Bài giảng Hóa Hữu cơ 2

4/12/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC Giảng viên: TS Lê Thị Thanh Trà Mail: traltt@wru.vn Giáo trình: [1] Hố học Hữu Tập 2,3,4 Hoàng Trọng Yêm (chủ biên) NXB Bách khoa Hà Nội, 2010 [2] Hố Hữu cơ, phần tập, Ngơ Thị Thuận, Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 Các tài liệu tham khảo: [1] Hóa học Hữu cơ, Ngô Thị Thuận, Đặng Nhƣ Tại, Tập 2, NXB GD, 2014 [2] Hóa hữu cơ, Trần Thị Việt Hoa, Phan Tthanh Sơn Nam, NXB Đại học Quốc Gia – HCM, 2004 [3] Bài tập Hóa hữu cơ, Phan Thanh Sơn Nam, NXB Đại học Quốc Gia – HCM, 2010 [4] Harold Hart Organic Chemistry New York, 2003 4/12/2023 Nội dung mơn học (2 tín chỉ): Lý thuyết (19+10 tiết): Chƣơng 1: Dẫn xuất halogen hợp chất kim (2+2 tiết) Chƣơng 2: Ancol - Phenol (3+2 tiết) Chƣơng 3: Andehit - Xeton (3+2 tiết) Chƣơng 4: Axit cacboxylic (2+1 tiết) Chƣơng 5: Amin - Muối diazoni (3+2 tiết) Chƣơng 6: Giới thiệu hợp chất tạp chức (2+0 tiết) Chƣơng 7: Giới thiệu hợp chất dị vòng, thị màu thuốc nhuộm (2+1 tiết) Chƣơng 8: Giới thiệu hợp chất hữu sử dụng nông nghiệp (2+0 tiết) Kiểm tra kỳ (1 tiết) Yêu cầu học: Có ghi chép đầy đủ Có giảng in đầy đủ Vào lớp muộn tự động vào chỗ Khơng đƣợc làm việc riêng (ăn uống, nói chuyện,…) Trường hợp cấm thi: Nghỉ 20% số tiết (> tiết) Trường hợp trình: Tự động bỏ học mà không xin phép 4/12/2023  Điểm trình: 30%  10% lớp lý thuyết Chuyên cần, thái độ Chữa lớp  10% Bài kiểm tra (50‟) từ chƣơng 1-5  10% đề cƣơng:  Sơ đồ hệ thống Hóa hữu  Bài tập chƣơng  Điểm thi kết thúc: 70% (thi cuối kỳ, thi 90‟) từ chƣơng 1-8 Yêu cầu đề cƣơng Sơ đồ hệ thống hóa hữu 2: - Trình bày giấy A0 A1 - Hình thức 30%, nội dung 70% - Nộp sau kết thúc môn học ngày (chậm 10h 4/4/2022) trực tiếp PTNo qua đƣờng bƣu điện (tính theo dấu bƣu điện) Bài tập: - Chụp ảnh gửi vào mail tralltt@wru.vn; mail sau gửi chung với mail trƣớc (không tách thành mail riêng) - Hoàn thành tập chƣơng gửi sau buổi học cuối chƣơng max ngày - Đánh số trang ghi đầy đủ thơng tin cá nhân phía đầu chƣơng 4/12/2023 1.1 Định nghĩa - Cấu trúc - Phân loại 1.2 Danh pháp - Đồng phân 1.3 Tính chất vật lý 1.4 Điều chế 1.5 Tính chất hóa học 1.6 Dẫn xuất halogen tiêu biểu 1.7 Hợp chất kim 1.1 Định nghĩa - Cấu trúc - Phân loại 1.1.1 Định nghĩa - Cấu trúc - Dẫn xuất halogen dẫn xuất nhiều nguyên tử H hidrocacbon halogen - Trong phân tử liên kết C-C C-H, cịn có liên kết C-X - Liên