›
›

Bài giảng Chuyên đề Hóa hữu cơ - Chuyên đề 4: Hợp chất thiên nhiên - Nguyễn Thị Hiển

ppt 43 trang cucquyet12 4220
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Chuyên đề Hóa hữu cơ - Chuyên đề 4: Hợp chất thiên nhiên - Nguyễn Thị Hiển", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_chuyen_de_hoa_huu_co_chuyen_de_4_hop_chat_thien_nh.ppt

Nội dung text: Bài giảng Chuyên đề Hóa hữu cơ - Chuyên đề 4: Hợp chất thiên nhiên - Nguyễn Thị Hiển

  1. BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ Dành cho các lớp học hè Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển Bộ môn : Hóa Học – Khoa Môi Trường
  2. Chuyên đề 5 : HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN A. Gluxit (cacbohydrat) -Khái niệm hợp chất gluxit. -Nguồn gốc của gluxit -Vai trò của gluxit I. Monosaccarit * Ví dụ: Glucozơ là 1 andohexozơ HOCH2(CHOH)4CHO - Phân tử có 6 nguyên tử Cacbon -Có 1 nhóm chức CHO và 5 nhóm OH -Có 4 nguyên tử Cacbon bất đối là C2, C3, C4, và C5 - Có 16 đồng phân quang học.
  3. 16 đồng phân quang học của glucozơ CHO CHO CHO CHO H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D (+) aloz¬ L (-) aloz¬ D (+) altroz¬ L (-) altroz¬ CHO CHO CHO CHO HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D (+) manoz¬ L (-) manoz¬ D (+) taloz¬ L (-) taloz¬
  4. 16 đồng phân quang học của glucozơ CHO CHO CHO CHO H C OH HO C H H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D (+) glucoz¬ L (-) glucoz¬ D (+) huloz¬ L (-) huloz¬ CHO CHO CHO CHO H C OH HO C H HO C H H C OH HO C H H C OH H C OH HO C H HO C H H C OH HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D (+) galactoz¬ L (-) galactoz¬ D (+) I®oz¬ L (-) I®oz¬
  5. 1. Nghiên cứu cấu dạng của glucozơ CHO H OH HO H Có 1 nhóm CHO H OH Có 5 nhóm OH H OH Dự đoán: Glucozơ có tính chất của andehit và poliancol CH2OH Thực tế: + Glucozơ không phản ứng màu với thuốc thử Shiff, + Glucozơ thể hiện một số tính chất của nhóm andehit, + không phản ứng với NaHSO3 + Phản ứng với CH3I tạo hợp chất + thể hiện tính chất của có 5 nhóm ete poliancol + Phản ứng với CH3OH/HCl thì được hợp chất có 1 nhóm ete Thực tế, trong dung dịch 99,5% glucozơ ở dạng vòng, 0,5 % là ở dạng mạch hở.
  6. CH2OH H O H Nhóm OH H sơmiaxetal OH H OH OH H OH CHO -glucopiranozơ H OH Nhóm OH HO H sơmiaxetal CH2OH H OH H O OH H OH H OH H CH OH 2 OH H H OH -glucopiranozơ 0,5% dạng mạch hở 99,5% ở dạng vòng
  7. Các cấu dạng của Glucozo HO H CH OH C CHO H C OH 2 CH2OH H O OH H C OH H C OH H C OH H O H H H OH H HO C H HO C H HO C H O OH H H O OH OH OH H C OH H C OH H C OH H OH H OH H C H C OH H C CH2OH CH2OH CH2OH  -D (+) glucopyranoz¬ D (+) glucoz¬ -D (+) glucopyranoz¬ (Tnc: 1500C, [ ]=+190) (Tnc: 1460C, [ ]=+10906) CH2OH CH2OH CH2OH HO C C O C OH CH2OH OH CH OH CH OH O 2 O 2 H OH HO C H HO C H HO C H H OH H H C OHO H C OH H C OHO CH2OH H OH H OH H C H C OH H C OH H CH2OH CH2OH CH2OH -D (-) fructofuranoz¬ D (-) fructoz¬ -D (-) fructofuranoz¬
  8. 2. Tính chất của monosaccarit a. Tính chất vật lí: monosaccarit là những chất rắn kết tinh, có vị ngọt và là chất quang hoạt b. Tính chất hóa học: + Các phản ứng của nhóm C=O:
  9. Các phản ứng của nhóm C=O: +Phản ứng của andozo với chất oxi hóa: + [Ag(NH3)2]OH Hoặc + TT Feling Hoặc + Br2 + H2O + KMnO4 + H2SO4 Hoặc + HNO3 CHO O O CHO C H OH H H OH H OH HO H + HOCH2CH2OH +HNO HO H 3 HO H H OH H OH H OH H OH H OH H OH CH2OH CH2OH COOH
  10. Các phản ứng của nhóm C=O: - fructoz¬ HO glucoz¬ xetozo andozo +Phản ứng của xetozo với chất oxi hóa: + Fructozo (và các xetozo) phản ứng với TT Tolen, TT Feling giống glucozo vì các phản ứng đó có môi trường kiềm. + Fructozo (và các xetozo) không phản ứng với Br2 vì nước brom là môi trường axit.
