Vòng benzene có cấu trúc cộng hưởng vòng tạo bởi 3 nối đôi C=C làm cho hệ này bền vững, các liên kết π không dễ bị phá hủy bởi tác nhân như Br2 . Phản ứng FriedelCrafts: • Một số lưu ý khi thực hiện phản ứng này: i. Alkyl phải mang halogen gắn vào carbon lai hóa sp3 :
ĐẠI CƯƠNG HÓA HỌC HỮU CƠ VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG – PHẦN Lý Minh Huy NỘI DUNG BÀI GIẢNG VII Phản ứng electrophile VIII Phản ứng nucleophile IX Phản ứng tách X Phản ứng cộng nucleophile CÁC PHẦN TỰ NGHIÊN CỨU THÊM I Phản ứng Pericyclic II Các tác nhân oxy hóa – khử VII Phản ứng electrophile nhân thơm Giới thiệu phản ứng electrophile vào vịng benzene: • Vịng benzene có cấu trúc cộng hưởng vịng tạo nối đôi C=C làm cho hệ bền vững, liên kết π không dễ bị phá hủy tác nhân Br2 • Nhưng lại có phản ứng xảy cho bột sắt vào hệ đun nóng • Người ta gọi phản ứng “Phản ứng electrophile vào vòng thơm” [?] Vậy vòng thơm? Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Cơ chế chung phản ứng electrophile vào vịng benzene: • Bước 1: Vịng thơm phản ứng nucleophile cơng vào E+, hình thành phức sigma trung gian • Bước 2: Dưới tác động base, phức sigma bị proton (deproton hóa), hoàn trả lại hệ thơm ➔ Vấn đề đặt là: LÀM THẾ NÀO ĐỂ TẠO ĐƯỢC TÁC NHÂN E+? Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): a) Phản ứng halogen hóa vịng thơm: • Tác nhân X+ (X = Cl, Br, I) tạo thành nhờ FeBr3 đóng vai trị acid Lewis: • Cơ chế phản ứng brom hóa vịng benzen: Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): b) Phản ứng sulfonic hóa vịng thơm: • Gốc –SO3H gắn vào nhân thơm theo chế sau: • Ta có phản ứng: Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): c) Phản ứng nitrate hóa vịng thơm: • Gốc –NO2+ tạo thành sau: d) Phản ứng sulfonyl chlor hóa vịng thơm: • Gốc –SO2Cl+ tạo thành sau: Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): e) Phản ứng Friedel-Crafts: • Đây phản ứng alkyl hóa vịng thơm theo chế sau: • Phản ứng trình bày ngắn gọn sau: Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): e) Phản ứng Friedel-Crafts: • Vì phản ứng có chế qua trung gian carbocation, nên tượng chuyển vị điểm đặc trưng cho phản ứng Khi cho 1chlorobutane tương tác với AlCl3 hình thành carbocation bậc 2: • Trong trường hợp này, phản ứng tạo thành hỗn hợp sản phẩm với sản phẩm sản phẩm thơng qua trung gian carbocation bền hơn: Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng electrophile nhân thơm Các phương pháp tạo tác nhân electrophile (E+): e) Phản ứng Friedel-Crafts: • Một số lưu ý thực phản ứng này: i Alkyl phải mang halogen gắn vào carbon lai hóa sp3: ii Nhóm alkyl hoạt hóa vịng benzene, người ta thu sản phẩm alkyl hóa lần: 10 Organic chemistry, Klein, Aromatic Substitution Reactions VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile thơng thường tham gia phản ứng cộng: • Phản ứng cộng với nucleophile tác nhân Grignard (cơ magne): 57 Organic chemistry, Klein, Aldehydes and ketones VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile thông thường tham gia phản ứng cộng: • Phản ứng cộng với nucleophile ion CN- (phản ứng cyanohydrin hóa): 58 Organic chemistry, Klein, Aldehydes and ketones VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Hydro-alpha hydro gắn carbon liên kết trực tiếp với nhóm C=O Hα có hiệu ứng siêu liên hợp (+H) vào C=O nên dương điện linh động, dễ dàng thể tính acid Base liên hợp acid (một carbanion) làm bền nhờ hiệu ứng liên hợp (+C) vào C=O nên bền vững, đóng góp vào q trình phân ly H+ Hα [?] pKa hydro-alpha