Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 42: Khái niệm về Tecpen (Bản hay)

Bà 42 khái niệm về tecpen (1 tiết) I - Thành phần, cấu tạo và dẫn xuất 1. Thành phần Tecpen là tên gọi nhóm hiđrocacbon không no thường có công thức chung là (C5H8)n (n ³ 2) hay gặp trong giới thực vật. Tecpen có nhiều trong tinh dầu thảo mộc như tinh dầu thông, sả, quế, chanh, cam 2. Cấu tạo Phân tử tecpen có cấu tạo mạch hở hoặc mạch vòng và có chứa các liên kết đôi C = C. Thí dụ : C10H16, limonen C10H16, oximen C10H16 , oximen C10H16 , limonen (trong tinh dầu lá húng quế) (trong tinh dầu chanh, bưởi) 3. Một vài dẫn xuất chứa oxi của tecpen C10H20O, mentol C10H18O, menton C10H18O, geraniol C10H20O, xitronelol II - Nguồn tecpen thiên nhiên 1. Nguồn tecpen thiên nhiên Tecpen và dẫn xuất chứa oxi của tecpen thường gặp trong giới thực vật. Chúng có thể tập trung ở các bộ phận khác nhau như lá, thân, hoa, quả hoặc rễ các loài thảo mộc. Các dẫn xuất chứa oxi của tecpen cũng rất phổ biến và quan trọng. Chẳng hạn, retinol (vitamin A, C20H29OH) có trong lòng đỏ trứng, dầu gan cá..., phitol (C20H39OH) ở dạng este có trong chất diệp lục của cây xanh,... 2. Khai thác tecpen Chưng cất lôi cuốn hơi nước: trong thí nghiệm (bên trái ) và trong sản xuất tinh dầu (bên phải) 3. ứng dụng của tecpen Tecpen và dẫn xuất được dùng nhiều làm hương liệu trong công nghiệp mĩ phẩm (nước hoa, dầu gội, xà phòng, kem đánh răng...) và công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát...). Tecpen và dẫn xuất của tecpen còn được dùng để sản xuất dược phẩm. BS Sơ lược về tecpen [6] I. Khái niệm chung Ngay từ năm 1887, Otto Wallach đã nhận thấy đặc điểm chung trong cấu trúc của tecpen là gồm từ các mắt xích giống như isopren hợp thành. Sau đó, nhờ những nghiên cứu tổng kết các tecpen đã biết, L.Rugiska (1921) đã nêu ra quy tắc isopren nói rằng “tecpen dường như được tạo thành do isopren kết hợp với nhau theo kiểu “đầu nối với đuôi”. Thí dụ : C5H8, Isopren ; C10H16, Oximen ; C10H16, Silvestren ; C15H24, Xingiberen Các dẫn xuất chứa oxi của tecpen như ancol tecpen, anđehit và xeton tecpen, este tecpen và cả axit cacboxylic, peoxit tecpen cũng được tách ra từ tinh dầu. Chúng thường có mùi thơm hấp dẫn hơn là các hiđrocacbon tecpen. Chúng được gọi là tecpenoit. Tecpen và tecpenoit thường được gọi đơn giản là tecpen, đôi khi còn được gọi là isoprenoit. Người ta cũng đã tìm ra nhiều hợp chất thiên nhiên mà bộ khung cacbon gồm từ các mắt xích giống isopren nhưng có chỗ kết hợp với nhau không theo kiểu “đầu nối với đuôi”, chúng cũng vẫn được xếp vào loại tecpen, thí dụ : Vậy theo nghĩa rộng, tecpen là những hợp chất chứa C, H và O mà bộ khung cacbon gồm nhiều mắt xích giống với khung cacbon của isopren, tức là có thể biểu diễn bởi công thức (iso-C5)n với (n ³ 2). Tecpen được phân loại theo số lượng mắt xích iso-C5 như sau : Loại tecpen Khung cacbon Số lượng C Thí dụ Monotecpen (iso-C5)2 10 C10H16, C10H18O, C10H16O Secquitecpen (iso-C5)3 15 C15H24, C15H24O, C15H22O Đitecpen (iso-C5)4 20 C20H32, C20H32O, C20H30O Tritecpen (iso-C5)6 30 C30H50, C30H50O Tetratecpen (iso-C5)8 40 C40H56 II - Monotecpen, (iso-C5)2 1. Axiclic monotecpen (Monotecpen không vòng) Trong thiên nhiên người ta tìm được hai hiđrocacbon loại axiclicmonotecpen là mirxen và oximen, công thức phân tử đều là C10H16 và đều có 3 liên kết đôi (Công thức có trong Bài 42, SGK). Tương ứng với 2 khung hiđrocacbon tecpen đó có những ancol tecpen, anđehit tecpen chứa một hoặc hai liên kết C=C và đều là những chất có mùi thơm đặc trưng, những đơn hương quý tách được từ tinh dầu hoa hồng, sả, chanh... 