Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – H À LAN
BÀI GIẢNG
HOÁ HỮU CƠ
Người biê n soạn: Phan Thị Diệu Huyền
Huế, 08/2009
- C HƯƠNG I. M Ộ T S Ố N Ộ I DUNG CƠ B ẢN C Ủ A LÝ THUYẾ T
HÓA HỮ U CƠ
1.1. Phản ứng hữ u cơ
1.1.1. Phân loại hợp chất hữu cơ
1.1.1.1. Phân lo ại theo nhóm ch ức
Hợp chất cơ bản c ủa Hoá hữ u cơ là hydrocacbon . C ác chất khác đư ợc xem là
dẫn xuất của hydrocacbon, c ác d ẫn xuất n ầy được hình thành b ằng cách thay thế
một hay nhiều nguyên tử H trong hydrocacbon b ằng các nhóm ch ức khác, chẳng
hạn: -OH, -CO-, -COOH, -NH2 ... .
Khi phân tử có một nhóm ch ức ta có hợ p ch ất đơn chức, có nhiề u nhóm
chức đ ồng nhất ta có hợ p ch ất đa chức, có nhiều nhóm chức khác nhau ta có hợ p
chất t ạp chức.
1.1.1.2. Phân loai theo m ạch C
Mach C có thể hở, vòng, m ạch th ẳng, phân nhánh, m ạch no, không no ...
Về cơ b ản người ta phân thành 2 lo ại chính: m ạch hở và m ạch vòng, trong
mỗi loại lại có những dạng khác nhau.
- Mạch hở
+ Hợp chất no: chỉ chứ a liên kết (liên kết đơn)
+ Hợp chất không no: chứ a liên kết bội (đôi, ba)
- Mạch vòng
+ Đồng vòng: các nguyên tố tạo vòng đều là C
+ Dị vòng: nguyên tố tạo vòng ngo ài C còn các nguyên tố khác
Các dị tố thườ ng gặp: O, S, N ...
1.1.2. Phân loại phản ứng hữu cơ
1.1.2.1. Phản ứng thế (S: Substitution)
P hản ứ ng thay thế nhóm thế này bằng nhóm thế khác
Ví dụ:
as
(S R: thế gốc tự do)
CH4 + Cl2 CH3 Cl + HCl
b ộ t Fe
Cl + HCl ( SE: thế electronphin)
+ Cl2
+ N aCl (SN: thế nucleophin)
CH3 Cl + N aOH C H3OH
Tổ ng quát:
1
- R-X + Y R- Y + X
( X: nhóm bị t hế, Y: nhóm thế )
1.1.2.2. Phản ứng cộng (A: Addition)
P hản ứ ng kết hợ p một hay nhiề u nhóm thế vào phân tử c hưa no.
P hản ứ ng thườ ng xảy ra trong các hợ p c hất có nối đôi, nối ba.
Ví dụ:
CH3 - CH = C H2 + HCl CH3 - CHCl - CH3 ( AE)
CH3 - C H = O + H CN CH3 - CH(CN) - OH (AN)
p eroxit
CH3 - C H = CH2 + HBr C H3 - C H2 - CH2Br ( AR)
1.1.2.3. Phản ứng tách (E: Elimination)
P hản ứ ng loại một hay nhiề u nhóm nguyên tử r a khỏi phân tử
Ví dụ:
H2 SO4
CH3 - C H2OH CH2 = C H2 + H2O
1800 C
k iề m/rượu
CH3 - CHCl - CH3 CH3 - CH = CH2 + H Cl
1.2. B ản ch ất liên kết trong Hoá hữ u cơ
Có nhiều lo ại liên kết nhưng trong Hoá hữ u cơ liên kết quan trọng nhất là
liên kết cộng hoá trị.
Theo quan điểm hiện đại liên kết cộng hoá trị được hình thành do s ự xen ph ủ
các orbital nguyên tử ( AO), orbital nh ận được gọi là orbital phân tử (MO). Tu ỳ vào
sự xen phủ người ta phân biệt 2 loại liên kết sau:
1.2.1. Liên kết (xen ph ủ trục)
Liên kết này được hình thành do sự xen phủ cực đại của các cặp orbital: s-s, s-p,
p-p. Trục đối xứ ng trùng với đườ ng thẳng nối liền với 2 hạt nhân nguyên tử.
Mô tả:
s -s s- p p-p
Các orbital p ở dạng lai hoá có hình quả tạ đôi không cân đối.
Đặc điểm:
- Liên kết tương đối bề n, do vậy các chất đư ợc cấu tạo bởi chỉ liên kết nầy
ở điều kiệ n thườ ng khá trơ về m ặt hoá học.
2
- - Các nhóm thế nối với nhau b ằng liên kết có thể quay quanh trục liên kết.
