Bài giảng hóa hữu cơ chuyên đề 2 nguyễn thị hiển

1 BÀI GI NG CHUYÊN Đ Ả Ề HÓA H U CỮ Ơ Dùng cho các l p h c hèớ ọ Gi ng viên Nguy n Th Hi nả ễ ị ể B môn Hóa h c, khoa Môi tr ngộ ọ ườ 2 Chuyên đ 2 HIĐROCACBONề N i dungộ 1 Gi i thi u chung v hidrocacb[.]

BÀI GIẢNG CHUN ĐỀ  HĨA HỮU CƠ Dùng cho các lớp học hè Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển Bộ mơn Hóa học, khoa Mơi trường Chun đề 2: HIĐROCACBON Nội dung 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon 2. Phản ứng thế cơ chế gốc (SR): 3. Phản ứng cộng hợp ái điện tử AE 4. Phản ứng thế ái điện tử SE 5. Phản ứng ozon phân 6. Các phản ứng khác 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon  Hidrocacbon: hợp chất cacbon với hidro  Hidrocacbon no: phân tử hidrocacbon có liên kết xích ma  Hidrocacbon khơng no: phân tử hidrocacbon có liên kết pi  Hidrocacbon thơm: hidrocacbon có chứa nhân thơm phân tử ví dụ nhân benzen …  Các nhóm hidrocacbon tiêu biểu: ankan, xicloankan, anken, akin, aren 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Ankan: - Là hidrocacbon no, mạch hở Công thức chung CnH2n+2 - Phân tử gồm liên kết xích ma bền vững hidrocacbon hoạt động thường dùng làm dung môi - Phân tử không phân cực, nhiệt độ sôi thấp, không tan nước, - Các ankan thành phần khí thiên nhiên (chủ yếu metan, etan phần nhỏ propan, butan), chủ yếu dùng làm chất đốt Các ankan từ đến 17 cacbon chất lỏng, sản phẩm từ chưng cất dầu mỏ Được dùng làm dung môi, làm nhiên liệu … Các ankan rắn dùng làm nến, làm nhựa đường - Tính chất hóa học đặc trưng ankan phản ứng thế, đặc biệt halogen 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Xicloankan: - Là hidrocacbon no mạch vịng Cơng thức chung C2H2n (n 3) - Trong phân tử gồm liên kết xích ma Tuy nhiên vịng vịng cạnh có sức căng vòng lớn lên bền, dễ bị phá vỡ vòng phản ứng cộng với tác nhân tạo mạch hở Các xiclo ankan mạch lớn (từ cacbon trở lên), bền vững ankan tương ứng 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Anken: - Là hidrocacbon không no, mạch hở, phân tử có liên kết đơi C=C Cơng thức chung C2H2n (n 2) - Liên kết đơi C=C gồm có liên kết xích ma liên kết pi Liên kết pi xen phủ biên, bền anken dễ tham gia phản ứng cộng phá vỡ liên kết pi - Anken điều chế phịng thí nghiệm phản ứng tách H2O ancol no tách HX dẫn xuất halogen -Trong công nghiệp anken thu từ phản ứng cracking * Ankadien - Là hidrocacbon khơng no mạch hở, có liên kết đơi phân tử Công thức chung CnH2n-2 - Ankadien liên hợp nhóm hợp chất có ứng dụng rộng rãi quan trọng Đặc biệt Buta-1,3-dien isopren 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Ankin: - Là hidrocacbon không no, mạch hở, phân tử có liên kết ba C≡C Cơng thức chung C2H2n-2 (n 2) - Liên kết đôi C≡C gồm có liên kết xích ma hai liên kết pi Liên kết pi xen phủ biên, bền ankin dễ tham gia phản ứng cộng phá vỡ liên kết pi tạo sản phẩm cộng tỉ lệ 1:1 1:2 - Axetylen ankin đồng dãy đồng đẳng thu phản ứng CaC2 với H2O Hoặc từ pu: CH4 1500oC CH≡CH + H2 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon *Aren: - Là hidrocacbon thơm, phân tử có chứa nhân thơm, điển hình nhân benzen C6H6 - Nhân benzen gồm vòng cacbon liên kết với liên kết đôi liên kết đơn xen tạo thành hệ liên hợp vòng phẳng bền vững Do liên hợp bền nhân benzen nên tính chất hợp chất thơm khơng giống tính chất anken - Các aren thu sản phẩm phụ trình chưng cất dầu mỏ 2. Phản ứng thế cơ chế gốc (SR): + Là phản ứng đặc trưng của hidrocacbon no                           và các gốc hidrocacbon no + Các phản ứng điển hình: Thế halogen (Clo, brom); thế nitro; … +Cơ chế: 3 giai đoạn: Khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch Các giai đoạn của cơ chế gốc: xét pư  R­H + X2 (X: halogen) cơ chế thế gốc (SR): X X Khơi mào Phát triển mạch C H +X 