2. Xiclic monotecpen (monotecpen vòng) a) Monoxiclic monotecpen Các hiđrocacbon tecpen loại monoxiclic monotecpen đều ở dạng vòng 6 cạnh : Silvestren (từ dầu Pinuc Silvestris) Limonen (từ vỏ cam, chanh...) a-Tecpinen b-Tecpinen (từ dầu thông) Menta-D2,8-đien (có trong tinh dầu bạc hà) Ancol và xeton tecpen loại monoxiclic monotecpen tiêu biểu là mentol, menton. b) Bixiclic monotecpen Tecpen loại này có chứa 2 vòng : một vòng 6 cạnh còn vòng kia có thể là 3 cạnh, 4 cạnh, 5 cạnh có chung với vòng 6 cạnh 2 nguyên tử cacbon: III - Secquitecpen, (iso-C5)3 1. Axiclic secquitecpen (secquitecpen không vòng) Secquitecpen không vòng gặp trong thiên nhiên ít hơn so với loại có vòng. Tiêu biểu cho loại axiclicsecquitecpen là farnezen và ancol tương ứng là farnezol (tách được từ tinh dầu cam quýt). 2. Xiclic secquitecpen (secquitecpen vòng) Hiđrocacbon secquitecpen có vòng gặp rất phổ biến trong giới thực vật. Chúng có cấu tạo khá phức tạp, phân tử gồm các vòng từ 3 đến 9 cạnh. Các dẫn xuất chứa oxi của hiđrocacbon xiclic secquitecpen rất phong phú. Có những chất có hoạt tính sinh học cao như xantonin đã được dùng làm thuốc trị giun đũa. IV - Các tecpen khác 1. Đitecpen, (iso-C5)4 Có giá trị quan trọng là hai ancol đitecpen : phitol (C20H39OH) và retinol (C20H29OH). Phitol ở dạng este tạo thành một nhánh của clorophin có trong chất diệp lục ở cây xanh. Retinol hay là vitamin A có trong lòng đỏ trứng, dầu gan cá... 2. Tritecpen, (iso-C5)6, và tetratecpen, (iso-C5)8 Hiđrocacbon tritecpen quan trọng nhất là squalen (C30H50) (có nhiều trong dầu gan cá mập), được dùng làm nguyên liệu trong sinh tổng hợp nhiều steroit. Hiđrocacbon tetratecpen, C40H56, gặp rất phổ biến trong thiên nhiên. Chúng có màu từ vàng đến đỏ và tạo ra sắc tố của hoa quả: caroten (cà rốt), licopen (cà chua chín), squalen (dầu gan cá mập). ở giữa mỗi phân tử squalen, licopen và b-caroten đều có 1 liên kết mà sự hình thành chúng không theo quy tắc isopren “đầu nối với đuôi”. Trong cơ thể, dưới tác dụng của enzim carotenaza, mỗi phân tử caroten được chuyển hoá thành 2 phân tử vitamin A. Liên kết duy nhất bị đứt là liên kết trái quy tắc isopren. Ngoài vitamin ra, ngày nay người ta đã biết đến vai trò của các vi lượng hữu cơ đối với sức khỏe của cơ thể. Một số trong chúng chính là các hợp chất loại tecpen mà một phần nhỏ vừa được giới thiệu ở trên. Otto Wallach (1847 - 1931) Nhà hóa học Đức, Giải Nobel năm 1910 do những công trình nghiên cứu về các hợp chất alixiclic (chủ yếu là tecpen). GY Bài này có nhiều công thức phức tạp hơn so với các bài trước. Để gây hứng thú học tập, GV cần liên hệ với những ứng dụng thiết thực của tecpen trong cuộc sống hàng ngày như: nước hoa, dầu gội đầu, kem đánh răng, kẹo cao su, thuốc ho, dầu gió, ... ĐT H: a) Trong 8 chất cho ở mục I.1, những chất nào không đáp ứng công thức (C5H8)n ? b) Hãy vẽ bộ khung cacbon của 6 tecpen và dẫn xuất mà công thức cho ở mục I.2, I.3 và phân loại chúng ? c) Hãy viết công thức cấu tạo thu gọn nhất của isopren và nêu đặc điểm cấu tạo khung cacbon của nó (khung isopren). d) Hãy so sánh bộ khung cacbon của 6 tecpen cho trong bài học với khung isopren. Phải xóa đi những liên kết nào ở mỗi khung tecpen để thu được 2 khung isopren ? e) Oximen và limonen trong điều kiện thường ở trạng thái khí, lỏng, hay rắn ? Tính tan của chúng như thế nào ? Vì sao ? g) Hãy quan sát kĩ hình 7.6 và nói rõ cách hoạt động của thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước và tác dụng của các bộ phận trong thiết bị đó. Làm thế nào để tách tinh dầu khỏi nước trong bình hứng ? h) Trong 3 phương pháp đã học (chưng cất thường, chiết, kết tinh) có thể sử dụng phương pháp nào để tách lấy tecpen từ thực vật ? TL: a) Caroten và licopen. b) Khung mạch hở: A và khung mạch vòng: B. c) Isopren cấu dạng s-trans: C, hoặc cấu dạng s-cis : D. Khung isopren gồm 4C mạch chính và 1C mạch nhánh (iso-C5): E. d) Chúng gồm 2 khung isopren nối với nhau theo kiểu đầu-đuôi. Các liên kết cần xóa được vẽ bằng nét mảnh hơn. e) Oximen và limonen đều là hiđrocacbon chứa 10 nguyên tử C nên trong điều kiện thường chúng ở trạng thái lỏng, chúng không tan trong nước, tan trong dung môi không phân cực. g) ống thủy tinh dài cắm xuống đáy của bình 1 là để cân bằng áp suất với bên ngoài tránh nổ bình do áp suất hơi nước khi đun sôi. Hơi nước từ bình 1 sục vào bình 2 lôi cuốn hơi tinh dầu bốc lên đi vào ống sinh hàn, ở đó gặp lạnh chúng ngưng lại thành chất lỏng chảy vào bình hứng và phân thành hai lớp 3 và 4. Dùng phễu chiết. h) Tecpen đang ở trong lá, thân, rễ, hoa,hoặc quả thực vật thì không thể chưng cất hoặc kết tinh được. Có thể dùng dung môi không phân cực ngâm chiết, sau đó chưng cất đuổi dung môi để tách lấy tecpen. Làm như vậy sẽ tốn kém hơn và ảnh hưởng đến môi trường do lượng dung môi không thể thu hồi hết được. GT Khó nhưng quý Nhiều nhà hóa học nước ngoài đến Việt nam chỉ để nghiên cứu các hợp chất từ thực vật. Nước ta có thảm thực vật đa dạng, phong phú. Đó là một nguồn hợp chất thiên nhiên vô cùng quý giá. Ngoài giá trị sử dụng trực tiếp (không qua chế hoá hoá học) dùng làm hương liệu, dược liệu, các hợp chất có trong thực vật còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho việc tổng hợp các dược chất, các đơn hương có giá trị, mang lại lợi nhuận cao hơn. Rất nhiều hợp chất tách được từ thực vật đã và đang là hình mẫu cho các nhà hóa học tổng hợp ra các hoạt chất làm thuốc chữa các bệnh nan y. Một ví dụ có tính thời sự là thuốc tamiflu trị vi rút H5N1. Nguyên liệu để điều chế thuốc tamiflu là axit shikimic tách từ quả hồi mà chúng ta xuất khẩu tới các hãng dược phẩm nước ngoài. Có nhiều người rất ngại khi phải viết công thức các hợp chất thiên nhiên, họ cho là khó. Thiên nhiên với muôn vàn huyền bí trong các hợp chất phức tạp tạo ra luôn luôn là người thầy chỉ ra con đường dẫn tới phát minh cho những ai miệt mài, say mê với chúng. Những ai chỉ thích các công thức đơn giản hãy tìm đến chỗ mà các hợp chất thiên nhiên phân rã ra các hợp chất đơn giản. Để thấy được sự tuyệt vời của thực vật, hãy xem các tecpen mà nó tạo ra như ở tài liệu [6] mà một phần được trích ra ở mục bổ sung (BS). Bạc hà không những là cây thuốc quý, mà còn là nguồn cung cấp mentol và menlon cho sản xuất mĩ phẩm, thực phẩm và dược phẩm. Farnezen có trong thành phần sáp vỏ quả táo