. (izô- C5H8)n. - Dựa vào số mắt xích izopren người ta phân ra thành monotecpen (n=2); serquytecpen (n=5); đitecpen (n=4); tritecpen (n=6) ..... - Dựa vào câu trúc của mạch người ta chia ra thành các phân nhóm như nhóm mạch hở, mạch vòng, mạch vòng lacton v.v... Ví dụ: * Monotecpen Myrcen (trong dÇu nguyÖt quÕ) Ocimen (trong c©y basilin) CH3 OH OH CÊu d¹ng bÒn lµ (1R,3R,4S)-(-)- menthol Menthol t0nc : 43 0C ; t0s : 216 0C * Secquytecpen Phanesol Nerolidol Bicacbolen α-Catinen - Dựa vào các nhóm chức người ta chia ra thành các dẫn xuất khác nhau: ancol, xeton, anđehit... 11 Để tách serquytecpen có 3 cách: +) Tách bằng cách ngâm với dung dịch kiềm nóng và tách bằng nước. Thực chất là chuyển serquytecpen sang dạng muối hòa tan vào nước rồi tách ra; loại các chất kém phân cực bằng cách chiết với CHCl 3; axit hóa để tạo lại các tự do; chiết serquytecpen bằng CHCl3; làm khô và phân lập bằng các phương pháp sắc kí hấp phụ. +) Tách bằng cách ngâm nguyên liệu với ete dầu hỏa để loại các chất màu; tiếp tục chiết bằng CHCl3 cô cạn; hòa tan bằng CH3OH kết tủa chất bẩn bằng PbAc2; bỏ kết tủa, dung dịch rượu cô bớt thêm nước và chiết bằng CHCl 3; làm khô rồi phân chia như trên. +) Chiết trực tiếp bằng EtOH sau đó loại các chất bẩn đi theo các phương pháp như ở cách 2. Bài 2: Các phương pháp nhận biết. Cho biết tritecpen có những bộ khung cacbon cơ bản nào, lấy thí dụ minh họa ? Gợi ý: Nhận biết serquytecpen thông thường nhất là bằng các phương pháp sắc kí và so sánh với các chất có sãn trong tiêu bản.. Phát hiện nhờ phương pháp phát huỳnh quang dưới ánh sáng tử ngoại. Phát hiện bằng tạo màu với KI3. Dựa vào vòng lacton để nhận biết nhờ các phản ứng mở vòng và đóng vòng và độ tan của các dạng này trong nước. Trên cơ sở cấu trúc của mạch cacbon tritecpen có thể được chia thành các nhóm mạch không vòng: thí dụ cavơlen có trong lúa mì. Mạch 4 vòng ngưng tụ: Lanosterol có trong mỡ cừu. Mạch 5 vòng 6 cạnh (loại Usan) như axit oleanic hay axit astatic. Mạch 5 vòng ngưng tụ nhóm Lupan và Hopan như: Lupeol và hiđôxihpanon đều có trong nhựa cây Damar. 3.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Tecpen là gì? Căn cứ vào đâu để phân loại tecpen ? 12 Bài 2- Monotecpen là gì, có thể chia monotecpen theo nguyên tắc nào? cho một số thí dụ để minh hoạ. Bài 3- Tại sao các tecpen mạch vòng, đặc biệt mạch đa vòng có chứa nhiều cacbon bất đối xứng nhưng số đồng phân quang học người ta thu được lại ít hơn so với công thức 2n. Bài 4- Các phương pháp tách tecpen và tinh dầu ra khỏi thực vật. Bài 5- Các cách (vật lý và hoá học) để xác định sự có mặt của các monotecpen, tinh dầu, secquitecpen lácton, triterpen glycozit, polytecpen. Bài 6- Vai trò của terpen trong đời sống. Bài 7- Các phương pháp tách tecpen ra khỏi thực vật, người ta thường dùng các cách nào để tinh chế chúng thành các chất tinh khiết. Bài 8- Người ta thường dùng các phương pháp vật lý và hoá học nào để xác định cấu trúc hoá học của các tecpen Bài 9- Camphor là một monotecpen, cho biết nó có thể có bao nhiêu đồng phân lập thể? Đồng phân nào là bền vững hơn cả. Bài 10- Các phương pháp tách secquytepen và secquytecpen lacton. 