2X C C + X2 Tắt mạch C + C + X C + HX + X C X C C 2X C X 10 X2 Phản ứng thế halogen cơ chế gốc Điều kiện phản ứng: ­ Dung môi: không phân cực (thường dùng CCl4)  ­ Chiếu sáng (với clo) và đun nóng (với brom) ­ Quy luất thế chính: thế vào ngun tử H liên kết với ngun tử C  bậc cao nhất Ví dụ: Xét phản ứng của 2­metylpropan với clo Cl CH3 -CH -CH3 + Cl áskt CH3 CH -C -CH3 + HCl CH3 Sản phẩm  11 Cơ chế phản ứng 2­metylpropan với clo  as Khơi mào:                  Cl–Cl              2Cl CH3 -CH -CH3 + Phát triển mạch: Cl CH -C -CH3 + Cl CH3 CH3 Cl CH3 -C -CH3 + Cl CH3 CH3 -C -CH3 + Cl CH3 CH3 -C -CH3 + CH3 CH3 -C -CH3 + Cl ………………… Tắt mạch:                  2Cl.  → Cl2 Cl CH -C -CH3 CH3 CH3 -C -CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH -C C -CH3 12 CH3 CH3 Các sản phẩm phụ: là sản phẩm thế clo vào nguyên tử  H của cacbon bậc thấp và một lượng nhỏ 2,2,3,3­ tetrametylbutan.  Bài tập áp dụng 1: Cho biết sản phẩm chính và viết  cơ chế của phản ứng khi cho các chất sau phản ứng  với khí clo khi chiếu sáng: a. 2­metyl butan  b. isopropyl benzen  c. toluen Cho biết tất cả các sản phẩm phụ có thể có của mỗi  phản ứng 13 Key: Bài tập áp dụng 1:  a. 2­metyl butan  CH3­CH­CH2­CH3 CH3 +Cl2/askt Cl CH3­C­CH2­CH3 CH3 S¶n phÈm chÝnh 2­clo­2­metylbutan +   HCl Các sản phẩm phụ là: Cl CH3­CH­CH­CH3 CH3 2­clo­3­metylbutan CH3­CH­CH2­CH2Cl CH3 1­clo­3­metylbutan ClCH2­CH­CH2­CH3 CH3 1­clo­2­metylbutan 14 Key: Bài tập áp dụng 1:   b. isopropyl benzen  CH3­CH­CH3 +Cl2/askt CH3­CCl­CH3 +   HCl S¶n phÈm chÝnh 2-clo-2-phenylpropan Sản phẩm phụ là:  CH ­CH­CH Cl 1-clo-2-phenylpropan 15 Key: Bài tập áp dụng 1: c. toluen CH3 +Cl2/askt CH2Cl +   HCl Sản phẩm phụ có thể có là các dẫn xuất thế hai lần  hoặc ba lần 16 3. Phản ứng cộng hợp ái điện tử (AE): + Là phản ứng đặc trưng của hợp chất có liên kết pi  (anken, ankin, ankadien) + Điều kiện dung mơi: dung mơi phân cực + Các phản ứng đặc trưng: cộng H2O, Hal2, HX (X là  Cl và Br) + Cơ chế pư 2 giai đoạn.  Ví dụ xét phản ứng: 17 A C Xét chế AE + - C C +A B C B Chất pư A+B­ là chất phân cực, hoặc bị phân cực hóa trong dung mơi  phân cực Giai đoạn 1: Tác nhân A+ tấn công vào liên kết  A pi C C +A + C + C Cacbocation Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với B­  + C A C A +B- C B C 18 ắc  Quy luật của pư: Sản phẩm chính của phản ứng tuân theo quy t   Một số ví dụ: Ví dụ 1: pư của propen với nước H CH2 +H+OH- H     C C H Giai đoạn 1: Tác nhân H+ tấn công vào liên kết pi H H     C CH H + H2 SO4 CH2 +H + CH3   CH   CH3 Cacbocation Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với HO­  + CH3   CH   CH3 Sản phẩm chính CH3   CH   CH3 +HOOH Sản phẩm phụ là sản phẩm trái quy tắc Maccopnhicop CH 19 2­CH2­CH2­ Một số ví dụ: Ví dụ 2: pư của axetilen với  nước + CH    CH +H OH HgSO4 CH3­CHO o 80 C Giai đoạn 1: Tác nhân H+ tấn công vào liên kết pi + CH    CH +H HgSO4 80oC + CH2   CH Cacbocation kém bền Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với HO­  + CH2   CH +ho CH2   CH oh chun vÞ CH3­CHO enol kém bền 20 ... CH3­CH­CH2­CH2Cl CH3 1­clo­3­metylbutan ClCH2­CH­CH2­CH3 CH3 1­clo? ?2? ?metylbutan 14 Key:? ?Bài? ?tập áp dụng 1:   b. isopropyl benzen  CH3­CH­CH3 +Cl2/askt CH3­CCl­CH3 +   HCl S¶n phÈm chÝnh 2- clo -2- phenylpropan... phản ứng 13 Key:? ?Bài? ?tập áp dụng 1:  a.? ?2? ?metyl butan  CH3­CH­CH2­CH3 CH3 +Cl2/askt Cl CH3­C­CH2­CH3 CH3 S¶n phÈm chÝnh 2? ?clo? ?2? ?metylbutan +   HCl Các sản phẩm phụ là: Cl CH3­CH­CH­CH3 CH3 2? ?clo­3­metylbutan... + Các phản ứng điển hình: Thế halogen (Clo, brom); thế nitro; … +Cơ? ?chế: 3 giai đoạn: Khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch Các giai đoạn của? ?cơ? ?chế gốc: xét pư  R­H + X2 (X: halogen) cơ? ?chế thế gốc (SR): X X Khơi mào Phát triển mạch C H +X 2X C