1.2.2. Liên kết (xen phủ bên)
Liên kết nầy đư ợc hình thành do sự xen ph ủ từ ng phần c ủa các cặp orbital: p-
p, p-d, d-d. Tr ục đối xứng có thể song song ho ặc cắt nhau.
Mô t ả:
Các orbital p ở dạng chưa lai hoá có hình quả tạ đôi cân đối.
Đặc điểm:
- Liên kết kém bề n
- Các nhóm thế nối nhau b ằng liên kết không thể quay t ự do được
1.3. C ấu trúc p hân tử hợ p chất h ữu cơ
Thuyết cấu tạo hoá học của ButLeRop ra đ ời đ ã giải quyết được rất nhiều
vấn đề trong đó nổi bậc nhất là hiện tượ ng đồng phân.
Có 2 loại đồng phân:
1.3.1. Đồng phân cấu tạo (mặt phẳng)
- Đồ ng phân m ạch C
- Đồ ng phân nhóm chức
- Đồ ng phân vị trí nhóm chức
- Đồ ng phân liên kết
Ưu nhược điểm c ủa đồng phân cấu t ạo
Ưu điểm: ph ản ánh đư ợc cấu t ạo của ch ất từ đó cho phép dự đoán được tính
chất đ ặc trưng c ủa ch ất đó.
Ví dụ:
C2H5-OH: có H linh động
C2H6O
CH3-O-CH3: không có H linh động
Nhược điểm: Chưa phản ánh được c ấu t ạo thực sự (cấu trúc) của các ch ất, từ
đó chưa gi ải thích được một vài hiện tư ợng thực tế.
1.3.2. Đồng phân không gian (lập thể)
3
- 1.3.2.1. Thuyết tứ diện của C
Van Hop và Lơ Ben đã tìm ra cấu trúc đ ặc biệt của C (năm 1874), hai ông
đưa ra thuyết tứ diện c ủa C.
Nội dung:
"Trong hợp chất hữ u cơ 4 hoá trị c ủa C hướ ng ra 4 đ ỉnh c ủa một hình tứ
diện, các góc ở tâm đều bằng nhau và bằng 1090 28' ".
Mô tả: a
1090 28’
C
b 0
109 28’
d
c
Có 2 loại đồng phân không gian:
1.3.2.2. Đồng phần hình học
1. Đị nh nghĩa: là loại đồng phân gây nên do sự phân bố khác nhau trong không gian
của các nhóm thế xung quanh một bộ phận cố định (nối đôi, vòng no)
a. Trư ờng hợ p nối đôi
P hân tử có 1 nối đôi sẽ có 2 đồng phân hình học được gọi là cis và trans (nế u
nối đôi là C=C), gọi là syn và anti (nế u nối đôi là C = N hay N = N).
Hai nhóm thế giống nhau n ằm cùng phía đ ối với nối đôi thì gọi là đ ồng
phân dạng cis hay syn.
Ngược lại nằm khác phía thì gọi là trans hay anti.
H H H COOH
C C C C
HOOC COOH HOOC H
dạng cis dạng trans
C6 H5 C6 H5 C6 H5
N N N N
C6 H5
dạng syn dạng anti
b. Trư ờng hợ p vòng no: cũng tương tự
4
- OH
OH
OH
OH
dạng cis dạng trans
2. Điều kiện để có đồng phân hình học
- P hân tử phải có nối đôi hay vòng no.
- Hai nhóm thế gắn với mỗi C c ủa nối đôi hay vòng no ph ải khác nhau.
1.3.2.3. Đồng phân quang học
1. Định nghĩa:
N hữ ng đồng phân có tính ch ất lý, hoá giố ng nhau chỉ khác nhau về khả năng
làm quay m ặt phẳng phân cực của ánh sáng phân c ực gọi là đ ồng phân quang học
của nhau.
C h ất làm quay mặt ph ẳng phân cực gọi là chất quang ho ạt.
mặt ph ẳng b ị lệch
ch ất ho ạt quang
as phân cực
n icol
as t ự n hiên
K hi cho ánh sáng phân c ực đi qua chất ho ạt quang mặt ph ẳng dao đ ộng của
ánh s áng bị lệch đi một góc ( : góc quay cực) đ ược đo bằng máy phân cực kế .
Chất làm quay m ặt phẳng sang trái ( < 0) gọi là chất quay trái
Chất làm quay m ặt phẳng sang ph ải ( > 0) gọi là ch ất quay phải
Khi trộn 50% đồng phân quay trái với 50% đ ồng phân quay phải ta thu được
hỗn hợ p gọi là biến thể r acemic
2. Điều kiện để có đồng phân quang học
5
- Điều kiệ n cơ b ản là phân tử ph ải có cấu hình bất đối xứ ng, một trong nhữ ng
yếu tố t ạo nên sự bất đ ối của phân tử là sự xu ất hiệ n c ủa nguyên tử C b ất đối, ký
hiệu: C*.