4. STEROIT 4.1. Bài tập minh họa Bài 1: Cho biết các cơ sở để phân loại các steroit? Steroit có thể được phân thành những nào, cho thí dụ để minh hoạ? Gợi ý: Dựa vào nguồn gốc của các steroit để phân loại chúng. Như vậy có một số loại sau: 1- Sterin (fitosteroit) CH3 H3C CH3 HO CH3 HO cholesterol sitosterol 2- Axit mật. ThÝ dô, trong mËt ngêi cã chøa 3 axit mËt chñ yÕu sau: R COOH axit cholic : axit dezoxicholic : 13 R=R/ =OH R=OH; R/ =H axit androdezoxicholic:R=H ; R/ =OH axit litocholic : R=R/ =H HO R/ 3- Các hoocmôn steroit O H3C 3α,7α,12α,5β-cholanic OH H H3 C HO H H H andosterron (3α-oxi-5α-andostan-17-on) t0nc =1830C ) O H H testosteron (17β-oxiandrosten-4-on-3) t0nc =1830C ) 4- Các steroit có tác dụng đến tim Digitoxygenin ®îc t¹o ra tõ purpureaglycozit cã cÊu t¹o nh sau : CH3 CH3 H3C H3C C D H OH HO A B OH H digitoxigenin HO H Câu 2: Cho biết các phản ứng để xác định định tính steroit. Gợi ý: Các phản ứng nhận biết steroit (được 5 trong số các phản ứng sau): a/ Phản ứng Liberman- Bơcsa: DDNC + vài giọt HAc + vài giọt Ac2O : H2SO4 đ (20:1) cho màu từ hồng sang xanh có thể đến chàm (ở đây có 2 cách có thể viết cả 2 hoặc 1 trong 2). b/- Phản ứng Rosenhein. DDNC + dd- Cl3C-COOH 90% sẽ cho màu tím sau đó chuyển đến màu xanh. c/- Phản ứng Tortell- Jeffe. DDNC +HAc +CHCl3 + Br2 cho màu lục giữa hai lớp chất lỏng. d/- Phản ứng Carr – Price. DDNC + vài giọt dd. SbCl 3 50% trong CHCl3 nếu là glycozit steroit sẽ cho màu hồng. 14 đ/- Phản ứng Rosenthaler. DDNC + vài giọt dd. vanilin 1% trong EtOH + 1giọt HCl sẽ cho màu từ lục đến tím. e/- Phản ứng Baljet. DDNC + vài giọt thuốc thử cho màu vàng da cam đến hồng. g/- Phản ứng Kelle. DDNC + 1 ml thuốc thử cho màu từ hồng đến tím và mất màu sau 2 giờ. h/- Phản ứng tạo bọt bền hơn trong môi trường kiềm (pH=13) 4.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Stroit là gì, nó có các đặc điểm chung nào, bộ khung cơ bản của nó có đặc điểm gì. Bài 2- Các phương pháp hoá học để nhận biết steroit, phương pháp sơ bộ để tách, phân lập và nhận dạng steroit. Bài 3- Các steroit có thể được phân thành các loại nào? Cơ sở của sự phân loại này? Bài 4- Cho biết đặc điểm chung về cấu trúc của các sterol? Cho các thí dụ đặc trưng cho từng loại chất thuộc nhóm sterol. Bài 5- Trong mật động vật các axit mật có bộ khung cacbon như thế nào, sự khác nhau chủ yếu của các axit mật ở đặc điểm nào về cấu tạo? Bài 6- Căn cứ vào đâu để phân loại các hocmon steroit, có thể phân tành các loại hocmon steroit nào? Cho biết cá cấu trúc đặc trưng của các hocmon steroit ấy. Bài 7- Hocmon