Bài giảng hóa hữu cơ chương 1 các loại tác nhân phản ứng

Bài giảng hóa hữu cơ chương 1 các loại tác nhân phản ứng, khái niệm về tác nhân phản ứng, các kiểu gẫy liên kết hóa học trong quá trình phản ứng. Phản ứng hóa học của các hợp chất hữu cơ được căn cứ vào sự biến đổi các liên kết trong phân tử ở mức độ phá vỡ liên kết cũ và hình thành liên kết mới,...

KHÁI NIỆM VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG Các kiểu gẫy liên kết hố học q trình phản ứng Các loại tác nhân phản ứng KHÁI NIỆM VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG Các kiểu gẫy liên kết hố học q trình phản ứng Phản ứng hố học hợp chất hữu (còn gọi phản ứng hữu cơ, organic reaction) vào biến đổi liên kết phân tử mức độ phá vỡ liên kết cũ hình thành liên kết tác dụng điều kiện tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Trong trình phản ứng liên kết cũ (A-B) bị bẻ gãy hình thành liên kết (A-C) Các kiểu gãy liên kết hoá học trình phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Việc bẻ gẫy liên kết hố học diễn theo hai cách: Phân cắt đồng ly: gãy liên kết A-B tạo thành hai gốc tự A , B Sự đứt liên kết theo kiểu đồng ly thường đứt liên kết cộng hóa trị đối xứng Gốc tự tiểu phân trung gian, thường khơng bền có thời gian sống ngắn Các kiểu gãy liên kết hoá học trình phản ứng Việc bẻ gẫy liên kết hố học diễn theo hai cách: Phân cắt đồng ly: gãy liên kết A-B tạo thành hai gốc tự A , B Phân cắt dị ly: gãy liên kết A-B tạo thành ion âm ion dương A A : B : B A+ − A + − B + B+ Sự đứt liên kết theo kiểu dị ly thường đứt liên kết cộng hóa trị khơng đối xứng Các loại tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Sự phá vỡ liên kết cũ (A-B) hình thành liên kết (A-C) tạo sản phẩm phản ứng: Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu đồng ly (1) để hình thành liên kết C phải tác nhân gốc tự Tác nhân gốc tự (R) nguyên tử hay nhóm ngun tử trung hồ điện có electron lẻ (electron độc thân) Ví dụ: Cl , Br , R … Tác nhân gốc tự công vào vị trí có số hố trị tự cao Các loại tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (2) để hình thành liên kết C phải tác nhân dư electron (Tác nhân nucleophil - tác nhân hạt nhân) A : B A+ + B− (2) Tác nhân nucleophil (Nu-) nguyên tử hay nhóm ngun tử mang điện tích âm (anion) mang cặp electron không chia Tác nhân nucleophyl cơng vào nơi tập trung điện tích (+) lớn phân tử Các loại tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (2) để hình thành liên kết C phải tác nhân dư electron (Tác nhân nucleophil - tác nhân hạt nhân) A : B A+ + B − (2) Tác nhân nucleophil (Nu-) ngun tử hay nhóm ngun tử mang điện tích âm mang cặp electron khơng chia Ví dụ: - Các anion: Cl-, C2H5O-, NH2-… - Phân tử trung hòa có chứa cặp electron khơng chia: - Phân tử có chứa electron p linh động: Các loại tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (3) để hình thành liên kết C phải tác nhân thiếu electron (Tác nhân electrophil - tác nhân điện tử) A : B A − + B+ (3) Tác nhân electrophil (E) nguyên tử hay nhóm nguyên tử mang điện tích dương (catioin) thiếu cặp electron khơng chia Tác nhân electrophil công vào nơi tập trung điện tích (-) lớn phân tử Các loại tác nhân phản ứng Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B' Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (3) để