Nội dung Giáo trình được chia thành hai phẩn:Phần một: “Cơ sở ỉý thuyết Hóa hữu cơ”, cung cấp những kiến thức cơ bản về cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, ảnh hưởng của thành phần và cấu tạo đế
PHAN THANH SƠN NAM (Chủ biên) TRẦN THỊ VIỆT HOA O Ad V lđ M Ỉ HÓA HỮU Cơ Oi NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP Hồ CHÍ MINH Đ Ạ I HỌC QUỐC G IA T P H C H Í M IN H TR Ư Ờ N G Đ Ạ I HỌC BÁC H KHO A PH A N THANH SƠN NAM ( C h ủ b i ê n ) TRẦN T H Ị VIỆT HOA GIÁO TRÌNH HĨA HỮU C N H À X U Ấ T B Ẩ N Đ Ạ I HỌC Q UỐ C G IA T P HỒ C H Í M IN H - 2011 MỤC LỤC LỜ I N Ó I ĐẦƯ Phẩn Cơ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỮU Chương ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ 11 1.1 Giới thiệu chung 11 1.2 Các công thức biểu diễn cấu trúc 13 1.3 Quy tắc Cahn-Ingold-Prelog 16 1.4 Đồng phân hình học 18 1.5 Đồng phân quang học 27 1.6 Cấu dạng sô' hợp chất thường gặp 54 Chương CÁC LOẠI HIỆU ỨNG TRONG PHÂN TỬ HỢP ch ất hữu cú 65 2.1 Giới thiệu chung 65 2.2 Hiệu ứng cảm ứng 66 2.3 Hiệu ứng liên hợp 70 2.4 Hiệu ứng siêu liên hợp 79 2.5 Hiệu ứng không gian hiệu ứng ortho 81 2.6 Ảnh hưởng hiệu ứng lên tín h acid-base 85 2.7 Ảnh hưởng hiệu ứng lên độ bền carbocation, carbanion gốc tự Chương PHẢN ỨNG HỮU VÀ CHẾ PHÀN ỨNG 105 112 3.1 Giới thiệu chung 112 3.2 P hân loại phản ứng hữu 113 3.3 Giới thiệu phương pháp xác định cơchế phản ứng 119 3.4 Cơ chế tổng quát phản ứng hữu thường gặp 124 3.5 Ẳnh hưởng hiệu ứng lên khả phản ứng 139 P h ầ n CÁC NHÓM ĐỊNH CHỨC CHÍNH 145 Chương CÁC HỢP CHẤT ALKANE 147 4.1 Cấu tạo chung 147 4.2 Danh pháp IUPAC 149 4.3 Các phương pháp điều chế 153 4.4 Tính chất vật lý 158 4.5 Tinh chất hóa học 160 4.6 Một sô ứng dụng alkane 177 Chương CÁC HỢP CHẤT ALKENE 179 5.1 Cấu tạo chung 179 5.2 Danh pháp 180 5.3 Các phương pháp điều chế 182 5.4 Tính chất vật lý 186 5.5 Tính chất hóa học 187 Chương CÁC HỢP CHẤT ALKADIENE 6.1 Cấu tạo chung 228 228 6.2 Danh pháp 232 6.3 Các phương pháp điều chế 233 6.4 Tính chất vật lý 235 6.5 Tính chất hóa học 236 6.6 Giới thiệu hợp chất allene 250 Chương CÁC HỢP CHẤT ALKYNE 252 7.1 Cấu tạo chung 252 7.2 Danh pháp 253 7.3 Các phương pháp điều chế 255 7.4 Tính chất vật lý 257 7.5 Tính chất hóa học 258 C hương CÁC HỢP CHẤT HYDROCARBON THƠM 8.1 Cấu tạo benzene 8.2 Tính thơm - quy tắc HUKEL 8.3 Danh pháp 8.4 Các phương pháp điều chế 8.5 Tính chất vật lý 8.6 Tính chất hóa học 8.7 Một sô" ứng dụng hợp chất hydrocarbon thơm 272 272 275 278 282 284 287 325 C hương CÁC DẪN XUẤT HALOGEN VÀ HƠP CHẤT MAGNESIUM 326 9.1 Cấu tạo chung 326 9.2 Danh pháp 327 9.3 Các phương pháp điều chế 329 9.4 9.5 9.6 9.7 336 337 366 376 Tính chất vật lý Tính chất hóa học Hợp chất magnesium (Grignard) Một sơ" ứng dụng dẫn xuất halogen Chương 10 CÁC HỢP CHẤT ALCOHOL VÀ PHENOL 378 A CÁC HỢP CHẤT RƯỢU 378 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 Cấu tạo chung Danh pháp Các phương pháp điều chế Tính chất vật lý Tính chất hóa học Một sơ' ứng dụng alcohol B CÁC HỘP chất phenol 10.7 Cấu tạo chung 10.8 Danh pháp 10.9 Các phương pháp điều chế 10.10 Tính chất vật lý 10.11 Tính chất hóa học 10.12 Một số ứng dụng phenol 378 379 381 390 391 410 412 412 313 315 418 420 433 Chương 11 CẢC HỢP CHẤT CARBONYL 11.1 Cấu tạo chung 11.2 Danh pháp 11.3 Các phương pháp điều chế 11.4 Tính chất vật lý 11.5 Tính chất hóa học 11.6 Một số ứng 'lụng hợp chất aldehyde ketone 435 435 436 439 447 448 478 Chương 12 CÁC HỢP CHẤT CARBOXYLIC ACÍD 12.1 Cấu tạo chung 12.2 Danh pháp 12.3 Các phương pháp điềuchế 12.4 Tính chất vật lý 12.5 Tính chất hóa học 12.6 Phản ứng dần xuất từ carboxylic acid 12.7 Một số ứng dụng carboxylic acid 479 479 480 485 492 494 510 526 Chương 13 CÁC HỘP chất amine - DIAZ0NIUM 13.1 Câu tạo chung 13.2 Danh pháp 13.3 Các phương pháp điều chế 13.4 Tính chất vật lý 13.5 Tính chất hóa học 13.6 Một sơ" ứng dụng amine 13.7 Các hợp chất diazonium 529 529 531 534 540 543 558 560 Chương 14 CÁC H0P CHẤT DỊ VÒNG THŨM NĂM VÀ SÁU CẠNH MỘT ỮỊ Tố 14.1 Cấu tạo chung 14.2 Các phương pháp điều chế 14.3 Tính chất v ậ t lý 14.4 Tính chất hóa học pyrrole,furan thiophene 14.5 T ính chất hóa học pyridine 14.6 Một số ứng dụng hợp chất dị vòng thơm năm sáu cạnh dị tố 571 571 576 584 585 603 T À I U Ệ U TH AM KHẢO 620 616 LỜI NĨI ĐẨU Hóa hữu ngành hóa học chuyên nghiên cứu hợp chất carbon Các nguyên tử carbon hình thành liên kết với nguyên tử ngun tố khác, đặc biệt cịn có khả liên kết với nhau, hình thành hàng triệu hợp chất hữu khác có cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp Các hợp chất hữu đóng vai trò đặc biệt quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sơng nhân ỉoạì Việc nghiên cứu tìm phương pháp xây dựng nên phân tả phức tạp với tính chất mong muốn từ phân tử đơn giản cần thiết Giáo trinh HÓA HỮU c cán giảng dạy Bộ mơn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, Khoa Kỹ thuật Hóa học đồng biên soạn dựa đề cương mơn học Hóa hữu cửa Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Đây chương trinh Hóa hữu dành cho sinh viên ngành kỹ thuật hóa học với mục tiêu đáo tạo theo diện rộng, đồng thời có kỹ chun mơn cao Nội dung Giáo trình chia thành hai phẩn: Phần một: “Cơ sở ỉý thuyết Hóa hữu cơ”, cung cấp kiến thức sở lý thuyết hóa hữu cơ, ảnh hưởng thành phần cấu tạo đến phân bô' mật độ điện tử nguyên tử phân tử, ảnh hưởng cấu tạo đến chế, khả phản ứng tính chất lý hóa hợp chất hữu củng chế phản ứng quan trọng hóa học hữu cơ, Phẩn hai: “Các nhóm định chức chính”, cung cấp kiến thức hóa học nhổm định chức hóa hữu cơ, phương pháp tổng hợp chủ yếu sử dụng tính chất lý hóa quan trọng hợp chất hữu ca Giảo trình khơng