sinh dục nam khác hocmon sinh dục nữ về các đặc điểm gì ở cấu trúc hoá học. Bài 8- Phân biệt các axit mật với các sterol, các hocmon sinh dục, các glycosit tim. Bài 9- Cho biết một số cấu trúc đặc trưng của hocmon tuyến thượng thận, Vai trò của hocmon tuyến thận đối với thực tế. Bài 10- Các steroit có hoạt tính với tim có đặc điểm chung nào về cấu trúc hoá học. Từ hạt đay quả dài người ta biết có glycozit tim thuộc nhóm cacdennolit cho biết cách tách, phân lập và nhận dạng cấu trúc của các chất này. 15 5. ANCALOIT 5.1. Bài tập minh họa Bài 1: Ancanloit là gì? Cho biết các phản ứng hoá học để nhận biết và tách ancanloit có trong thực vật? Gợi ý: Ancaloit là nhóm các hợp chất thiên nhiên có tính bazơ yếu, đại đa số có dị vòng nitơ, nhiều chất có hoạt tính sinh học cao. Các phản ứng nhận biết ancaloit trong thực vật có một số phản ứng sau: a/ Phản ứng Wagner: DDNC (dung dịch nghiên cứu) + KI 3 cho kết tủa là có phản ứng dương tính. b/ Phản ứng Mayer DDNC+ K2HgI4 cho kết tủa vàng nhạt c/ Phản ứng Dragendooc: DDNC + KBiI4 cho kết tủa đỏ d/ Phản ứng Sheiblen: DDNC + axit photphovoframic cho kết tủa trắng e/ Với dung dịch axit picric 1% trong nước cho kết tủa vàng (trừ cafein nicotin. mocfin....) g/ Với axit sunfuric đặc cho màu đỏ tím hoặc đỏ. h/ Với axit nitric cho màu vàng đến đỏ. Để tách các ancaloit có trong hạt cây mã tiền có thể dùng 1 trong các phương pháp sau: a/ Tách bằng cách ngâm với dung dịch axit yếu và tách bằng nước. Thực chất là chuyển các ancaloit sang dạng muối hòa tan vào nước rồi tách ra; loại các chất kém phân cực bằng cách chiết với CHCl3; kiềm hóa để tạo lại các ancaloit tự do; chiết ancaloit bằng CHCl3; làm khô và phân lập bằng các phương pháp sắc kí hấp phụ. b/ Tách bằng cách ngâm nguyên liệu với kiềm yếu để chuyển hết chúng về dạng tự do sau đó chiết bằng dung môi ít phân cực: Nguyên liệu tẩm dung dịch kiềm yếu, chiết bằng CHCl3, axit hóa để loại chất mầu, chất bẩn, kiềm hóa để đưa các ancaloit về dạng tự do, chiết bằng CHCl 3; làm khô rồi phân chia như trên. c/ Chiết trực tiếp bằng EtOH sau đó loại các chất bẩn đi theo các phương pháp như ở mục a- và b-. 16 Bài 2: Strichnin là một ancaloit tách được từ hạt cây mã tiền có cấu tạo như sau: 10 11 1 N 13 14 2 16 3 17 4 15 N 5 O 12 H H H 6 20 18 19 H 9 21 8 H O 7 Cho biết chất strichnin ở trên có bao nhiêu trung tâm bất đối xứng; có thể có tối đa bao nhiêu đồng phân quang học; có các nhóm chức nào; khi tác dụng với NaOH thì sẽ phản ứng tại vị trí nào, khi tác dụng với 1 mol HCl sẽ phản ứng ở vị trí nào Gợi ý : Stricnin là ancaloit với công thức như đầu bài thì sẽ có 6 trung tâm bất đối xứng vì vậy có thể có được 27 số đồng phân quang học. Các nhóm chức có trong công thức là amin bậc 3; ete vòng; nhóm cacbonyl; amit thế; vòng thơm. Khi tác dụng với NaOH sẽ không có vị trí nào tham gia, khi dùng kiềm đặc và đun nóng có thể bị vỡ vòng Khi tác dụng với 1 mol HCl thì sẽ phản ứng ở amin bậc 3. 