hình thành liên kết C phải tác nhân thiếu electron (Tác nhân electrophil - tác nhân điện tử) A : B A− + B+ (3) Tác nhân electrophil (E) nguyên tử hay nhóm nguyên tử mang điện tích dương (catioin) thiếu cặp electron khơng chia Ví dụ: - Các ion dương hay cation: NO2+, CH3+, SO3H+, H+… - Phân tử có nguyên tử chứa orbital trống: AlCl3, BF3, SO3, Nếu xác định tác nhân phản ứng biết phản ứng thuộc loại NỘI DUNG CẦN NHỚ VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG Các kiểu gẫy liên kết hố học q trình phản ứng: - Phân cắt đồng ly - Phân cắt dị ly Các loại tác nhân phản ứng: - Tác nhân gốc tự (R) - Tác nhân nucleophil (Nu-) - Tác nhân electrophil (E) Phân loại phản ứng hữu ❖ Theo đặc điểm biến đổi liên kết: - Nếu gãy đồng ly: phản ứng đồng ly hay phản ứng gốc tự - Nếu gãy dị ly: phản ứng dị ly hay phản ứng ion ❖ Theo số phân tử tham gia vào giai đoạn định tốc độ phản ứng: - Nếu có phân tử tham gia: phản ứng đơn phân tử - Nếu có hai phân tử tham gia: phản ứng lưỡng phân tử - Nếu có nhiều phân tử tham gia: phản ứng đa phân tử Phân loại phản ứng hữu ❖ Phân loại phản ứng theo hướng phản ứng - Phản ứng - Phản ứng cộng - Phản ứng tách loại - Phản ứng chuyển vị - Phản ứng oxy hóa-khử Phân loại phản ứng hữu ❖ Theo hướng phản ứng: - Phản ứng (ký hiệu S; Subtitution): phản ứng nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị thay nguyên tử hay nhóm ngun tử khác Ví dụ: Phản ứng clo vào metan tác dụng ánh sáng CH4 + Cl2 Metan h CH3 Cl + HCl Metylclorua Phân loại phản ứng hữu Tùy theo loại tác nhân mà chia thành: + Phản ứng electrophil (ký hiệu SE) R X + Y+ R Y + X+ Tác nhân electrophil + Phn ng th nucleophil (ký hiệu SN) R X + Y− (hc Y: ) R Y + X- (hoặc X: ) Tác nhân nucleophil + Phản ứng gốc tự (ký hiệu SR) R X + Y Tác nhân gốc tự R Y + X Phân loại phản ứng hữu - Phản ứng cộng (ký hiệu A; Addition): phản ứng hai hay nhiều phân tử kết hợp với thành phân tử Ví dụ: Phản ứng cộng clo vào nối đôi etylen CH2 CH2 + Cl2 Etylen Cl CH2 CH2 Cl 1,2-Dicloetan Tùy theo chất tác nhân công giai đoạn định phản ứng mà chia thành: + Phản ứng cộng electrophil (ký hiệu AE) + Phản ứng cộng nucleophil (ký hiệu AN) + Phản ứng cộng gốc tự (ký hiệu AR) Phân loại phản ứng hữu Phản ứng tách loại (ký hiệu E; Elimination): phản ứng hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị tách khỏi phân tử để tạo thành liên kết bội Ví dụ: Phản ứng dehydrat hóa etanol 170oC C – C H OH H2SO4 1700C C=C + HOH Phân loại phản ứng hữu - Phản ứng chuyển vị (Rearrangement): phản ứng có chuyển chỗ nguyên tử hay nhóm nguyên tử phân tử A–B A– B R R Ví dụ: Phản ứng chuyển vị n-pentan thành iso-pentan CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 n-Pentan xt to CH3 CH CH3 CH2 CH3 iso-Pentan Phân loại phản ứng hữu - Phản ứng oxy hóa-khử (Oxidation-Reduction reaction) phản ứng hữu có thay đổi số oxy hóa phân tử hợp chất hữu Ví dụ: - Phản ứng oxy hóa toluene: -3 +7 C6H5CH3 + 2KMnO4 Toluen to H2SO4 +3 C6H5COOK +4 + 2MnO2 + KOH + H2O Kalibenzoat Cách tính số oxy hóa cho nguyên tử tuân theo quy tắc hợp chất vô KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Cơ chế phản ứng hữu Ví dụ phản ứng: CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl Phương trình phản ứng cho biết trạng thái đầu