BÀI TẬP LỚN HOÁ HỮU CƠ

lOMoARcPSD|11346942 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN HỐ HỮU CƠ Giảng viên hướng dẫn THƠNG : TH.S NGUYỄN VĂN Sinh viên thực HẠNH : NGUYỄN THỊ HỒNG Mã số sinh viên Chuyên ngành theo học TRƯỜNG Mã lớp môn : 20193376 : KỸ THUẬT MÔI : 130147 lOMoARcPSD|11346942 Hà Nội, tháng năm 2022 CÂU 1: Các trạng thái lai hoá nguyên tử cacbon hợp chất hữu cơ? Cho ví dụ minh hoạ Bản chất loại liên kết ,  hợp chất hữu Nguyên tử Cacbon có trạng thái lai hoá là: sp, sp2, sp3  Lai hoá sp3 ( lai hoá tứ diện) : y y y x + + + x - + x x z 3AOp + + + - + z z + - - z 1AOs + y 4AOsp3 = Nguyên tử Csp3 khơng cịn obitan hố trị Hình dạng liên kết: tứ diện Góc liên kết: 109,5o Ví dụ điển hình: metan  Lai hố sp2 ( lai hố tam giác ): y + z + + z 2AOp = - x x x z 1AOs + y y 3AOsp2 + - + lOMoARcPSD|11346942 Nguyên tử Csp2 AOp thuần, xen phủ với AOp khác để tạo liên kết pi Hình dạng liên kết: tam giác Góc liên kết: 120o Ví dụ: phân tử etilen  Lai hoá sp (lai hoá đường thẳng): y y x + 1AOs z + x 1AOp + z + - + = 2AOsp Nguyên tử Csp2 AOp thuần, xen phủ với 2AOp khác để tạo liên kết pi Hình dạng liên kết: đường thẳng Góc liên kết: 180o Ví dụ: axetylen Liên kết xích ma, liên kết pi Tên khác Tạo thành Đặc điểm Liên kết xích ma,  Liên kết trục Liên kết pi,  Liên kết biên Xen phủ AO lai hoá với nhau, với AOs, với AOp; AOs với AOs, AOp; AOp với AOp - Là xen phủ trục - Liên kết bền vững - Năng lượng liên kết  CC khoảng 347Kj/mol Xen phủ AOp với AOp với AOd - Là xen phủ biên - Kém bền với liên kết  - Năng lượng liên kết pi CC khoảng 259Kj/mol - + lOMoARcPSD|11346942 Tính chất liên kết    Liên kết xích ma (): + xen phủ trục + bền + liên kết đơn liên kết   Liên kết pi (): + xen phủ biên + bền + liên kết pi tạo thành liên kết bội liên kết đôi gồm : liên kết  liên kết  liên kết ba gồm : liên kết  liên kết   Hợp chất hữu có liên kết pi hoạt động hợp chất có liên kết xích ma, có phản ứng đặc trưng cộng vào liên kết pi CÂU 2: Bản chất hiệu ứng cảm ứng Ảnh hưởng đến tính hợp chất hữu Kí hiệu I - Xuất mạch liên kết xích ma có nhóm hút đẩy electron lOMoARcPSD|11346942 - Các nhóm hút electron gây hiệu ứng cảm ứng âm (-I) như: -NO2, -F, -Cl, -Br, nhóm khoong no Nhóm có độ âm điện lớn hút electron mạnh Biểu diễn X - Các nhóm đẩy electron gât hiệu ứng cảm ứng dương (+I) thường gốc hidrocacbon no Gốc hidrocacbon lớn, phân nhánh đẩy electron mạnh Biểu diễn Y - Đặc điểm hiệu ứng cảm ứng: Lực cảm ứng yếu giảm nhanh theo mạch cacbon VD: Xét tính axit axit: butanoic, 2-clo butannoic, 4-clo butanoic CÂU 3: Bản chất hiệu ứng liên hợp Ảnh hưởng đến tính hợp chất hữu Kí hiệu C - Xuất phân tử chất chứa hệ liên hợp (hệ liên kết có liên kết pi (hoặc đơi electron riêng) xichma xen nhau) Ví dụ: CH2=CH-CH=CH2 ; CH2=CH-CH=O; CH2=CH-Cl  −  −   −  −   −  − p lOMoARcPSD|11346942 - Các nhóm hút electron gây hiệu ứng liên hợp âm -CHO, - (-C) như: -NO2, -COOH, CH2=CH-CH=O COOR, -CH=CH2, nhóm khơng no … +C -C - Các nhóm đẩy electron gây hiệu ứng liên hợp dương (+C) thường nhóm no có nguyên CH2=CH -Cl tử có đơi electron chuqa liên kết như: OH, NH2, OR, Halogen,… +C  Đặc điểm hiệu ứng liên hợp - Lực liên hợp mạnh bền, khơng thay đổi theo mạch liên hợp - Có nhóm vừa gây hiệu ứng +C, vừa gây hiệu ứng –C  Điển hình nhóm vinyl: CH2=CH- nhóm C6H5- -C CÂU 4: BẢn chất hiệu ứng siêu liên hợp Ảnh hưởng đến tính hợp chất hữu ( trường hợp đặc biệt hiệu ứng liên hợp ) - Xuất có liên kết H-C no cách liên kết không no liên kết xichma - Liên kết C-H no gây hiệu ứng siêu liên hợp dương, kí hiệu +H H -C-C=C ; H -C-C=N ; H -C-C=O - Hiệu ứng siêu liên hợp mạnh hiệu ứng cảm ứng yếu hiệu ứng liên hợp lOMoARcPSD|11346942 - Một nhóm gây nhiều hiêu ứng, ta xét lần lượt: C > H > I CÂU 5: Khái niệm axit-bazo Bronsted Lewis Cho ví dụ minh hoạ Khái niệm Ví dụ Bronsted - Axit chất có khả cho proton H+ - Bazo chất có khả nhận proton H+ Lewis - Axit chất có khả nhận them hay nhiều electron chất khác để hình thành liên kết cộng hố trị - Bazo chất có khả nhường hay nhiều cặp electron chưa liên kết cho chất khác để tạo thành liên kết cộng hoá trị NH3 + HCl H+ +NH3 [H3N: NH4Cl H]+ Trong phản ứng NH3 Trong phản ứng NH3 chất nhận H+, HCl là bazo chất chất cho H+ cho đôi electron, H+ NH3 bazo, HCl axit axit chất nhận đơi electron lOMoARcPSD|11346942 CÂU 6: Sắp xếp độ linh động nguyên tử Hiđro nhóm –OH hợp chất sau: CH3OH; (CH3)2CHOH; (CH3)3COH; CH3-CƠH ClCH2-COOH Giải thích - Độ linh động nguyên tử H gốc –OH xếo theo thứ tự tăng dần: (CH3)3COH < Cl-CH2COOH - - - (CH3)2CHOH < CH3OH < CH3COOH <  Giải thích: Nguyên tắc chung: Nguyên tử H linh động tính axit mạnh Với axit hữu RCOOH: (ngun tử H coi khơng có khả hút đẩy e) + Nếu gốc R no (đẩy e) làm giảm tính axit Gốc R no nhiều nguyên tử C khả đẩy e mạnh + Nếu cóc R hút e (khơng no, thơm có halogen…) làm tăng tính axit Xét với gốc R có chứa nguyên tử halogen: + Halogen có độ âm điện lớn tính axit mạnh: CH2ClCOOH > CH3COOH Với hợp chất hữu khác loại tính axit giảm theo dãy: Axit cacboxylic > phenol > ancol CÂU 7: Sắp xếp tính base hợp chất sau: CH3NH2; (CH3)2NH; C6H5NH2; p-O2N-C6H4-NH2; C6H5NHCH3 Giải thích? Tính bazo amin xếp theo chiều tăng dần: C6H5NH2 < p-NO2C6H4NH2 < C6H5NHCH3 < CH3NH2 < (CH3)2NH  Giải thích : (Rthơm)3N < (Rthơm)2NH < RthơmNH2 < NH3 < RnoNH2 < (Rno)2NH < (Rno)3N Gốc –CH3 có tính đảy e cịn –NO2 có tính hút e nên p-NO2C6H4NH2 có tính bazo C6H5NHCH3 lOMoARcPSD|11346942 CÂU 8: Cơ chế phản ứng cộng hợp nucleophile vào nhóm cacbonyl Cơ chế cộng hợp electrophil vào liên kết >C=C< Lây ví dụ minh hoạ - Phản ứng cộng Nucleophile vào Cacbon Carbonyl - Nhóm cacbonyl phân cực chúng có liên kết đôi nguyên tử cacbon với nguyên tử ôxy Sự phân cực phát sinh khác biệt lớn giá trị độ âm điện cacbon oxy Điều có nghĩa oxy có lực với electron liên kết cao so với carbon Khi nguyên tử cacbon nhóm cacbonyl nhận phần điện tích dương Carbon vị trí tốt để nucleophile công phân tử Nucleophile hiến tặng electron cho carbon tạo liên kết đơn với nguyên tử carbon Vì vậy, bổ sung nucleophilic Hơn nữa, loại phản ứng diễn phổ biến andehit xeton - Ví dụ: Phản ứng ngưng tụ andol-crotonic - Phản ứng cộng Electrophilic vào liên kết >C=C< - Quá trình cộng electrophin trình thêm electrophin vào liên kết pi anken Khi kết thúc phản ứng, liên kết pi bị phá vỡ, tạo thành hai liên kết sigma Phân tử phải chứa liên kết đôi liên kết ba để nhận electrophin Nó xảy hai bước Chúng ta xem xét ví dụ để hiểu chế cộng electrophin - Ở đây, có electrophile tích điện dương Hơn nữa, liên kết khơng bão hịa liên kết đơi giàu electron Do đó, tặng electron cho electrophin thiếu electron Sau đó, điện tích dương chuyển sang liên kết C-C liên kết sigma hình thành nguyên tử carbon electrophin Điều dẫn đến cacbocation Vì điều khơng ổn định, ngun tử cacbon tích điện dương nhận electron từ anion, tạo thành liên kết sigma khác.Ví dụ: CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 lOMoARcPSD|11346942 CÂU 9: So sánh khả phản ứng electrophil benzene, toluene nitrobenzene Giải thích? - Khả vịng lớn vịng có gắn nhóm hoạt hóa, định hướng ortho-para, nhóm thường nhóm đẩy electron (-𝐶𝐶3 < -OH ) - Gốc -𝐶𝐶3 có tính đẩy e cịn -𝐶 𝐶2 có tính hút e => toluene > benzen > nitrobenzene CÂU 10: Qui luật electrophil vào vòng benzene Ảnh hưởng nhóm đến SEAr: Một nhóm R có sẵn nhân thơm có ảnh hưởng đến vị trí nhóm vào sau gọi nhóm định hướng  Sở dĩ là: + Khi benzen chưa bị thế, mật độ electron nguyên tử C vòng vào thu sản phẩm lần đầu + Khi lần thứ hai, nhóm định hướng vào vị trí ortho, meta para so với nhóm định hướng, thu hỗn hợp sản phẩm đồng phân có tỷ lệ phần trăm khác Khi nhân thơm có sẵn nhóm thế: Dựa sở tác dụng định hướng người ta chia làm loại nhóm thế: - Nhóm loại I: Tác dụng định hướng nhóm vào sau ưu tiên vào vị trí ortho para so với nhóm đính sẵn; đồng thời đa số nhóm lOMoARcPSD|11346942 Do nguyên tử N phân tử amin cịn cặp e chưa sử dụng có khả nhận proton * So sánh tính bazơ amin (phân biệt bậc amin) + Nếu nguyên tử N phân tử amin gắn với gốc đẩy e (gốc no: ankyl) tính bazơ amin mạnh so với tính bazơ NH3 Những amin làm cho quỳ tím chuyển thành màu xanh + Nếu nguyên tử N phân tử amin gắn với gốc hút e (gốc khơng no, gốc thơm) tính bazơ amin yếu so với tính bazơ NH3 Những amin khơng làm xanh quỳ tím + Amin có nhiều gốc đẩy e tính bazơ mạnh, amin có nhiều gốc hút e tính bazơ yếu ⇒ Lực bazơ: CnH2n + 1–NH2 > H–NH2 > C6H5–NH2 - Dung dịch metylamin nhiều đồng đẳng có khả làm xanh giấy quỳ tím làm hồng phenolphtalein – Amin bậc III mà gốc hiđrocacbon R, R’ R’’ có số C ≥ gốc R, R’ R’’ cản trở amin nhận proton H+ ⇒ tính bazơ yếu ⇒ dung dịch khơng làm đổi màu quỳ tím phenolphtalein - Tác dụng với axit: R–NH2 + HCl → R–NH3Cl Ví dụ: - Tác dụng dung dịch muối kim loại có hiđroxit kết tủa: Ví dụ: 3CH3NH2 + FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3CH3NH3Cl - Lưu ý: Khi cho muối Cu2+, Zn2+, … vào dung dịch amin (dư) → hiđroxit kết tủa → kết tủa tan (tạo phức chất) b Phản ứng với axit nitrơ HNO2 - Amin bậc tác dụng với axit nitrơ nhiệt độ thường cho ancol phenol giải phóng nitơ C2H5NH2 + HONO → C2H5OH + N2↑ + H2O c Phản ứng ankyl hóa Amin bậc bậc hai tác dụng với ankyl halogenua (CH3I, …) , nguyên