5.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Ancaloit là gì ? Ancaloit có ở đâu trong thế giới tự nhiên? Bài 2- Trong thực vật ancaloit được phân bố ở bộ phận nào của cây, cho ví dụ cụ thể. Bài 3- Tính chất vật lý của ancaloit. Bài 4- Lợi dụng tính chất hoá học nào của ancaloit để tách chúng ra khỏi thực vật? Bài 5- Cho biết các phương pháp tách ancaloit ra khỏi thực vật. Bài 6- Cấu trúc của ancaloit nói chung là rất phức tạp nhưng nó có đặc điểm chung nào? trong một thực vật, một chi thực vật và một họ thực vật nó có đặc điểm chung nào. Bài 7- Các ancaloit có trong củ bình vôi được dùng để làm thuốc an thần, hãy đề xuất một phương án tách, phân lập các ancaloit từ củ bình vôi. Bài 8- Phân loại các nhóm acaloit theo nguyên tắc nào? cho biết các loại ancaloit chủ yếu mà ta đã biết rõ. 17 6. FLAVONOIT 6.1. Bài tập minh họa Bài 1: Flavonoit là gì? Căn cứ vaò đâu để phân flavonoit thành các nhóm, cho một ví dụ minh họa đối với mỗi nhóm chất. Gợi ý: Flavonoit là các chất có công thức của bộ khung cacbon bao gồm 2 vòng benzen liên kết với nhau qua đoạn mạch có 3 nguyên tử cacbon kí hiệu là C6-C3-C6. các polyphenol không đòi hỏi điều kiện này Căn cứ vào mức độ oxi hóa của đoạn mạch propan có thể chia các flavonoit thành các nhóm khác nhau: Flavan R HO * * HO OH OR/ OH R=R/=H : catechin R=H, R/=-CO-C6H2(OH)3 : catechingallat R=OH, R/=H : gallocatechin / R=OH, R = galloyl : gallocatechingallat Flavanon OH HO O O OH O O (-)-Hesperitin Flavannol OH HO OH OR/ R// HO Neoastilbin khi R/ =H và cấu hình 2S, 3S. Astilbin khi R/ =H và cấu hình 2R, 3R Izoastilbin khi R/ =H và cấu hình 2R, 3S. Neoizoastilbin khi R/ =H và cấu hình 2S, 3R. 18 OMe Antoxianidin (antoxian): Cã ba chÊt chñ yÕu thuéc nhãm antoxianidin. + Pelacgonidin (3,4,7,4 / - tetroxiflavyl) cã mµu da cam ®á. HO OH + OH OH + Xyanidin (3,5,7,3 /, 4/ - pentaoxif lavyl) cã mµu ®á son. OH HO OH + OH OH + Delfinidin (3,5,7,3 /, 4 / , 5 / - hexaoxif lavyl cã mµu xanh. OH HO OH + OH OH OH Bài 2: Cho biết một số phản ứng để phát hiện flavonoit và các cách có thể dùng để tách các flavonoit ra khỏi thực vât. Gợi ý: * Một số phản ứng màu để nhận biết flavonoit là: a- Phản ứng Merini-Bettolo: Các flavon cho kết tủa màu vàng cam khi tác dụng với SbCl 5 1% trong CCl4. Còn chalcon cho kết tủa màu đỏ hoặc màu tím với thuốc thử trên. b- Phản ứng với amoniac: Nhiều flavonoit thay đổi màu khi gặp hơi amoniac, có thể quan sát sự biến màu này bằng mắt thường hoặc dưới ánh sáng của đèn tử ngoại. Bảng. Màu sắc của một số flavonoit dưới ánh sáng tử ngoại , có và không có NH3 ( Dùng cho sắc ký giấy và bản mỏng ). 