cuối hệ, không cho biết q trình phản ứng hố học xảy nào, nói cách khác phản ứng hố học xảy theo chế nào? Cơ chế phản ứng đường chi tiết mà hệ chất đầu qua để tạo sản phẩm Cơ chế phản ứng cho biết trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo thành liên kết toàn trạng thái hệ hình thành trình phản ứng Trong giai đoạn có tốc độ chậm quan trọng - định tốc độ chế phản ứng KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Cơ chế phản ứng hữu Cơ chế phản ứng cho biết trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo thành liên kết toàn trạng thái hệ hình thành q trình phản ứng Có loại chế phản ứng: 1) Cơ chế xảy gãy liên kết theo kiểu dị ly phân tử tham gia phản ứng R : X + Y− (hc Y: ) Phân tử tham gia phản ứng (2) Tác nhân phản ứng nucleophil Phân tử tham gia phản ứng R :X R : Y + X− (hc X: ) + Y+ Tác nhân phản ứng electrophil R : Y + X+ (3) KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Cơ chế phản ứng hữu Cơ chế phản ứng cho biết trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo thành liên kết toàn trạng thái hệ hình thành trình phản ứng Có loại chế phản ứng: 1) Cơ chế xảy gãy liên kết theo kiểu dị ly phân tử tham gia phản ứng Ví d: CH3: Cl + OH Metyl clorua Tác nhân (Chất ph¶n øng) nucleophil CH3 : OH + Cl− Metanol (S¶n phÈm) KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Cơ chế phản ứng hữu Có loại chế phản ứng: 1) Cơ chế xảy gãy liên kết theo kiểu dị ly phân tử tham gia phản ứng 2) Cơ chế xảy gãy liên kết theo kiểu đồng ly phân tử tham gia phản ứng R: X + Y R : Y + X (1) Phân tử Tác nhân tham gia ph¶n øng ph¶n øng gèc tù Ví dụ: CH3: H + Cl CH + H :Cl Để dễ xác định chế tùy theo loại chất tác nhân công giai đoạn định phản ứng mà chia thành: + Phản ứng electrophil (ký hiệu SE) R X + Y+ R Y + X+ Tác nhân electrophil + Phn ứng nucleophil (ký hiệu SN) R X + Y− (hc Y: ) R Y + X- (hc X: ) Tác nhân nucleophil + Phn ng th gc t (ký hiu SR) R X + Y Tác nhân gốc tù R Y + X + Phản ứng cộng electrophil (ký hiệu AE): tác nhân electrophil công trước + Phản ứng cộng nucleophil (ký hiệu AN) tác nhân nucleophil công trước + Phản ứng cộng gốc tự (ký hiệu AR) tác nhân gốc tự cơng trước * Để xác cịn thêm số bậc động học phản ứng Ví dụ: - SN1 phản ứng nucleophil đơn phân tử - SN2 phản ứng nucleophil lưỡng phân tử - E1 phản ứng tách đơn phân tử - E2 phản ứng tách lưỡng phân tử Nội dung cần nhớ Phân loại phản ứng theo cách: •Theo đặc điểm biến đổi liên kết; •Theo số phân tử tham gia vào giai đoạn định tốc độ phản ứng; •Theo hướng phản ứng Cơ chế phản ứng - Từ tác nhân phản ứng dự đốn chế phản ứng 29 ... - Tác nhân gốc tự (R) - Tác nhân nucleophil (Nu-) - Tác nhân electrophil (E) KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Phân loại phản ứng hữu Cơ chế phản ứng hữu KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG Phân loại phản. .. gia: phản ứng lưỡng phân tử - Nếu có nhiều phân tử tham gia: phản ứng đa phân tử 1 Phân loại phản ứng hữu ❖ Phân loại phản ứng theo hướng phản ứng - Phản ứng - Phản ứng cộng - Phản ứng tách loại. .. định tác nhân phản ứng biết phản ứng thuộc loại NỘI DUNG CẦN NHỚ VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG Các kiểu gẫy liên kết hố học q trình phản ứng: - Phân cắt đồng ly - Phân cắt dị ly Các loại tác nhân phản ứng: