Bài giảng hóa hữu cơ chuyên đề 1 nguyễn thị hiển

BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ Dùng cho lớp học hè Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển Bộ môn Hóa học, khoa Mơi trường Chun đề 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐẠI CƯƠNG HÓA HỮU CƠ CÁC NỘI DUNG Đặc điểm nguyên tử cacbon Liên kết xich ma, liên kết pi Quy tắc gọi tên hợp chất hữu IUPAC Đồng phân hóa hữu Các hiệu ứng Đặc điểm nguyên tử cacbon 1.1 Nguyên tử C có hóa trị IV hợp chất hữu Ở trạng thái bản: C6 1s22s22p2 có e độc thân Ở trạng thái kích thích: có e độc thân Hóa trị IV: có liên kết tạo thành nguyên tử C với nguyên tử khác (C, H, O, N …) + liên kết đơn + Một liên kết đôi, liên kết đơn + Một lk ba, lk đơn + Hai liên kết đơi (hợp chất khơng bền) Hóa trị số nguyên tố hợp chất hữu N C ­H O N C O N C C (not stable) Bonds            1             4                   3               2 Số liên kết Lone pairs      0             0                   1               2 Đôi e độc thân Hóa trị : 4 1.2 Bậc nguyên tử Cacbon - Là số liên kết trực tiếp nguyên tử cacbon với nguyên tử cacbon khác - Do vậy: có nguyên tử C bậc 1; 2; ? Xác định bậc nguyên tử C hợp chất sau: Bậc 3 2 CH3­CH=CH­CH­CH2­COOH OH Quy ước: Nguyên tử C nhóm chức khơng cần xác định bậc Hợp chất có nguyên tử C, bậc Chú ý: Liên kết bội cacbon-cacbon 1.3 Nguyên tử cacbon có trạng thái lai hóa: sp, sp2, sp3 * Lai hóa sp3 (lai hóa tứ diện): + 1AOs + 3AOp = 4AOsp Ngun tử Csp3 khơng cịn obitan hóa trị Hình dạng liên kết: tứ diện Góc liên kết : 109,5o Ví dụ điển hình: metan 1.3 Nguyên tử cacbon có trạng thái lai hóa: sp, sp2, sp3 * Lai hóa sp2 (lai hóa tam giác): + 1AOs + 2AOp = 3AOsp Nguyên tử Csp2 cịn 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 1.3 Nguyên tử cacbon có trạng thái lai hóa: sp, sp2, sp3 * Lai hóa sp (lai hóa đường thẳng): + 1AOs + 1AOp = 2AOsp Nguyên tử Csp2 AOp thuần, xen phủ với AOp khác để tạo liên kết pi Hình dạng liên kết: đường thẳng Góc liên kết : 180o Ví dụ: axetylen Đặc điểm obitan lai hóa - Obitan lai hóa xen phủ để tạo liên kết xích ma - AO lai hóa xen phủ với nhau, với AOs, AOp Dựa vào số liên kết xích ma C để biết trạng thái lai hóa C Csp3: C no; Csp2 ; Csp: C không no 1.4 Nguyên tử liên kết với thành mạch dài, mạch nhánh, mạch vịng Đây tính chất quan trọng cacbon, khơng ngun tố có Vì vậy, hóa hữu ngành khoa học nghiên cứu hợp chất cacbon 10 Đáp án BT áp dụng 3: đồng phân (10) COOH H OH H2N H COOH H HO CH3 CH3 (D)­2­amino­3­hidroxibutanoic (L)­2­amino­3­hidroxibutanoic COOH COOH H H2N HO H CH3 NH2 H (L)­2­amino­3­hidroxibutanoic NH2 H H OH CH3 (D)­2­amino­3­hidroxibutanoic 38 Các hiệu ứng 5.1 Hiệu ứng cảm ứng Kí hiệu I -Xuất mạch liên kết xichma có nhóm hút đẩy electron -Các nhóm hút electron gây hiệu ứng cảm ứng âm (-I) như: -NO2, -F, -Cl, -Br, nhóm khơng no Nhóm có độ âm điện lớn hút electron mạnh X Biểu diễn -Các nhóm đẩy electron gây hiệu ứng cảm ứng dương (+I) thường gốc hidrocacbon no Gốc hidrocacbon lớn, phân nhánh đẩy electron mạnh Biểu diễn: Y 39 5.1 Hiệu ứng cảm ứng - Đặc điểm hiệu ứng cảm ứng: Lực cảm ứng yếu giảm nhanh theo mạch cacbon Vd: Xét tính axit axit: butanoic, 2-clo butanoic, 3clo butanoic, 4-clo butanoic c h 3-c h 2-c h 2-c -o -h o pKa c h 3-c h 2-c h-c -o -h Cl o 99*pKa c h 3-c h-c h 2-c -o -h o Cl 6*pKa c h 2-c h 2-c h 2-c -o -h Cl o 2*pKa - Nhóm Clo: hút electron, làm tăng tính axit - Khi nhóm Cl xa nhóm axit COOH ảnh hưởng giảm nhanh 40 5.2 Hiệu ứng liên hợp 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=CH­CH=CH2 ; CH2=CH­CH=O; CH2=CH­Cl