19 Màu sắc của flavonoit UV UV + NH3 vàng, vàng lục Nâu tím hoặc nâu Dạng flavonoit • Thường các flavon 5-OH và 4 /-OH, hoặc flavon 5-OH và 4 /-OH có nhóm thế ở C3. • flavon 5-OH , chancon 4 /-OH không có OH ở vòng B. không đổi màu hay • flavon hoặc flavonol có 5-OH nhưng đổi màu rất ít. không có OH ở 4 / hoặc ở đó đã bị thế. • isoflavon, dihidroflavonol và một số flavanol 5-OH. • chancon 2/ hoặc 6 / -OH nhưng khôngcó OH ở 2 và 4. xanh nhạt , đỏ • một số flavanon 5-OH, chalcol 2 / -OH. hoặc vàng cam. Phát quang - phát quang vàng • flavon hoặc flavonon không có 5-OH. xanh da trời lục hay xanh lục • flavonol không có 5-OH nhưng có nhóm thế ở C3 . - không màu hoặc • isoflavon không có 5-OH. đổi màu ít - phát quang xanh • isoflavon thiếu 5-OH nhạt sáng Không màu phát quang xanh • isoflavon thiếu 5-OH nhạt Phát quang không hoặc đổi • flavonol có 3-OH không có 5-OH vàng hay màu rất ít vàng da cam Phát quang - vàng da cam • auron có 4 /-OH. vàng, vàng hoặc đỏ • chalcol có 2-OH hoặc 4 -OH. lục hay xanh - không màu hoặc • auron không có 4 /-OH và flavanon nhạt đổi màu ít không có 5-OH. • flavonol có 3 - OH có hoặc không có 5-OH. Vàng nhạt vàng sáng, nâu tím • dihidroflavonol không có 5-OH. c- Phản ứng màu xianidin của Wistatter: Phản ứng do sự có mặt của γ-benzopyren trong đa số flavonoit. Phản ứng đặc trưng nhất để nhận biết là phản ứng tạo màu nhờ phản ứng khử bằng hidro 20 phát sinh (do Mg tác dụng với HCl đặc). Các flavon cho màu vàng da cam đến đỏ khi tham gia phản ứng này, còn các flavonol và flavanol cho màu đỏ thẫm sau ít phút. Chacol và auron cho màu đỏ ngay lập tức còn leucoantoxianidin cho màu đỏ tím, còn các flavan không cho phản ứng này. d- Phản ứng với thuốc thử Asahina: Trong dung dịch cồn, flavonoit, thêm một ít hỗn hống natri, sau vài giờ thêm 1-2 giọt axit nếu có màu đỏ là có flavon, flavonol hoặc flavanol. e- Phản ứng với FeCl3 1% trong nước, tất cả các hợp chất có gốc phenol đều cho phản ứng tạo ra màu xanh hoặc màu lục (phản ứng này không đặc trưng cho flavonoit). f- Phản ứng với axit boric trong anhidrit axetic: Các hợp chất flavon có nhóm 5-OH cho phản ứng tạo màu da cam hay đỏ. Nếu dùng axit boric và axit xitric hoà trong axeton sẽ cho màu vàng với huỳnh quang lục. g- Phản ứng khử muối bạc: Các flavonoit có hai nhóm OH ở vị trí para hoặc ortho khử được dung dịch AgNO3 10% trong nước. h- Với H2SO4: Các flavonoit cho màu khác nhau với axit sunfuric đặc. Các flavon và flavonol cho màu vàng tươi, flavanon cho màu vàng cam, chalcon, auron cho màu đỏ hoặc tím. i- Trong môi trường kiềm mạnh : Các flavon và flavonol cho màu vàng, chalcon cho màu tím, antoxyan cho màu xanh. k- Với dung dịch vanilin 1 % trong HCl đặc : Tất cả các catechin cho màu đỏ với thuốc thử trên, nhiều hợp chất phenol cho màu đỏ thẫm với thuốc thử này. * Cách tách flavonoit: Các chất phenol có thể dùng dung môi không phân cực Các glycozit dùng rượu, rượu nước để tách 21 Để phân chia dùng sắc kí 6.2. Bài tập tự luyện Bài 1- Thế nào là các flavonoit? Phân biệt flavonoit với