  11. Các phản ứng của nhóm C=O: +Phản ứng cộng hợp ái nhân giống của andehit-xeton: C =N -NH -Ph CHO C =N -NH -C6H5 CH =N -NH -C6H5 H C OH H C OH C=O C = N -NH -C6H5 +PhNHNH HO C H + PhNHNH2 HO C H 2 HO C H +PhNHNH HO C H H C OH 2 H C OH -H2O -(PhNH +NH ) H C OH H C OH H C OH 2 3 -H2O H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH phenyl hi®razon ozazon CN CHO CH OH H C OH H C OH HO C H + HCN HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH +Monosaccarit không phản ứng với NaHSO3 vì trong môi trường dung dịch NaHSO3 các đường chỉ tồn tại dạng mạch vòng không có nhóm chức C=O nữa.
  12. + Các phản ứng của các nhóm OH: - Nhóm OH sơmiaxetal phản ứng với ancol khi có mặt HCl tạo ete CH OH CH2OH 2 H O H H O H H HCl H + H O H +CH3OH OH H 2 OH t0 OH OH OH OCH3 H OH H OH -D (+) glucopyranoz¬ -D (+) metyl glucopyranozit - Khi phản ứng với CH3I có mặt Ag2O tạo ra hợp chất pentaete CH OCH CH2OH 2 3 H O H H O H Ag2O H H + CH I 0 + 5hi OH H 5 3 t OCH3 H OH OH CH3O OCH3 H OH H OCH3 -D (+) glucopyranoz¬ -D (+) pentametyl glucopyranozit
  13. + Các phản ứng của các nhóm OH: - Phản ứng với axit cacboxylic tạo hợp chất pentaeste CH OCOCH CH2OH 2 3 H O H H O H H H2SO4 H + 5CH3COOH + 5h2O OH H 0 OAc H OH OH t CH3COO OCOCH3 H OH H OCOCH3 -D (+) glucopyranoz¬ -D (+) pentaxetyl glucopyranozit - Phản ứng tạo phức màu xanh đậm với Cu2+ trong môi trường kiềm 2- CHO CHO H OH H OH HO H HO H + Cu(OH)2 CH2OH H OH - + 2OH H O O H + Cu 2H O H OH H O O H 2 CH2OH CH2OH H OH HO H CHO
  14. + Các phản ứng của các nhóm OH: - Các nhóm OH ngưng rụ với nhau tạo ra các hợp chất glucozit khác: CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH O H H O H O H O H H H H H H + H H +H O OH H OH H OH H OH H 2 OH O - H OH OH OH O OH H OH H OH H OH H OH Glucozơ Mantozơ - Đây là phản ứng quan trọng của các quá trình hình thành các hợp chất disaccarit, oligosaccarit và polisaccarit
  15. II. Disaccarit II.1 Saccarozơ a. Cấu tạo của saccarozơ: C12H22O11 6 6 CH2OH 5 O CH2OH H O H 2 5 4 H 1 O OH H OH H 3 1 H OH 3 2 4 HOCH2 H OH H OH Không có nhóm OH sơmiaxetal b. Tính chất vật lí: saccarozơ là chất rắn kết tinh, có vị ngọt và có nhiều trong cây mía, củ cải đường c. Tính chất hóa học:
  16. c. Tính chất hóa học của saccarozơ: 6 6 CH2OH 5 O CH2OH H O H 2 H 5 4 H 1 O OH Đường không khử OH H 3 1 H OH 3 2 4 HOCH2 H OH H OH + Không có tính khử : Không phản ứng thuốc thử Tolen, thuốc thử Feling. + Không phản ứng với phenylhidrazin. + Phản ứng với Cu(OH)2 tương tự monosaccarit. + Phản ứng thủy phân. C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 glucozơ fructozơ
  17. II.2 Mantozơ a. Cấu tạo của Mantozơ : C12H22O11 CH2OH CH2OH H O H H O H H H Nhóm OH OH H OH H sơmiaxetal OH O OH H OH H OH b. Tính chất vật lí: mantozơ còn gọi là đường mạch nha. Vị ngọt, tan nhiều trong nước. c. Tính chất hóa học:
  18. c. Tính chất hóa học của mantozơ: CH2OH CH2OH H O H H O H H H Đường khử OH H OH H OH O OH H OH H OH Tương tự monosaccarit, Mantozơ có các tính chất: + Phản ứng thuốc thử Tolen, thuốc thử Feling. + Phản ứng với phenylhidrazin. + Phản ứng với Cu(OH)2 + Phản ứng thủy phân. C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 glucozơ glucozơ