C*: 4 hoá trị của C liên kết với 4 nhóm thế khác nhau.
a
C*
b d
c
P hân t ử có 1C* thì sẽ có 2 cấu hình giống nhau nhưng không thể chồng khít
lên nhau được mà chỉ đối xứng nhau qua gương ph ẳng. Hai cấu hình như vậy gọi là
2 đồng phân quang học c ủa nhau (1 cặp đối quang).
Khi số C* tăng thì số đồng phân quang học tăng nhanh
Số đồng phân quang học được tính:
N = 2n
n: số C*
Trong đó:
N: số đồng phân quang học
Đối với trườ ng hợ p phân tử có 1C* thì việc biể u diễ n cấu hình d ưới dạng tứ
diện dễ dàng nhưng phân t ử có từ 2 C* trở lên thì việc biểu diễn khó khăn. Do vậy
để đơn gi ản khi biểu diễn ngư ời ta dùng công thức chiếu Fischer.
Công th ức Fischer là hình chiếu của công th ức tứ diện lên mặt phẳng tho ả
mãn các quy ư ớc:
Đườ ng thẳng đứng ứng với 2 liên kết hư ớng xa theo hướ ng nhìn
-
Đườ ng nằm ngang ứ ng với 2 liên kết ở gần theo hướ ng nhìn.
-
Lưu ý:
N hóm có bậc oxi hó a của C c ao được đ ặt nằm trên, nhóm có bậc oxi hóa
thấphơn được đặt nằm dưới đườ ng thẳng đứ ng.
B ậc oxi hoá của C: - C OOH > - C HO (- CO-) > - CH2OH > - R
a
a
d
c
b C
d
c b
6
- a
a
a
c b
C C
c c c b
b
b
a
3. Các ví d ụ c ụ thể
Ví dụ 1:
Xét phân t ử axit lactic CH3 - C*HOH - C OOH
P hân tử có 1C* có 2 đồng phân quang học (1 cặp đối quang)
C OOH C OOH
H OH HO H
C H3 CH3
Ví dụ 2:
Xét phân t ử C6H5 - C*H(NH2)-C*H(NH2)-COOH
axit 2,3-diamino - 3 phenyl propanoic
P hân t ử có 2C* có 4 đồng phân quang học (2 cặp đối quang)
C OOH C OOH COOH C OOH
H NH2 H2N H H N H2 H2N
H
H NH2 H2N H H2N H H NH2
C6H5 C6H5 C6H5 C6H5
4. Danh pháp D,L
Để sắp xế p các chất hoạt quang theo d ạng D hay L chọn cấu hình glyxeraldehyt
làm chuẩn.
C HO C HO
H OH HO H
CH2 OH C H2OH
D (+) glyxeral L(-) glyxeral
(+): chỉ chất đó làm quay mặt phẳng s ang ph ải
7
- (-): chỉ chất đó làm quay mặt ph ẳng s ang trái
- Nếu phân tử c hỉ có 1C*
C hẳng hạn:
Hợp chất R - C*HX - R' với X (halogen, - OH, - NH 2 ...)
Tuỳ vị trí X ở bên phải hay bên trái C* mà ta có cấu hình D hay L.
R R
H X X H
R' R'
dạng D dạng L
- Nế u phân tử có nhiều C* ta chọn cấu hình C* xa nhóm chức nhất.
CHO CHO
H OH HO H
HO H H OH
H OH HO H
H OH HO H
CH2 OH CH2 OH
D (+) glucose L (-) glucose
1.4. Hi ệu ứng hoá học
C ác nhóm thế trong phân tử có ảnh hưở ng qua l ại l ẫn nhau có thể trực tiếp hoặc
gián tiếp. Sự ảnh hưở ng qua lại đó d ẫn đến làm thay đ ổi sự phân cực c ủa các liên
kết trong phân tử. Ảnh hưở ng như vậy của các nhóm thế gọi là hiệu ứ ng hoá học.
Các loại hiệu ứ ng thườ ng gặp.
1.4.1. Hiệu ứng cảm ứng (I)
1.4.1.1. Khái niệm
3
CH3 - 2CH2 - 1CH2 Cl
Xét phân t ử:
Liên kết 1C Cl phân cực (do Cl có độ âm điện lớ n hơn C) làm cho các liên
kết 2C 1C 3C2 C c ũng phân cực theo tuy mức độ yếu dần. Ta nói Cl đ ã gây hiệu
ứng cảm ứng.
Hiệu ứ ng c ảm ứng biểu diễn bằng m ũi tên th ẳng
Định nghĩa: Hiệu ứng cảm ứ ng sinh ra do sự dịch chuyển m ật đ ộ e gây
nên do sự chênh lệch độ âm điện.
1.4.1.2. Quy luật
- H không hút, không đẩy e (I = 0)
- N hóm thế hút e mạnh hơn H gây hiệu ứng c ảm âm (-I).