nằm khoảng nào? 59 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng cộng aldol: • Cơ chế phản ứng cộng aldol biểu diễn sau: 60 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Một số ví dụ cho phản ứng cộng aldol: [?] Tại cân bên dưới, hiệu suất phản ứng 20% cân trên, hiệu suất cao hẳn? 61 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng ngưng tụ aldol: Khi đun nóng, sản phẩm cộng aldol tách nước để tạo thành nối đôi liên hợp • Phản ứng ngưng tụ aldol xảy kể môi trường kiềm acid theo chế khác Toàn phản ứng cộng ngưng tụ aldol tóm lược sau: 62 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng tách E1cb (conjugate base elimination): carbanion (base liên hợp) tạo thành carbon nằm vị trí kế bên carbon mang nhóm xuất, tách nhóm xuất để tạo thành nối đơi C=C • Sự tách nước động lực (driving force) cho phản ứng aldol (giúp tạo nhiều sản phẩm hơn) [?.1] Giải thích • Phản ứng aldol khống chế để dừng lại bước cộng tách nước tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ [?.2] Giải thích 63 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Các bước vẽ sản phẩm cho phản ứng ngưng tụ aldol: Bước 1: Xác định Hα Bước 2: Vẽ lại phân tử aldehyde ketone Bước 3: Tách phân tử H2O để tạo thành nối đôi C=C 64 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng ngưng tụ Claisen: phản ứng kiểu aldol mà tác nhân ban đầu sử dụng ester ester với aldehyde ketone • Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen biểu diễn sau: • [?] Cho biết động lực thúc đẩy phản ứng? 65 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng nhân cách tách hydro-alpha (Hα): • Trong phản ứng ngưng tụ Claisen, người ta thường sử dụng base mạnh muối Na/K alcol giống phần alcol ester Các base NaOH, KOH không sử dụng phản ứng xảy q trình thủy phân ester • [?] Trong phản ứng ngưng tụ Claisen methyl ester, người ta sử dụng base EtONa dung môi EtOH không? Vì sao? 66 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng ngưng tụ Claisen chéo: Phản ứng xảy ester khác nhau: ester có Hα với ester khơng có Hα, ester có Hα (có thể kiểm soát sản phẩm thứ tự cho vào phản ứng) 67 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng ngưng tụ Claisen nội phân tử - Phản ứng Dieckmann: 68 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • Phản ứng cộng 1,2: • Phản ứng cộng 1,4 (cộng Michael): 69 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Các nucleophile tham gia phản ứng cộng cách tách hydro-alpha (Hα): • [?.1] Đề xuất chế cho phản ứng ngưng tụ Perkin sau: • [?.2] Đề xuất chế cho phản ứng ngưng tụ Knoevenagel sau: 70 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates VII Phản ứng cộng nucleophile Phản ứng cộng nucleophile với vắng mặt hydro-alpha (Hα): • [?.1] Đề xuất chế cho phản ứng Cannizzaro sau: • [?.2] Đề xuất chế cho phản ứng ngưng tụ benzoin sau: 71 Organic chemistry, Klein, Alpha Carbon Chemistry: Enols and Enolates ... tác nhân electrophile khác dung phản ứng electrophile vào vòng thơm, như: RCOOH/HF; Alkene/acid; Alcol/acid; phản ứng Gattermann; phản ứng Vilsmeiyer – Haak 11 Organic chemistry, Klein, Aromatic... -COOH; -CHO; -COOR; - NO2; -COR; • Phản hoạt hóa hiệu ứng –H: -CCl3; -CF3;… (ít gặp) • Như vậy, nhóm loại thường có đặc điểm: NGUYÊN TỬ GẮN TRỰC TIẾP VÀO VÒNG THƠM MANG LIÊN KẾT π 18 Organic chemistry,... solvate hóa Chỉ có cation làm bền nhờ tượng solvate hóa, nên anion có lượng cao dung môi phân cực aprotic Ví dụ Chức Hiệu Cho phản ứng SN1 cách làm Cho phản ứng SN2 cách tang bền hóa chất trung