  19. II.3 Lactozơ a. Cấu tạo của Lactozơ : C12H22O11 CH2OH CH2OH HO O H O H Nhóm OH H H sơmiaxetal OH H O OH H H H OH H OH H OH b. Tính chất vật lí: lactozơ còn gọi là đường sữa. Vị ngọt, tan nhiều trong nước. c. Tính chất hóa học:
  20. c. Tính chất hóa học của Lactozơ: CH2OH CH2OH HO O H O H H H Đường khử OH H O OH H H H OH H OH H OH Tương tự monosaccarit, Lactozơ có các tính chất: + Phản ứng thuốc thử Tolen, thuốc thử Feling. + Phản ứng với phenylhidrazin. + Phản ứng với Cu(OH)2 + Phản ứng thủy phân. C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 galactozơ glucozơ
  21. III. Polisaccarit III.1 Tinh bột a. Cấu tạo của tinh bột : gồm 2 thành phần: + Aminozơ mạch không nhánh CH2OH CH2OH CH2OH H O H H O H H O H H H H OH H OH H OH H O O O O H OH H OH H OH + Aminopectin mạch phân nhánh: CH2OH CH2OH H O H H O H H H OH H OH H O O H OH H OH O CH OH CH2OH CH2 2 H H O H H O H H O H H H OH H OH H OH H O O O O H OH H OH H OH
  22. b. Tính chất của tinh bột + Là chất rắn, dạng bột, màu trắng. + Hồ tinh bột tạo hợp chất màu xanh đen với iốt. + Thủy phân hoàn toàn tinh bột thu được glucozơ. + + + H2O (H ) H2O (H ) H2O (H ) (c6h10o5)n (c6h10o5)x C12H22O11 C6H12O6 x <n tinh bét c¸c ®extrin mantoz¬ -D(+)glucopyranoz¬
  23. III. Polisaccarit III.2 Xenlulozơ a. Cấu tạo của xenlulozơ : có cấu trúc mạch không phân nhánh.
  24. b. Tính chất của xenlulozơ + Là chất rắn, dạng sợi, có tính thấm nước, không tan trong nước. + Thủy phân hoàn toàn xenlulozơ thu được glucozơ. (thủy phân xenlulozơ khó hơn so với tinh bột) + + + H2O (H ) H2O (H ) H2O (H ) (c6h10o5)n (c6h10o5)x C12H22O11 C6H12O6 x <n xenluloz¬ amyloit xenlobioz¬ −D(+)glucopyranoz¬
  25. b. Tính chất của xenlulozơ + Ứng dụng của phản ứng thủy phân xenlulozơ là sản xuất etanol trong công nghiệp từ các phế thải của ngành nông nghiệp và chế biến gỗ như: mùn cưa, cỏ khô, rơm rạ Xenlulozơ → glucozơ → etanol + Phản ứng với HNO3 tạo ra trinitro xenlulozơ dùng làm thuốc súng. (C6H10O5)n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
  26. B. Chất béo (Lipit) + Lipit đơn giản là este của các axit béo cao với glixerol. CH - O - C R 2 = CH2 - O - R CH2 - O - Gl O R' CH - O - = C R' R' CH - O - = C CH - O - C = O CH - O - C O O 2 = R" = CH2 - O - = C R" CH2 - O - C R" O O O triglixerit ankyl ®iglixerit glicozyl ®iglixerit Thường gặp là triglixerit tuy nhiên 3 gốc axit thường không giống nhau Ngoài ra còn một số lipit phức tạp (đọc giáo trình)
  27. Tính chất của chất béo: + Ít tan trong nước + Nhẹ hơn nước + Dầu thực vật (este của các axit béo không no) + Mỡ động vật (este của các axit béo no) + Phản ứng thủy phân tạo ra grixerol và muối của các axit béo cao. CH2 - O - = C R CH2 - O H RCOOH O xt CH - O - C R' 3 HOH = CH - OH R'COOH O CH2 - O - C= R" CH2 - OH R"COOH O
  28. C. Aminoaxit (axit amin) + Aminoaxit là các hợp chất tạp chức mà trong phân tử vừa có nhóm chức amino vừa có nhóm chức cacboxyl. + Nguồn gốc: thực vật, động vật (sản phẩm thủy phân protein) + Vai trò: Là nguyên liệu để tổng hợp protein. cung cấp năng lượng thông qua chu trình Crep. Một số axit amin: Glyxin Alanin Serin Lyxin Glutamin Cystein Viết công thức công tạo, gọi tên theo qui tắc IUPAC các axit amin?
  29. + Điều chế aminoaxit + Aminoaxit được điều chế bằng nhiều phương pháp. - Phản ứng của NH3 đậm đặc. CH3 - CH-COOH NH3 CH3 - CH-COOH HCl Cl NH2 - Phản ứng của kaliphtalimit với các - halogen este = = O O C C N -K Cl -CH2 -COOC2H5 N -CH2 -COOC2H5 KCl = = C C O O H O 2 COOH NH2 -CH2 -COOH C2H5OH COOH
  30. + Tính chất của aminoaxit + Aminoaxit là các chất rắn, có vị ngọt, tan tốt trong nước. + Trong nước, aminoaxit tan và có thể điện li theo kiểu axit hoặc bazơ (COOH)m (COO)m R + mHOH R +m H3O (NH2)n (NH2)n (COOH)m (COOH)m R + nHOH R + n OH (NH2)n (NH3)n + Vì vậy, aminoaxit thường tồn tại dạng ion lưỡng cực. (COO)m Thông thường n=m=1 R (NH3)n
  31. + Tính chất của aminoaxit + Điểm đẳng điện: - Là pH của dung dịch mà tại đó aminoaxit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực và có tổng số điện tích âm bằng tổng số điện tích dương, tức phân tử trung hòa về điện. - Kí hiệu là pI. + Ứng dụng của pI: -Mỗi Axit amin có 1 giá trị pI khác nhau. - Ứng dụng để tách các aminoaxit ra khỏi hỗn hợp.
  32. + Tính chất của aminoaxit * Tính chất hóa học + Tính lưỡng tính: tính axit của nhóm COOH và tính bazo của nhóm NH2 Hoàn thành sơ đồ sau bằng các phản ứng : Alanin + N a O H A + H C l B Alanin + H C l C + N a O H D + Phản ứng ngưng tụ tạo poliamit. - H2O H - NH - CH-CO OH H - NH - CH-CO OH r r - NH - CH-CO - NH - CH-CO - r r
  33. + Phản ứng tạo phức với một số kim loại: CH2 -NH2 O - CO O-CO Co CO-O Cu NH -CH nh2 CH2 2 2 3 + Phản ứng đề cacboxyl hóa: CH - CH-COOH enzim CH - 3 3 CH2 -NH2 CO2 NH2 + Phản ứng oxihoa: [O] CH3 - CH-COOH CH - C-COOH NH enzim 3 = 3 NH2 O axit piruvic
  34. + Tính chất của aminoaxit * Tính chất hóa học + Phản ứng với axit HNO2 CH3 - CH-COOH HNO2 CH3 - CH-COOH N2 + H2O NH2 OH + Phản ứng màu của axit amin với ninhidrin = = O = O O C C 0 C R -CH -COOH 2 C =O t C =N -C RCHO +CO2 = C NH2 = C C O O OH Hợp chất có màu tím
  35. D. Protein + Protein là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, thành phần cấu tạo chủ yếu là các axit amin. + Nguồn gốc + Vai trò + Liên kết peptit : là nhóm liên kết –NH-CO- + Protein có 3 bậc cấu trúc - Cấu trúc bậc 1: dạng mạch thẳng, các liên kết chủ yếu là liên kết peptit. = = -NH - C - CH -NH - C - CH -NH - C= - CH O R O R O R
  36. H N C= H C - Cấu trúc bậc 2 của protein: H O N C C= N C= O O C HO H = H H C C C H = N O H N C= C H R H R = C C N C N N N O H C= C R R C C C= O O R H C= H H N C O R O= O N C= H R H H C C H H H H O N C O= C C N C N N C= = = N C C C= C N C H H H H C O O O H C O N H C= C R H H R O N N C C= O - Cấu dạng xoắn và dạng gấp β -Liên kết tạo nên cấu trúc bậc 2 của protein là liên kết hidro giữa nguyên tử H của nhóm NH trong liên kết peptit với nhóm nguyên tử O trong nhóm C=O. - Nếu liên kết hidro trong cùng 1 mạch peptit có cấu dạng xoắn . - Nếu liên kết hidro tạo thành giữa 2 chuỗi polipeptit có cấu dạng gấp β.