8
- Độ âm điện càng lớ n, nhóm càng chưa no gây hiệu ứ ng - I càng m ạnh.
- F > - Cl > - Br > - I
-I - F > - OH > - N H2
- C C H > - C H = CH2
Một số nhóm thế khác gây hiệu ứ ng – I: - OR, - CN, - N O2, SO3 H . .....
- N hóm thế đẩy e mạnh hơn H gây hiệu ứng c ảm dương (+I).
Các nhóm gây +I là gốc ankyl, gốc càng phức t ạp gây hiệu ứng càng mạnh.
C H3)3C - > (CH3)2CH-CH2 - > (CH3)2CH - > C 2H5 - > C H3 -
1.4.1.3. Đ ặc điểm - Ý nghĩa
- Hiệu ứng ± I chỉ truyề n theo m ạch và giảm nhanh cườ ng đ ộ khi mạch
kéo dài.
C - C - C Cl 1 (+) > 2 (+) > 3 (+)
- Hiệu ứ ng ± I giúp ta giải thích tính axit, bazơ và khả năng ph ản ứng của
các chất.
Các nhóm thể gây +I làm gi ảm tính axit, tăng tính bazơ và ngược lại các
nhóm thế gây -I làm tăng tính axit, giảm tính bazơ.
Chẳng hạn:
Tính axit: CH2Cl - C OOH > C H3 - COOH
-I +I
Tính bazơ: CH3 - NH2 > O2 N - CH2 - NH2
+I -I
1.4.2. Hiệu ứng liên h ợp (C)
1.4.2.1. Khái niệm
Hệ liên hợp
*
- Hệ liên hợp : hệ chứa liên kết đôi xen kẻ liên kết đơn.
-
- Hệ liên hợ p p - : hệ chứ a nguyên tử còn c ặp e chưa chia liên kết với C
mang nối đôi.
CH2 = CH - C H = CH2
OH
Cl - C H = CH2
p- p-
Xét phân t ử có hệ liên hợp:
9
- 5
CH2 = 4CH - 3CH = 2 CH - 1CH = O
Liên kết C = O phân c ực về phía O, 1C = O phân c ực dẫn đến liên kết 3 C =
2
C cũng bị phân c ực về 2 C, liên kết 5C = 4C tương t ự.
CH2 = CH - C H = C H - C H = O
Ta nói nhóm - CHO gây hiệu ứ ng liên hợ p.
Hiệu ứng liên h ợp được biểu diễn b ằng m ũi tên cong đi t ừ liên kết đôi đ ến
liên kết đơn ho ặc từ đôi điện tử chưa chia đến liên kết đơn theo hệ.
Định nghĩa: Hiệu ứ ng dịch chuyển e trong hệ liên hợp gây ra do s ự c hênh
lệch độ âm điện gọi là hiệu ứng liên hợ p.
Nhóm hút e gây hiệu ứ ng liên hợ p âm (-C)
- NO2, - C HO, - COOH, - CN ...(các nhóm không no)
Nhóm đẩy e gây hiệu ứ ng cảm dương (+C)
- O H, - OR, - NH2, halogen ... (các nhóm có đôi e chưa chia)
Lưu ý: Một số nhóm có hiệu ứng C với d ấu không cố đ ịnh như vinyl,
phenyl ...
O
NH 2
N
O
+C -C -C +C
1.4.2.2. Quy luật
- Độ âm điện nguyên tử c àng lớ n - C càng lớ n.
- C: - CO - > - C = N - > - C = C -
- Trong 1 phân nhóm +C gi ảm t ừ trên xuống
- Trong 1 chu kỳ + C giảm từ trái sang ph ải
- F > - Cl > - Br > - I
+C
- N H2 > - O H > - F
1.4.2.3. Đ ặc điểm
- Hiệu ứng C chỉ lan truyền theo hệ liên hợ p phẳng.
- Ít thay đổi khi mạch kéo dài
C hú ý:
1. Hiệu ứng do nhóm thế gây ra còn tuỳ thuộc vào nhóm mà nó nối.
10
- O2N - CH2 - CH2 - C OOH (NO2: - I)
O2N COOH (NO2: -I, -C)
CH2 = CH - O - C H3 (CH2 = CH - : -C)
CH2 = CH - C N (CH2 = CH - : +C)
2. Trong phân tử thường gặp các nhóm thế có cả 2 loại hiệu ứ ng I, C.
+ Khi I và C cùng dấu t ăng cư ờng tác dụng
Chẳng hạn: - N O2 , - SO3H .....
C hẳng hạn:
O
(-I, -C): hút e m ạnh
-N
O
+ Khi I và C ngược dấu giảm tác dụng của nhau hiệu ứ ng tổng quát.
- N H2, - OH, - O R có + C > - I hiệu ứng tổ ng quát là đẩy e.