tử H nhóm amin bị thay gốc ankyl: Ví dụ: C2H5NH2 + CH3I → C2H5NHCH3 + HI – Phản ứng dùng để điều chế amin bậc cao từ amin bậc thấp d Phản ứng cháy amin no đơn chức mạch hở: Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 17: Tính chất hố học phenol Tính chất nhóm -OH – Tác dụng với kim loại kiềm: 𝐶6𝐶5OH + Na → 𝐶6𝐶5ONa + 1/2 H2 → Phản ứng dùng để phân biệt phenol với anilin – Tác dụng với bazơ mạnh tạo muối phenolate: 𝐶6𝐶5OH + NaOH → 𝐶6𝐶5ONa + H2O Ancol phản ứng chứng tỏ H phenol linh động H Ancol chứng minh ảnh hưởng gốc phenyl đến nhóm OH → Phản ứng dùng để tách phenol khỏi hỗn hợp anilin phenol sau thu hồi lại phenol nhờ phản ứng với axit mạnh hơn: • C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH + NaHCO3 • C6H5ONa + HCl → C6H5OH + NaCl Phenol bị CO2 đẩy khỏi muối → phenol có tính axit yếu axit cacbonic → phenol khơng làm đổi màu quỳ tím Phản ứng chứng minh ion C6H5O- có tính bazơ Tính chất nhân thơm – Phản ứng H vòng benzen – Thế Brom: phenol tác dụng với dung dịch brom tạo 2,4,6 – tribromphenol kết tủa trắng: Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 → Phản ứng dùng để nhận biết phenol khơng có mặt anilin Phenol tham gia phản ứng brom dễ benzen có nhóm OH đẩy e làm tăng mật độ electron vòng benzen – Thế Nitro: phenol tác dụng với HNO3 đặc có xúc tác H2SO4 đặc, nóng tạo 2,4,6 – trinitrophenol (axit picric): C6H5OH + 3H𝐶𝐶3 → 𝐶6𝐶2(𝐶𝐶2)3OH + 3𝐶2O Chú ý: Ngoài phenol, tất chất thuộc loại phenol mà cịn ngun tử H vị trí o, p so với nhóm OH tham gia vào phản ứng brom nitro Phản ứng tạo nhựa phenolfomandehit Phenol + HCHO môi trường axit tạo sản phẩm nhựa phenolfomandehit 16 n C6H5OH + nHCHO → n𝐶2O + (HO𝐶6𝐶2C𝐶2)n CÂU 18: Hoá tính toluene Toluen tham gia phản ứng với chất brom khan cho brom toluen axit HBr 𝐶𝐶2 + C6H5C𝐶3 → C6H5C𝐶2Br + HBr Toluen tham gia phản ứng với khí clo tạo thành diclometan axit HCl điều kiện có xúc tác ánh sáng C𝐶2 + C6H5C𝐶3 → HCl + C6H5C𝐶2Cl Toluen tham gia phản ứng với nitro hóa tạo nitrotoluen nước Toluen tham gia phản ứng cộng với 𝐶2 tạo metylxiclohexan Toluen tham gia phản ứng oxy hóa với nhóm metyl CÂU 19: Hố tính hợp chất diazoni Muối điazoni thơm ArN2(+)X(-) đóng vai trị chất phản ứng phản ứng thay nhóm - N2(+), mặt khác tác nhân electrophin tham gia phản ứng electrophin nhân thơm, phản ứng ghép Phản ứng nhóm -N2(+) a, Thế -N2(+) -OH -I Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 Khi đun nóng dung dịch ArN2(+), H2SO4(-) nước sinh ArOH theo chế nêu (H2SO4(-) có tính nucleophin H2O) Phản ứng dùng để tổng hợp phenol từ amin thơm Thí dụ: Khác với H2SO4(-) có tính nucleophin nước, anion I(-) óc tính nucleophin cao nước nhiều, nên dễ tác dụng với muối điazoni sinh ArI Thí dụ: b, Thế -N2(+) - Cl, -Br -CN (phản ứng Sandmeyer) Nhỏ giọt huyền phù Cu2X2 (X = Cl, Br CN) vào dung dịch ArN2(+)X(-) lạnh xảy phản ứng -N2(+) -X Thí dụ: c, Thế -N2(+) -F -NO2 Sau điều chế muối arenđiazoni tetrafluoroborat ArN2(+) BF4(-) đem nhiệt phân ArF cho tác dụng với NaNO2/Cu ArNO2 Thí dụ: Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 d, Thế -N2(+) -H Phản ứng khử: Dùng axit hipophotphorơ(H3PO2) etanol khử muối điazoni ArN2(+) thành ArH: Nhờ phản ứng người ta loại bỏ nhóm amino vịng thơm tổng hợp dẫn xuất khơng thể điều chế phản ứng trực tiếp Thí dụ từ toluen tổng hợp m – bromotoluen Phản ứng ghép: Ion arenddiazoni ArN2(+) tác nhân electrophin không mạnh, thường tác dụng với chất thơm giàu mật độ electron amin, phenol, theo chế electronphinin: Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 20: Hoá tính pyrol Giải thích tính thơm tính axit-bazo pyrol A.Tính chất chung dị vịng Tính thơm - Dễ tham gia phản ứng điện tử - Khó tham gia phản ứng cộng -Khó bị oxi hố B Tính chất dị tố -Tính base yếu K b =2,510 -14 -Tính acid yếu K a =10 -15 Phản ứng electrophin Phản ứng SE xảy vị trí SE khó xảy môi trường acidmạnh SE dễ xảy môi trườngkiềm Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 21: Từ metan, Clo, Na, rượu kiềm, êta khan, chất khử, H2SO4 Hãy điều chế isobutylene 2,2,4-trimetylpentan (isooctan)  2CH4 to,ho.quang > C2H2 + 3H2  2C2H2 > C4H4  C4H4 + 3H2 > C4H10  C4H10 cracking > C3H6 + CH4  C3H6 + H2 > C3H8 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 22: Từ metan, Cl2, Mg, CO2, C3H5OH, ete khan, H2O Hãy điều chế 2metylpropanol-2, axeton, etylaxetat CÂU 23: Từ etan, metan, Cl2, Na, ete khan, rượu kiềm, HCl, chất xúc tác Hayz điều chế polyetylen, polyisobutylen, PVC Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 24: Từ etanol, chất oxi hố, vơi tơi xút, Br2, HBr, Na, ete khan, peoxit, rượu kiềm, H2O, điều chê propan, propanol-1, propanol-2 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 25: Từ axeton, chất khử, HBr, Mg, ete khan, Br2, CO2, H2O, rượu kiềm, H2SO4 Hãy điều chế metylaxetilen, este isopropylisobutyrat Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 26: Từ dietylmalonat, metan hố chất vơ khác, điều chế axit propionic axit sucxinic Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 27: Từ benzene hố chất vơ cần thiết khác điều chế đồng phân o-, m- p-nitrophenol So sánh tính axit p-nitrophenol với phenol Axit Nitrophenol có nhóm N𝐶2 hút e nên tính axit cao Phenol CÂU 28: Điều chế đồng phân dihydroxybenzen từ benzene hoá chất vô cần thiết khác Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 29: Từ benzen hoá chất vô khác, điều chế đồng phân axit flobenzoic Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 CÂU 30: Từ benzen hố chất vơ cần thiết, điều chế mdibrombenzen; 1,3,5-tribrombenzen *Điều chế dibrombenzen Nhóm NO2 nhóm có liên kết đơi, hút e => ưu tiên nguyên tử vào vị trí meta Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 *Điều chế 1,3,5-tribrombenzen 𝐶6𝐶6 + HN𝐶3 đặc → 𝐶6𝐶5𝐶𝐶2 + 𝐶2O (𝐶2𝐶𝐶4 đậm đặc) 𝐶6𝐶5𝐶𝐶2 + 3Fe + 6HCl → 𝐶6𝐶5𝐶𝐶2 + 3FeC𝐶2 + 2𝐶2O 𝐶6𝐶5𝐶𝐶2 + 3B𝐶2 → 𝐶6𝐶2(𝐶𝐶2)B𝐶3 + 3HBr (bột sắt) (3 nguyên tử Br vào nguyên tử H gắn với C vị trí o-, m-, p-) C6H2(NH2)Br3 + NaNO2 + 2HCl → C6H2(N≡NCl)Br3 + NaCl + 2H2O (0-5 độ C) C6H2(N≡NCl)Br3 + H3PO2 + H2O → 1,3,5-tribrombenzen + H3PO3 + N2 + HCl Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com)