  37. Cấu trúc bậc 3 của protein 7 6 Val Val Glu Xis Leu His Glu Asp I leu Xis Ala Xis Phe Cấu trúc Gli 28 11 Ser Gli bậc 3 Xis Val Ser Ser His của Leu Leu protein, Tir Val Glu Glu cấu dạng Leu Ala Gli Leu mạch Asp 20 40 Tir Tir Val Leu không Xis Xis Asp Gli gian. Ala Glu 51 Met Arg Gli Phe Pro Tre 45 Phe Tir -Liên kết tạo nên cấu trúc bậc 3 của protein là liên kết cầu sunfua -S-S- giữa các nguyên tử S trong nhóm SH của axit amin cystein này với nguyên tử S trong nhóm SH của mắt xích cystein khác.
  38. Phản ứng màu của protein + Phản ứng màu Xantoprotein OH O O = O = O = = O2N N O2N N OH ONH4 HNO3®Æc NH4OH = CH -CH -C CH -CH -=C Ch2 -CH -C= 2 2 NH O NH O NH O Kết tủa vàng + Phản ứng màu biure: Các hợp chất polipeptit tạo hợp chất phức màu xanh tím với ion Cu2+ trong môi trường kiềm.
  39. BÀI TẬP CHƯƠNG 3 1. Phân biệt Glucozơ và fructozơ. 2. Disaccarit A không có tính khử, khi thủy phân A thu được 2 monosaccarit khác nhau. A là gì và có công thức cấu tạo như thế nào? 3. Phân biệt các chất rắn: tinh bột, glucozơ và saccarozơ. 4. Nêu phương pháp hóa học nhận biết các dung dịch mất nhãn sau: protein, alanin, glucozơ và chất béo.
  40. BÀI TẬP CHƯƠNG 1 1. Viết tất cả các công thức cấu tạo các đồng phân của hợp chất có công thức phân tử là: a. C5H10(11dp) b. C4H8O (7dp) c. C8H8O2 (34 dp) Gọi tên các hợp chất bằng tên quốc tế. 2. Các hợp chất dưới đây, hợp chất nào có đồng phân hình học. Gọi tên cấu hình của các hợp chất có đồng phân hình học. CH Cl H CH2Cl H 2 H CH3 H C2H5 C=C C=C C=C C=C H C2H5 CH3 CH CH C2H5 CH3 CH3 3 3 A B C D CH3 CH3CH=CH H CH=CH H H 2 CH2Cl CH Cl C=C C=C C=C 2 C=C H H H CH3 CH3 CH3 H CH3 E F G H
  41. 1.BÀI Hoàn thànhTẬP các CHƯƠNGphản ứng sau: 2 a. 2-metylbutan + Br2 → b. 2,2,3-trimetylbutan + Cl2 → c. 2-metylbut-2-en + H2O → d. pent-2-en + HCl → to e. C6H5CH3 + Br2 ⎯⎯ → Fe f. C6H5CH3 + Br2 ⎯⎯ → 2. Disaccarit A không có tính khử, khi thủy phân A thu được 2 monosaccarit khác nhau. A là gì và có công thức cấu tạo như thế nào? 3. Phân biệt các chất rắn: tinh bột, glucozơ và saccarozơ. 4. Nêu phương pháp hóa học nhận biết các dung dịch mất nhãn sau: protein, alanin, glucozơ và chất béo.
  42. KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 5 1. Hãy chỉ ra công thức cấu tạo của đường Mantozo và Lactozo CH OH CH OH CH OH CH OH 2 2 2 2 OH H O H H O H H O H H O OH H OH H OH H OH H OH O OH OH O H H OH H OH H OH H OH A B CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH OH O H O H H O H O H OH H O OH H OH H O OH H H H OH OH H OH H OH H OH H OH H OH C D CH OH CH OH CH OH CH OH 2 2 OH 2 2 OH O H H O OH O H O H OH H OH H H H O OH H H O H H H OH H OH H OH OH OH H OH F E
  43. KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 5 2. Phân biệt aminozơ, glucozo, alanin và protein bằng phương pháp hóa học.