Đ ặc biệt các nguyên tử halogen có – I > + C do vậy hiệu ứ ng tổng quát là hút e.
Tóm l ại hai lo ại hiệu ứ ng trên đ ều được dùng đ ể giải thích tính chất c ủa các
chất và khả năng phản ứng c ủa chúng.
11
- CHƯƠNG II. HYDROCACBON
Hydrocacbon là hợp chấ t hữ u cơ mà thành phầ n phân tử c hỉ gồ m 2 nguyên tố là C và H.
Tuỳ vào khả năng liên kế t và tính chất c ủa c húng ngườ i ta chia làm 3 loạ i:
Hydrocacbon
Hydrocacbon chưa no Hydrocacbon thơm
Hydrocacbon no
ankan xycloankan a nkan a nkadien a nkyn aren
2.1. Hydrocacbon no
2.1.1. Ankan
2.1.1.1. Khái niệ m - Danh pháp
1. Khái niệ m: Ankan là loạ i hydrocacbon mạch hở trong phân tử c hỉ gồ m các liên kế t .
Công thức tổ ng quát : Cn H2n + 2
2. Danh pháp
Bố n chất đầ u có tên gọ i ngẫ u nhiên tuỳ t heo ý muố n c ủa ngườ i tìm ra chúng.
CH4 : metan C3 H8 : propan
C2 H6 : etan C4 H10 : butan
Từ C5 H12 trở đi tên gọ i có quy luậ t :
Tên các chữ số Hylap + an
C5 H12 : pentan C8 H18 : octan
C6 H14 : hexan C9 H20 : nonan
C7 H16 : heptan C10 H22 : decan
Đó là tên gọ i các chất trong trườ ng hợp mạch C t hẳ ng, khi mạch C phân nhánh tức xuấ t
hiệ n đồ ng phân tên gọ i c ủa chúng phức tạp hơn. Để t hố ng nhất ngườ i ta đưa ra danh pháp
chung gọ i là danh pháp IUPAC. Để gọ i tên theo danh pháp này ngườ i ta thực hiệ n các bư ớc
sau:
- Chọn mạch C dài nhất làm mạch chính
- Đánh số mạch chính: t heo quy tắc tổ ng số nhánh bé nhấ t
- Gọi tên: Vị trí nhánh + số nhánh + tên nhánh + tên mạch chính
Chú ý: Khi gọ i tên các nhánh gọ i theo thứ tự alphabet (nếu có nhiều nhóm thế khác nhau)
Một số nhánh thườ ng gặp :
- CH3 : metyl, - C2 H5 : etyl, - CH2 - CH2 - CH3 : n- propyl, - CH(CH3 )2 : isopropyl
11
- CH3 - CH(CH3 ) - CH(CH3 ) - CH2 - CH3 2,3- dimetyl pentan
CH3 - CH(CH3 ) - CH - CH2 - CH3 3- etyl- 2- metyl pentan
CH3 - CH2
2.1.1.2. Lý tính
Bố n chấ t đầ u ở t hể k hí do lực nố i các phân tử yế u, các chất sau ở t hể lỏ ng và thể r ắ n, t0 s
và t0 n c tăng theo chỉ số C do lực liên kết phân tử mạ nh.
Tất cả c húng đề u là nhữ ng chất không màu, không mùi, ít tan trong nước, dễ tan trong
các dung mô i khô ng phâ n cực hoặc k ém p hâ n cực.
2.1.1.3. Điề u chế
1. Hydro hoá anken: Cho a nken tác d ụng vớ i H2 có Ni xúc tác
Cn H2n + H2 Cn H2n+2
2. Đi từ muố i axit hữ u cơ : Cho muố i tác d ụng vớ i NaOH co mặ t CaO
RCOONa + NaOH RH + Na2 CO3
3. Phương pháp ghép mạch (Wurts - F ittig)
Cho dẫ n xuất monohalogen tác d ụng vớ i Na trong môi trườ ng ete khan.
2R - X + 2 Na R - R + 2NaX
Phương pháp này thườ ng dùng điề u chế các ankan có tính chấ t đố i xứ ng.
2.1.1.4. Hoá tính
Do phân tử bề n nên ở đ iề u kiệ n thườ ng a nkan khá trơ về mặt hoá họ c. Khi có điề u kiệ n:
(t0 cao, bức xạ, a s ... ) a nkan c ũng tham gia phả n ứ ng và phả n ứ ng đặc trưng là phả n ứ ng thế.
1. Phả n ứ ng thế
Các H c ủa ankan được thế dầ n bở i các tác nhân thế.
Tác nhân thế : halogen (X2 ), HNO3 l, H2 SO4 l ...
Tên phả n ứ ng: halogen hoá, nitro hoá, sunfo hoá ...
a. Phả n ứ ng halogen
R- H + X2 R- X + HX
Khả năng phả n ứ ng:
g iả m d ần
F2 I2
Tác nhân halogen hoá thườ ng gặp: Cl2 , Br2 , xúc tác: ánh sáng, nhiệ t độ....