p -Các nhóm hút electron gây hiệu ứng liên hợp âm (-C) như: -NO2, -COOH, -CHO, -COOR, -CH=CH2, nhóm khơng no … CH2=CH­CH=O +C        ­C -Các nhóm đẩy electron gây hiệu ứng liên hợp c h =c h cl dương (+C) thường nhóm no có nguyên tử ­C                 +C có đôi electron chưa liên kết như: OH, NH2, OR, 41 Halogen, … Đặc điểm hiệu ứng liên hợp - Lực liên hợp mạnh bền, không thay đổi theo mạch liên hợp - Có nhóm vừa gây hiệu ứng +C, vừa gây hiệu ứng –C Điển hình nhóm vinyl: CH2=CHvà nhóm benzyl: C6H5- 42 5.3 Hiệu ứng siêu liên hợp (là 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 H -C-C N ; - C - C =O - Hiệu ứng siêu liên hợp mạnh hiệu ứng cảm ứng yếu hiệu ứng liên hợp - Một nhóm gây nhiều hiệu ứng, ta xét : C  >  H  > I 43 Ý nghĩa hiệu ứng: + Các hiệu ứng chiều với chiều phân cực liên kết, làm tăng tính phân cực liên kết + Các hiệu ứng ngược chiều với chiều phân cực liên kết, làm giảm tính phân cực liên kết + Các nhóm đẩy electron (+I, +C, +H) làm giảm tính axit axit cacboxylic làm tăng tính bazơ amin + Các nhóm hút electron (-I, -C, -H) làm tăng tính axit axit cacboxylic làm giảm tính bazơ amin + Các hiệu ứng giúp xác định chiều phân cực liên kết từ dự đốn hướng phản ứng khả phản ứng hợp chất hữu 44 Một số ví dụ: ' cl ' c h2 c h o o Xét hiệu ứng phân tử sau: c h =c h cl o n +c -c nh o -c H - C - C =C - ; +C H H -C-C N ; - C - C =O 45 BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 1: Viết tất đồng phân hợp chất có cơng thức phân tử sau, gọi tên quốc tế hợp chất đó:  a C6H12 b C4H8O   c C4H8O2  e C4H9Cl d C4H10O g C4H11N 46 Đáp án bài 1:  a. C6H12 có 11 đồng phân mạch hở (trong đó có 3 dp hình học) và  11 đồng phân vịng.                                  b. C4H8O có 2 đồng phân andehit, 1 xeton và 6 ancol (trong đó có 1  dp hình học và 1 đồng phân quang học  c. C4H8O2 có 2 đồng phân axit và 4 đồng phân este  d. C4H10O có 5 đồng phân ancol (trong đó có 1 dp quang học) và 3  đồng phân ete  e. C4H9Cl có 5 đồng phân ancol (trong đó có 1 dp quang học)   g. C4H11N. có 9 đồng phân (trong đó có 5 amin bậc 1, 3 amin bậc 2  và  1 amin bậc 3) (có 1 dp quang học) 47 BÀI TẬP CHƯƠNG 1  Bài 2: Hợp chất hữu cơ X có cơng thức phân  tử là C5H12O. Biết rằng hợp chất này có khả  năng  hoạt  động  quang  học.  Cơng  thức  cấu  tạo có thể có của X là gì? Từ cơng thức cấu  tạo  hãy  biểu  diễn  hợp  chất  bằng  cơng  thức  chiều  Fisơ và  xác  định  cấu  hình  của  ngun  tử C bất đối Đáp án: có 3 cơng thức cấu tạo phù hợp (2 ancol và 1 ete) 48 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Bài 3: Phân tích các hiệu ứng trong phân tử  và so sánh độ linh động của ngun tử H  trong các hợp chất sau:    (1): 2­metylpropan­2­ol;  (2): phenol;            (3): ancol benzylic;  (4): axit benzoic;      (5): 2­metylphenol;  (6): ancol metanol  49 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Bài 4: So sánh sự phân cực của liên kết C­O  trong các hợp chất sau:  (1): CH3­OH;  (2): CH3­CH2­OH;  (3):  CH3CH(OH)CH3;  (4): (CH3)3C­OH  50 Chú ý: Mail: hoahuucorauquatoi@gmail.com Pass: hoahuuco + Lịch học: 7h + Đi học muộn không vào lớp + Bạn chưa có điểm thực hành buổi sau đăng kí với cô 51 KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 1. Cho biết công thức cấu tạo của các hợp chất sau: a. But-2-en b 2-metylbut-2-enoic c 1,2- ®iclo xiclopropan d But-2-en®ioic e Pent- 2-en f 2- metylbut-2-en g Vinyl clorua h Allyl clorua 2. So sánh phân cực liên kết C- Cl gia hợp chất sau giải thích (1) CH3- CH2- CH2- Cl (2) CH3-(CH3)2 C-Cl (3) CH3- CH2- Cl (4) C6H5- Cl (5) CH - (CH )CH- Cl 52