các hợp chất thiên nhiên có chứa nhân phenol. Bài 2- Người ta phân loại flavonoit dựa trên các nguyên tắc nào. Bài 3- Cho biết các tính chất vật lý của flavonoit. Bài 4- Các phản ứng định tính để xác định flavonoit trong thiên nhiên. Bài 5- Vai trò của flavonoit trong đời sống. Bài 6- Cho biết các đặc điểm về cấu trúc của 10 nhóm flavonoit thông thường. Bài 7- Cho biết các phương pháp tách các flavonoit từ thực vật, cách phân lập chúng. Bài 8- Trong hoa hòe có chứa một lượng lớn glycozit flavonoit, các chất này có tác dụng tốt đối với những người cao áp huyết. Hãy tìm cách tách chúng ra khỏi hoa hoè và phân lập chúng thành chất tinh khiết. Bài 9- Trong chè xanh có nhiều cafein, catechin, tanin và các chất flavonoit khác, cho một phương án để tách các chất trên ra khỏi búp chè . Bài 10- Từ lá của một loài thực vật đã tách được một glycosit flavonoit tinh khiết. Sau khi metyl hoá hoàn toàn rồi mới thủy phân để phá vỡ các liên kết glycozit người ta thu được hỗn hợp 5 sản phẩm metyl hoá có tỷ lệ bằng nhau về số mol như sau: 2,3,5-trimel arabinozơ; 2,3,4,6-tetrametyl glucosơ; 2,3,4,6tetrametyl galactozơ; 2,3-dimetyl glucozơ và 7,3/,4/-trimetoxi-3,5-đihdroxyl flavanon. Hãy viết công thức các công thức cấu tạo của glycozit flavonoit trên. 22 C. KẾT LUẬN 1. Chuyên đề “Phân loại và hệ thống hóa một số bài tập phần Hợp chất thiên nhiên” đã giúp các em học sinh nhớ và hiểu phần lý thuyết qua các tính chất hóa học, cũng như nhận diện các dạng bài tập tốt hơn, từ đó vận dụng linh hoạt khi giải quyết các bài tập. 2. Chuyên đề được chia theo bố cục các loại chất: - Cacbohiđrat - Aminoaxit-protein-axit nucleic - Tecpenoit - Steroit - Ancaloit - Flavonoit Trong mỗi loại chất đó đều được trình bày theo thứ tự: - Bài tập minh họa - Bài tập tự luyện. 3. Trong quá trình thực hiện chuyên đề ôn thi học sinh giỏi các cấp, chúng tôi nhận thấy đã giúp cho phần lớn các em học sinh nắm kiến thức tốt hơn, biết làm các bài tập phần hợp chất thiên nhiên. 23 KIẾN NGHỊ-ĐỀ XUẤT Với những chuyên đề hay, nên chuyển cho giáo viên các trường cùng tham gia được tham khảo và vận dụng, để tay nghề và vốn kiến thức của giáo viên ngày càng được nâng lên. Chuyên đề này dùng làm tài liệu tham khảo cho các giáo viên dạy hóa vừa là tài liệu ôn tập học sinh giỏi cho các em học sinh. Mặc dù đã cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của ban tổ chức, của các đồng nghiệp để chuyên đề được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! 24 tµi liÖu tham kh¶o 12345- Ph¹m V¨n ThØnh, Høa V¨n Thao. Ho¸ häc c¸c hîp chÊt thªn nhiªn. Tµi liÖu dïng cho sinh viªn khoa Ho¸ §¹i häc Th¸i Nguyªn.2000 §ç §×nh R·ng., NguyÔn H÷u §Ünh vµ c¸c céng sù. Ho¸ h÷u c¬ TËp 1, 3 NXBGD – Hµ Néi 2003; 2005. Phan Tèng S¬n, Bµi gi¶ng Ho¸ häc c¸c hîp chÊt thiªn nhiªn §¹i häc Quèc gia Hµ Néi. Hµ Néi 2004 Ph¹m ThÞ Tr©n Ch©u, TrÇn ThÞ ¸ng .Ho¸ sinh häc NXB GD .Hµ Néi 1992 Bµi gi¶ng Dîc liÖu. Trêng §¹i häc Dîc Hµ Néi. Hµ Néi 1998. 