Xét phả n ứ ng c ụ t hể : CH4 p hả n ứng vớ i Cl2
CH3 Cl: metyl clorua
CH4 + Cl2 as CH2 Cl2 : metylen clorua
- HCl CHCl3 : clorofoc
CCl4 : cacbontetraclorua
12
- Cơ chế p hả n ứ ng: xả y ra theo cơ chế gốc tự do (SR) gồ m 3 giai đoạ n:
Giai đoạ n 1: giai đoạ n khở i đầ u
as •
Cl2 2Cl
Giai đoạ n 2 : giai đoạ n phát triể n mạc h
• •
CH4 + Cl CH3 + HCl
• •
CH3 + Cl2 CH3 Cl + Cl
• •
CH3 Cl + Cl CH2 Cl + HCl
•
•
CH2 Cl + Cl2 CH2 Cl2 + Cl
Phản ứng cứ tiếp tục xảy ra cho đến khi tạo thành sản phẩm cuối cùng (phản ứng dây chuyền)
Giai đoạ n 3: giai đoạ n tắt mạch
Xả y ra khi các gốc tự do kế t hợp vớ i nhau tạo p hân tử bề n
• •
Cl + Cl Cl2
• •
CH3 + Cl CH3 Cl
Quy tắ t thế : Phả n ứng xả y ra ưu tiên thế H ở nguyên tử C bậc cao.
as
CH3 - CH- CH2- CH3 + Br2 CH3 - CBr - CH2 - CH3 + HBr
CH3 CH3
b. Phả n ứ ng nitro hoá:tươ ng tự phả n ứ ng halogen hoá về c ơ c hế c ũng như q uy tắc t hế.
H2 SO4
R - H + HO - NO2 R - NO2 + H2 O
t0
2. Phả n ứ ng huỷ: ở t0 cao không có O2KK các ankan b ị p hân huỷ bẻ gãy mạ ch C tạo thành
nhữ ng hydrocacbon có mạch ngắ n hơn. Quá tr ình này gọ i là quá trình cracking.
Cn H2n+2 Cx H2x+2 + Cy H2y
( x, y < n )
Quá trình cra cking được sử d ụng nhiề u trong k ỹ nghệ c hế b iế n d ầ u mỏ.
3. Phả n ứ ng oxi hoá
- Oxi hoá hoàn toàn: sả n phẩ m là CO2 , H2 O
- Oxi hoá không hoàn toàn: tuỳ đ iề u kiệ n cho sả n phẩ m khác nhau.
+ Đố i vớ i CH4
200at, 3000 C,
H - CHO + H2 O
0
500 C, Ni
CH4 + O2KK CO 2 + H2
thiếu kkh í
C + H2 O
13
- + Đố i vớ i các ankan khác: oxi hoá kèm theo sự bẻ gãy mạch C.
[o]
R - COOH + R’ - COOH
R- CH2 - CH2 - R'
Chất tiêu biể u: CH4
CH4 : là chấ t khí có nhiề u trong tự nhiên: hầ m mỏ, đầ m ao do sự p hân hủy xenlulo dướ i
tác d ụng c ủa vi khuẩ n yế m khí.
v.k.y.k
(C6 H10O5 )n + nH2 O 3nCH4 3nCO2
CH4 được dùng làm nguyên liệ u tổ ng hợp các chấ t hữ u cơ: CH3 OH, HCHO, C2 H2 và
các dẫn xuất halogen.
2.1.2. Xycloankan
2.1.2.1. Khái niệ m - Danh pháp
Xycloankan là loạ i hydrocacbon mạch vòng, no.
Công thức tổ ng quát: Cn H2n (n 3)
Xycloankan đượ c gọ i tên như ankan chỉ t hế m tiếp đầ u ngữ là xyclo (vòng)
xyclopropan xyclohexan
Xycloankan ngoài các loạ i đồ ng phân thông thườ ng còn có đồ ng phân hình học (đồ ng
phân cis- trans) và đồ ng phân quang học, trong đó đồ ng phân hình học phổ b iế n nhấ t.
2.1.2.2. Độ bề n và cấ u t ạo lập thể các vòng.
Năm 1885 Baeyer đưa ra giả t huyết sức căng vòng đ ể giả i thích độ bề n vòng. Theo ông
góc liên kết ở C no bình thườ ng là 1090 28' còn góc liên kế t giữa các C trong vòng tuỳ t huộc số
cạnh vòng (3 cạ nh: 600 , 4 cạ nh: 900 , 6 cạ nh: 1200 ...) Sự sai khác giữa các vòng này vớ i 1090 28'
gây nên sức căng vòng, sai khác càng lớ n thì sức căng càng lớ n và vòng càng kém bề n.