kết C-X phân cực phía halogen C→X độ phân cực phụ thuộc vào X 1.1.2 Phân loại - Theo gốc hidrocacbon: no, không no, thơm… - Theo nguyên tử halogen: florua, clorua, bromua hay iodua - Theo số lƣợng nguyên tử halogen: monohalogen, dihalogen - Theo bậc: halogen bậc 1,2,và tƣơng ứng 4/12/2023 1.2 Danh pháp - Đồng phân 1.2.1 Danh pháp 2.2.1.1 Thông thường ankyl + halogenua CH3-CH2-CH2-CH2-Br C6H5-CH2-Cl n-butyl bromua (CH3)2CH-CH2-Cl isobutyl clorua (CH3)2CH-Cl isopropyl clorua benzyl clorua 1.2.1.2 IUPAC - Xem halogen nhƣ nhóm mạch ankan Gọi tên theo qui tắc:  Xác định mạch Nếu có nối đơi nối ba mạch phải chứa nối đơi ba  Đánh số nguyên tử C cho tổng nhóm nhỏ vị trí nhóm + tên nhóm + tên mạch C + đuôi mạch 1.2.1.2 IUPAC CH3 Br Br H H CH2 CCH2 CH CH CH3 CH C CH CH3 CH 2CH3CH2CH3 54 7 CH3 CH3 5-Bromo-2,4-dimetylheptan 5-Bromo-2,4-dimetylheptan Cl CH5 CH CH2CHCH CHCH CH3 CH CH3CHCH CH 2CH3CH2CH3 21 CH3 Br 4 65 CH3 7 2-Bromo-4,5-dimetylheptan 2-Bromo-4,5-dimetylheptan BrCH 2CH CH CH CH 3 CH 1-Bromo-3-cloro-4-metyl-pentan CH CH CH 2CH CH CH CH3 Cl 2,3-Diclo-4-metylhexan CH3 Br Cl CH3 CH CH CH CH2CH3 Br CH3 2-Bromo-5-metylhexan Không gọi : 5-Bromo-2-metylhexan Chú ý: Nếu tổng số số nhóm đánh từ đầu ưu tiên nhỏ theo trình tự thứ tự a,b,c… nhóm 10 4/12/2023 1.2.2 Đồng phân - Đồng phân cấu tạo:  Đồng phân mạch cacbon  Đồng phân vị trí nguyên tử halogen 1.3 Tính chất vật lý - Trạng thái: Từ C1-C4 (C2H5Cl, CH3Cl, CH3Br…) chất khí cịn lại chất lỏng rắn - Khơng màu, độc, có mùi đặc trƣng - Không tan nƣớc, tan nhiều dung môi hữu nhƣ ancol, ete ankyl halogenua dung mơi tốt - Nhiệt độ sơi:  Nếu gốc R nhƣ nhiệt đội sôi tỉ khối tăng dần từ F đến I  Nhiệt độ sôi giảm dần từ dẫn xuất bậc đến bậc 11 1.4 Điều chế 1.4.1 Halogen hóa ankan 1.4.2 Cộng HX vào anken CH3-CH = CH2 + HCl  CH3 – CHCl-CH3 1.4.3 Từ ancol - Là phƣơng pháp thƣờng dùng để điều chế dẫn xuất halogen 1.4.3.1 Ancol tác dụng với hidro halogenua R-OH + HCl ⇌ R-Cl + H2O - Xúc tác: H2SO4 ZnCl2 - Khả phản ứng:  HI > HBr > HCl  Ancol bậc > bậc > bậc 12 4/12/2023 1.4.3.2 Ancol tác dụng với PX5, PX3 SOCl2 - Phản ứng cho hiệu suất cao - Ancol bậc bậc chuyển thành ankyl halogenua với tác nhân: tionyl clorura SOCl2, phospho tribromua PBr3 1.5 Tính chất hóa học - Nếu gốc hidrocacbon R: khả phản ứng dẫn xuất halogen giảm dần: R- I > R-Br > R-Cl >> R-F 13 1.5 Tính chất hóa học - Nếu halogen: khả phản ứng phụ thuộc cấu tạo gốc hidrocacbon Chia thành nhóm chính:  Nhóm khả phản ứng cao (benzyl C6H5 -CH2-, alyl CH2=CH-CH2-): gốc cạnh nguyên tử cacbon có liên kết đơi (ngun tử cacbon vị trí α liên kết đơi) bậc 14 4/12/2023 1.5 Tính chất hóa học  Nhóm có khả phản ứng trung bình: ankyl halogenua nhóm khơng no nằm xa ngun tử halogen CH3-CH2-CH2-CH2-Br; CH3-CH=CH-CH2-CH2-Br  Nhóm có khả phản ứng thấp (vinyl CH2=CH-; phenyl C6H5-): nguyên tử halogen liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon có trạng thái lai hóa sp2 Do hiệu ứng +C  liên kết C-X bền  khả phản ứng thấp - Dẫn xuất halogen tham gia nhiều loại phản ứng: phản ứng thế, tách theo chế nucleophin, tác dụng với kim loại… 15 1.5.1 Phản ứng nhân SN - Cơ chế: chƣơng - Đặc điểm lập thể: chƣơng - Khả phản ứng dẫn xuất halogen khác nhau: chƣơng - Một số phản ứng điển hình:  Phản ứng thủy phân RX tạo ancol: R-X + OH-  R-OH + XCH3-CH2-Br + OH-  CH3-CH2-OH + Br Phản ứng tạo ete (Williamson): R-X + R‟-O-  R-O-R‟ + XCH3-CH2-Br + CH3-O-  CH3-CH2-O-CH3 + Br- 16 4/12/2023 1.5.1 Phản ứng nhân SN  Phản ứng tạo amin: R-X + NH3  R-NH2 + HX CH3-CH2-Br + NH3  CH3-CH2-NH2 + HBr CH3-CH2-NH2 + CH3-CH2-Br  (CH3-CH2)2NH + HBr (CH3-CH2)2NH + CH3-CH2-Br  (CH3-CH2)3N + HBr  Phản ứng tạo nitrin: R-X + KCN  R-CN + KX CH3-CH2-Br + KCN  CH3-CH2-CN + KBr Chú ý: R-CN dễ bị thủy phân nước R-CN + H2O  R-COOH + NH3 17 1.5.2 Phản ứng tách loại E  Gốc R có bậc cao, hay bazơ mạnh  phản ứng tách loại chiếm ƣu phản ứng 1.5.3 Phản ứng với kim loại Tùy thuộc vào chất kim loại mà phản ứng dẫn xuất halogen với kim loại cho sản phẩm khác 18 4/12/2023 1.5.3 Phản ứng với kim loại 1.5.3.1 Phản ứng với Mg - Phản ứng dung môi THF ete - Sản phẩm: RMgX, có tên tác chất Grignard 1.5.3.2 Phản ứng với Na, Li - Phản ứng dung môi THF ete - Sản phẩm: HC - Phản ứng có hiệu suất thấp độ chọn lọc không cao 2C2H5Br + 2Na → C2H5-C2H5 + 2NaBr 19 1.6 Dẫn xuất halogen tiêu biểu 1.6.1 Vinylhalogenua - CTCT: - Điều chế: + Từ dicloetan: + Từ axetilen: - Ứng dụng: trùng hợp tạo PVC 20 10 4/12/2023 a) Nhóm 1,3-azol Ứng dụng Thiazol O R C NH S D.C.I OCH3 CH3 N O R CH3 Meticillin COOH OCH3 Penicillin = Vòng -lactam + vòng thiazol N O CH3 Oxacillin* R Penicillin C6H5-CH2- Penicillin G (tự nhiên) C6H5-O-CH2- Penicillin V C6H5-CH=CH-CH2- Penicillin F CH3-(CH2)5-CH2- Penicillin K HOOC-CH(NH2)-CH2-CH2-CH2- Penicillin N HO-C6H4-CH2- Penicillin