25 [...]... Văn Thỉnh, Hứa Văn Thao Hoá học các hợp chất thên nhiên Tài liệu dùng cho sinh viên khoa Hoá Đại học Thái Nguyên.2000 Đỗ Đình Rãng., Nguyễn Hữu Đĩnh và các cộng sự Hoá hữu cơ Tập 1, 3 NXBGD Hà Nội 2003; 2005 Phan Tống Sơn, Bài giảng Hoá học các hợp chất thiên nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội Hà Nội 2004 Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị áng Hoá sinh học NXB GD Hà Nội 1992 Bài giảng Dợc liệu Trờng Đại học Dợc... gia vào hệ liên hợp với C= O vì thế liên kết C-N không thể quay tự do trong khi 9 tất cả các liên kết đơn khác có thể quay tự do đợc vì vậy tạo nên cấu trúc xoắn ở cấu trúc bậc I - Gọi tên các axit amin đầu và giữa mạch bằng tên gốc (-yl) axit amin cuối cùng gọi tên của axit amin - Để phân tích peptít phải xác định đợc axit amin đầu Nbằng phản ứng với 3,4-đinitroflobenzen sau đó thủy phân hoàn toàn và. .. và sắc kí để nhận ra axit amin đầu Ala (viết đầy đủ phản ứng ) - Xác định aminoaxit đuôi C Glu bằng phơng pháp thủy phân bằng enzim cacboxipeptiddaza viết phản ứng - Thủy phân hòan toàn để xác định định tính và định lợng tỉ lệ các axit amin (viết phản ứng thủy phân bằng HCl 6N) - Thủy phân không hoàn toàn bằng các enzim hoặc bằng axit sau đó lập luận logic để xây dựng cấu trúc bậc 1 2.2 Bi tp t luyn... nhiều mononucleotit liên kết với nhau qua liên kết photphodieste Thành phần chính của axit nucleic bao gồm: các bazơ dị vòng nitơ (nêu ra một số thí dụ); -pentozơ: ribozơ hoặc đezoxiribozơ và axit photphoric Thí dụ NH2 N O O O P O- O N P CH2 N N O O- H OH OH Adenozinmonophotphat (AMP) Adenozindiphotphat (ADP) Mỗi mắt xích nh vậy gọi là một mononucleotit H Bi 3 Ti sao cỏc peptit luụn luụn cú cu trỳc xon?... R// HO Neoastilbin khi R/ =H v cu hỡnh 2S, 3S Astilbin khi R/ =H v cu hỡnh 2R, 3R Izoastilbin khi R/ =H v cu hỡnh 2R, 3S Neoizoastilbin khi R/ =H v cu hỡnh 2S, 3R 18 OMe Antoxianidin (antoxian): Có ba chất chủ yếu thuộc nhóm antoxianidin + Pelacgonidin (3,4,7,4 / - tetroxiflavyl) có màu da cam đỏ HO OH + OH OH + Xyanidin (3,5,7,3 /, 4/ - pentaoxif lavyl) có màu đỏ son OH HO OH + OH OH + Delfinidin (3,5,7,3 ... Thao Hoá học hợp chất thên nhiên Tài liệu dùng cho sinh viên khoa Hoá Đại học Thái Nguyên.2000 Đỗ Đình Rãng., Nguyễn Hữu Đĩnh cộng Hoá hữu Tập 1, NXBGD Hà Nội 2003; 2005 Phan Tống Sơn, Bài giảng... 2005 Phan Tống Sơn, Bài giảng Hoá học hợp chất thiên nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội Hà Nội 2004 Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Hoá sinh học NXB GD Hà Nội 1992 Bài giảng Dợc liệu Trờng Đại học Dợc... Glu phơng pháp thủy phân enzim cacboxipeptiddaza viết phản ứng - Thủy phân hòan toàn để xác định định tính định lợng tỉ lệ axit amin (viết phản ứng thủy phân HCl 6N) - Thủy phân không hoàn toàn