Vòng 3,4 cạ nh: kém bề n
Vòng 5,6 cạ nh: bề n hơn
Cấu tạo lập thể các vòng.
- Vòng 3 cạ nh: cấ u tạo phẳ ng - Vòng 5 cạ nh: dạ ng nửa ghế
- Vòng 4 cạ nh: cấ u tạo gãy gấp - Vòng 6 cạ nh: dạ ng ghế, d ạ ng t huyề n
Thườ ng gặp nhấ t là vòng 6 cạ nh, d ạ ng bề n c ủa vòng 6 cạ nh là dạ ng ghế.
dạng ghế (99,9%)
14
- 2.1.2.3. Hoá tính
Vòng 3, 4 cạnh kém b ề n nên tính chấ t giố ng anken phả n ứng đặ c trưng là phả n ứ ng
cộng.
+H2
CH3 - CH2 - CH3
0
N i, t
+Br2
CH2 Br - CH2 - CH2 Br
Vòng 6 cạ nh bề n nên tính chấ t giố ng ankan phả n ứ ng đặc trưng là phả n ứ ng thế.
xúc tác Cl
+ Cl2 + HCl
2.2. Hydrocacbon chưa no
2.2.1. Anken
2.2.1.1. Khái niệ m - Danh pháp
- Anken là loạ i hydrocacbon c hưa no trong phân tử có chứa 1 liên kết đôi (1 liên kết
vaì 1 liên kế t )
Công thức tổ ng quát: Cn H2n (n 2)
- Danh pháp: đổ i đuôi an thành en kèm t heo vị t rí nố i đôi
CH2 = CH2 : eten (etylen)
CH3 - CH = CH - CH3 : 2- butten
CH3 - C(CH3 ) = CH - CH3 : 2- metyl- 2- buten
Các gốc thư ờ ng gặp:
CH2 = CH - : etenyl (vinyl)
CH3 - CH = CH - : propenyl- 1
CH2 = CH - CH2 - : propenyl- 2 (allyl)
2.2.1.2. Điề u chế
1. Đi từ dẫ n xuấ t monohalogen
Cho dẫ n xuất đi qua mô i trườ ng kiề m/rượ u
K/R
R - CH2 - CHX - R' R - CH = CH - R'
-HX
Phả n ứ ng tuân theo quy tắ c Zay Xep (tách H ở C bậc cao)
2. Đi từ dẫ n xuấ t dihalogen
Cho dẫ n xuất tác d ụng vớ i bột Zn có mặt xúc tác CH3 COOH
x/t
R - CHX - CHX - R' + Zn R - CH = CH - R' + ZnX2
15
- 3. Đi từ a ncol
Đun hỗ n hợp ancol vớ i H2 SO4 đ ở t0 1700C
H+, 1800 C
R - CH2 - CHOH - R' R - CH = CH - R' + H2 O
2.2.1.3. Hoá tính
C C
Liên kế t kém bề n nên d ễ b ị bẻ gãy.
Do vậ y phả n ứ ng đặc trưng c ủa anken là phả n ứ ng cộ ng.
1. Phả n ứ ng cộ ng
Phả n ứ ng
X+ - Y-
C=C + CX - CY
Cơ chế : cộ ng e lctronphin (AE)
Phả n ứ ng xả y ra qua 2 giai đoạ n
chậm
X+ C - C+
C=C +
X
nhanh
C - C+ Y-
+ C-C
X XY
Tác nhân: X2 ( halogen), HX, H2 O ...
M inh hoạ bằ ng mộ t số p hả n ứ ng:
CCl4
CH2 = CH2 + Br2 CH2 Br - CH2 Br
nâu đỏ không màu
CH3 - CH = CH2 + HCl CH3 - CHCl - CH3
CH3 - CH(CH3 ) - CH = CH2 + H2 O CH3 - CHOH - CH(CH3 ) - CH3
(Qui tắc Maccopnhicop)
+HBr
CH3 - CHBr - CH3 (1) AE
CH3 - CH = CH2
+HBr
CH3 - CH2 - CH2 Br (2) AR
peroxit
(1) : phả n ứ ng t uâ n theo qui tắc M accopnhicop
(2) : phả n ứ ng ngược vớ i q ui tắc Maccopnhicop
16
- 2. Phả n ứ ng oxi hoá
Tuỳ đ iề u kiệ n và tác nhân mà cho sả n phẩ m khác nhau
a. Tác nhân oxi hoá yế u: sả n phẩ m là - diol
R - CH = CH - R' + KMnO4 + H2 O R - CH - CH - R ' + MnO2 + KOH
OH OH
- diol
Phả n ứ ng này chứ ng minh anken làm mấ t màu thuốc tím loãng.
b. Tác nhân oxi hoá mạ nh: tuỳ mức độ mà t ạo thành hợp chất cacbonyl hay axit cacboxylic.
Vớ i O3 (phả n ứ ng ozon phân) :
*
Sản phẩ m là hợp chất cacbonyl
R' H2 O
R - CH = C + O3 R - CHO + R' - CO - R'' + H2 O2
+
H
R''
Mục đích phả n ứ ng này dùng để xác đ ịnh vị trí liên kế t đôi trong hợp chất đầ u.
Vớ i KMnO4 đđ: sả n phẩ m có thể là axit hoặc xe ton tuỳ c ấ u tạo chấ t đầ u.
*
R'
t0
R - CH = C + KMnO4 đđ R - COOK + R' - CO - R'' + MnO2 + H2 O + KOH
R''
3. Phả n ứ ng trùng hợp t0 , p, x/t
(- CHR – CHR’ - )n
nR - CH = CH - R'
Phả n ứ ng này được dùng để đ iề u chế c hấ t dẻo, cao su, nhựa ...
Chất tiể u biể u: C2 H4
C2 H4 là chất khí không màu, không mùi, không vị, ít tan trong nước, có tác d ụng kích
thích sự hoạt độ ng c ủa enzym làm quả mau chín.
C2 H4 còn được dùng để điề u chế rượ u etylic, đây là hợp chất rấ t quan trọ ng trong công
nghiệp và cả t rong đờ i số ng.
2.2.2. Ankadien
2.2.2.1. Khái niệ m - Danh p háp
Ankadien là loạ i hydrocacbon chưa no có c hứa 2 liên k ết đôi trong phân tử.
Có 3 loạ i:
- Hai nố i đôi liề n nhau: CH2 = C = CH2 propadien
- Hai nố i đôi cách xa nhau: CH2 = CH - CH2 - CH = CH2 1,4 - pentadien
- Hai nố i đôi xen k ẻ nhau (ankadie n liên hợp): đây là loạ i có ý nghĩa nhất chẳ ng hạ n:
CH2 = CH - CH = CH2 1,3 - butadien
CH2 = C(CH3 ) – CH = CH2 2- metyl – 1,3 - b utadien
17
- 2.2.2.2.Hoá tính
Các ankadien liên hợp có tính chấ t tương tự a nken tuy nhiên do có đến hai nố i đôi nên
hoạ t tính mạ nh hơn đồ ng thờ i do xuất hiệ n hiệ u ứng liên hợp nên ả nh hưở ng nhiề u đến tính
chấ t c ủa nó c ũng như các dẫ n xuấ t c ủa nó.
Phả n ứ ng đặc trưng c ũng là phả n ứ ng cộ ng.
1. Phả n ứ ng cộ ng: c ho 2 phẩ m vậ t cộ ng tuỳ đ iề u kiệ n, điề u kiệ n quyế t đ ịnh nhấ t là nhiệ t độ.
- Nhiệ t độ t hấp: cho phẩ m vật cộ ng 1- 2
- Nhiệ t độ cao: cho phẩ m vậ t cộ ng 1- 4
CH2 Br - CHBr - CH = CH2
t0 , th ấp
+Br2
CH2 = CH - CH = CH2 t0 , cao
CHBr - CH = CH - CH2 Br
2. Phả n ứ ng trùng hợp
t0 , p, x/t
n CH2 = CH - CH = CH2 (- CH2 - CH = CH - CH2 - )n
cao su Buna
2.2.2.3. Hợp chấ t có nhiề u nố i đôi
1. Tecpen: là loạ i hydrocacbon tự nhiên có cô ng thức tổ ng quát là: (C5 H8 )n vớ i n 2, tecpen có
nhiề u ở t inh dầ u thực vậ t.
Chẳ ng hạ n tinh dầ u myxen ở cây nguyệ t quế.
CH3 - C = CH - CH2 - CH2 - C = CH2
CH3 CH = CH2
Dẫ n xuấ t c ủa tecpen gọ i là tecpenoit c ũng có trong tinh d ầ u thực vật (cánh hoa hồ ng,
hoa bưở i, vỏ cam chanh, lá sả ...)
(tinh dầ u hoa hồ ng)
CH3 - C = CH - CH2 - CH2 - C = CH - CH2OH
CH3 CH3
2. Caroten:
Caroten là nhữ ng sắc tố tự nhiên thườ ng có màu vàng, da cam, đỏ xuất hiệ n ở các loạ i
quả như: cà chua, cà rố t, gấc ... phân tử chứa mộ t loạ t các liên kết đôi xen kẻ liên kết đơn tức
có chứa nhóm - C = C - (nhóm mang màu)
Có 3 loạ i caroten: , , caroten
Cấu tạo caroten:
CH3
CH3 CH3
CH3
CH C CH CH ..... CH =C CH CH
CH
CH3 CH3
CH3 CH3
vòng iono n ( mạch thẳ ng chứa 18C)
18
nguon tai.lieu . vn