X C6H5-CH(NH2)- Ampicillin Cl N O CH3 Cloxacillin* Cl N O CH3 431 Dicloxacillin cl b) Nhóm 1,2-azol O N Isoxazol N N H Pyrrazol S N Ứng dụng: Isothiazol C6H5 O N N Thế điện tử E X N + E X C6H5 CH3 O CH3 (CH3)2CH Phenazon trị đau nửa đầu N N N CH3 CH3 Propyphenazon OH SH N N N N H N N N H N Allopurinol Tisopurin Giảm acid uric/máu 432 216 4/12/2023 7.1.5.3 Dị vòng cạnh dị tố    PYRIDIN a) Điều chế Từ ,-aldehyd chƣa no CH3 2CH2=CH-CHO + NH3 - 2H2O N 433 a) Điều chế Chƣng cất hắc ín than đá HC CH HC CH N HC N Tổng hợp Hantzsch H R C EtOOC O COOEt C R' EtOOC R H COOEt C O O H R'' R' N R'' H H N R H EtOOC R' R COOEt N R'' R HOOC COOH 434 R' N R'' R' N R'' 217 4/12/2023 b) Tính chất hóa học Mang đầy đủ tính chất hydrocarbon thơm + tính bazơ 435 b) Tính chất hóa học Thế điện tử - Khả thế: NO HNO3/H2SO4 ®, 3000 N SO3 H H2SO4, ®, 3200 N N Br Br2, 3000 N 436 218 4/12/2023 Thế nhân C4H9Li KOH N NaNH2 N C4H9 N - NaH OH NH2 + N NH2 -aminopyridin N -aminopyridin 437 E Nu N 438 219 4/12/2023 439 Phản ứng cộng H2 (phản ứng khử) H2 Pt N H Na Na N EtOH N EtOH H Na N H EtOH N H Piperidin LiAlH4 N H 1,2-dihydropyridin 440 220 4/12/2023 Phản ứng oxi hóa Bền với Br2, KMnO4 lỗng Tác dụng với H2O2 NO2 H2 O NO2 [H] HNO3 N N N O O N dẫn xuất p pyridin N-Oxyd Tác dụng với KMnO4 đặc COOH KMnO4 + CO2 N N COOH 441 Phản ứng oxi hóa Oxy hóa gốc hydrocarbon CH3 N [O] COOH N -picolin acid picolic -picolin acid nicotinic picolin acid isonicotinic 442 221 4/12/2023 Tính bazơ Bazơ yếu # amin bậc N CH3I HCl + N Cl + - N ICH3 H Pyridin hydrochlorid N-metylpyridin iodid 443 c) Ứng dụng Nifedipin = Adalate Isoniazid = Rimifon Pyridoxol Nicotinamid = vit PP Pyridoxal = vit B6 444 222 4/12/2023 7.1.5.4 Dị vòng ngưng tụ dị tố Benzo[b]pyridin Benzo[c]pyridin quinolin isoquinolin 445 a) Điều chế Tổng hợp Skraup Tổng hợp Friedlander 446 223 4/12/2023 b) Tính chất hóa học Tính bazơ - Yếu pyridin CH3I + N N I - CH3 Thế điện tử - Phản ứng khó xảy HNO3/H2SO4 N NO2 N SO3/H2SO4 N 447 SO3H Thế nhân NaNH2 N N Phản ứng cộng N H N [H] NH2 H N [H] Na / EtOH Na / EtOH Decahydroquinolin Tetrahydroquinolin Phản ứng oxi hóa N KMnO4  HOOC N HOOC 448 Acid quinolic 224 4/12/2023 c) Ứng dụng dẫn xuất quinolin Quinolon hệ : kháng khuẩn Acid nalidixic = NEGRAM Ciprofloxacine = CIFLOX   Quinolin trị sốt rét Chloroquine Pamaquine CH3 Quinin R = CH (CH2)3 N(C2H5)2 449 7.1.5.5 Dị vịng cạnh dị tố a) Nhóm diazin N N N N N N 1,2-diazin 1,3-diazin 1,4-diazin Pyridazin Pyrimidin Pyrazin 450 225 4/12/2023 a) Nhóm diazin - Ứng dụng: • Khung axit barbituric OH N HO O O R1 R2 O N OH R1 R2 O NH N H O Barbituric : gây ngủ NH N H S Thiobarbituric : gây tê, mê 451 a) Nhóm diazin • Các axit nucleic OH Khung Pyrimidin N N N HN N N H2N N H Adenin OH HO N Acid uric N N N H Cl H3C N OH Cytosin Guanin OH N H OH O N N N OH Thymin NH2 N N N OH Uracil Khung Purin NH2 OH CH3 N N N N H HOCH2CH2 NH2 + S N N CH3 Thiamin (vitamin B1) 452 Allopurinol 226 4/12/2023 b) Nhóm thiazin R 10 N N X + (CH3)2N S S Br N(CH3)2 Xanh methylen Sát trùng, trị ghẻ, trị ngộ độc củ dền Phenothiazin Làm phẩm màu, phẩm nhuộm cơng nghiệp 453 b) Nhóm thiazin Ứng dụng phenothiazin R 10 N S DCI Hoạt tính X Promethazine Kháng histamin H1 H Chlorpromazine An thần H, Cl, X R CN, CF3… Alimemazine Fenoverine Gây liệt H Diethazine Trị Parkinson H 454 227 4/12/2023 7.2 Chỉ thị màu 7.2.1 Khái niệm - Chất thị màu (CTM): • Là axit hữu yếu hay bazơ hữu yếu, điện li thuận nghịch (kí hiệu HA) • Anion A– phân tử HA có màu khác - Cân (CB) thuận nghịch: H3O+ + A– (1) HA + H2O • CB dịch chuyển phía phải () dung dịch có màu A– • CB dịch chuyển phía trái () dung dịch có màu HA - Mắt phần biệt đƣợc màu hỗn hợp màu nồng độ 455 gấp 10 lần màu kia: 7.2.1 Khái niệm • Khi [ HA] [ A] • Khi [ HA] [ A] ≥ 10 , màu chất thị màu HA ≤ 0,1 , màu chất thị màu anion A– - Từ (1) ta suy : pH = pK – lg • [ HA] [ A] • [ HA] ≤ [ A] [ HA] [ A] (2) (*) ≥ 10, dung dịch màu HA: pH ≤ pK – lg10  pH ≤ pK – (3) 0,1, dung dịch màu A–: pH ≥ pK – lg0,1  pH ≥ pK + (4)  Khoảng pH từ (pK – 1) đến (pK + 1) khoảng đổi màu chất thị Chất CTM Metyl da cam Quỳ Phenolphtalein Môi trƣờng axit đỏ da cam đỏ không màu Khoảng biến đổi màu 3,1 – 4,4 5–8 – 10 Môi trƣờng bazơ vàng xanh đỏ (hồng) 456 228 4/12/2023 7.2.2 Giới thiệu cấu tạo số CTM 7.2.2.1 Metyl da cam (heliantin) - Là chất hữu có tính chất lƣỡng tính với số axit KA = 4.10–4 H3C N N NH SO 3H H3C CH3 NaO 3S N N màu vàng N CH3 màu vàng da cam H3C N N NH SO3H H3C màu đỏ 457 7.2.2.2 Phenolphtalein - Là chất hữu thuộc dạng lactoit 458 229 4/12/2023 7.2.2.3 Quỳ tím - Quỳ tím hỗn hợp nhiều chất có nguồn gốc từ địa y (từ 10 đến 15 chất bao gồm : Erythrolein, Azolitmin, Spaniolitmin, Leucoorcein Leucazolitmin …) Giấy quỳ tím hố đỏ mơi trƣờng axit hố xanh mơi trƣờng bazơ 459 230