nhằm mục đích trinh bày tất nhóm định chức có hóa hữu mà tập trung nghiên cứu số nhóm định chức quan trọng Giáo trình bao gồm 14 chương PGS - TS Phan Thanh Sơn Nam chủ biên phân công biên soạn sau: Chương I chương PGS ■TS Trần Thị Việt Hoa PGS - TS Phan Thanh Sơn Nam đồng biẽn soạn Từ chương đến chương 14 PGS ■ TS Phan Thanh Sơn Nam chịu trách nhiệm biên soạn Giáo trình dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên đại học học vièn cao học ngành kỹ thuật hóa học (chemical engineering) Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, tài liệu tham khảo cho nghiến cứu sinh, cán giảng dạy cán nghiến cứu ngành kỹ thuật hóa học trường đại học cao đảng khác Sinh viên đại học học viên rao học ngành hóa học (chemistry) tham khảo thêm giáo trình ngồi giáo trình Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Sư phạm Xin chăn thành cảm ơn PGS TS Phạm Thành Quân, TS Nguyễn Hữu Lương, TS Tống Thanh Danh, TS Lê Thị Hồng Nhan, PGS TS Nguyễn Phương Tùng GS TSKH Nguyền Công Hào đọc thảo góp ý cho nhóm biên soạn, Xin cám ơn cán giảng dạy, học viên cao học sinh vỉên làm luận văn tốt nghiệp Bộ mơn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, Khoa Kỹ thuật Hóa học nhiệt tình giúp chúng tơi sủa thảo Riêng người chủ biên xin chân thành cảm ơn PGS TS Trần Thị Việt Hoa kiến thức quý báu liên quan đến lỉnh vực tổng hợp hữu PGS truyền thụ bậc đại học sau đại hạc Những kiến thức tiền đề quan trọng cho đời giáo trình Hóa hữu Nhóm biên soạn xin chân thành biết ơn tất nhà khoa học tác giả công trinh khoa học liệt kê mục tài liệu tham khảo cuối giáo trinh Cần phải khẳng định khơng có cơng trinh khoa học có giá trị đổ 8ẽ khơng có đời giáo trình Chúng mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để ỉẩn tái tới, Giáo trình HĨA HỮƯ c hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: PGS - TS Phan Thanh Sơn Nam, Bộ môn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đọi học Bách khoa ■ Đại học Quôc gia Thành phố Hồ Chí Minh, số 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 38647256 (số nội 5681) Số fax: 38637504 Email: ptsnam@hcmut.edu.vn Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh Ngày 8.12.2010 Chủ biên PGS ■TS Phan Thanh San Nam PHẨN c s LÝ THUYẾT HÓA HỮU c Chương ĐỒNG PHÂN LẬP m THỂ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Đồng phân (isomer) hợp chất hữu có m ột cơng thức phân tử có cấu trúc hóa học khác Do đó, đồng phân hợp chất khác nhau, có tính chất hóa học tính chất vật lý khác hoàn toàn Riêng hai đồng phân quang học đơi đơi quang có tính chất hóa học tín h chất v ật lý giống nhau, nhiên chúng thể hoạt tính sinh học khác Vấn đề trình bày chi tiế t phần Trong định nghĩa nói trên, khái niệm ‘cấu trúc hóa học’ bao gồm trậ t tự liên kết, cách thức liên kết nguyên tử có m ặt phân tử, xét m ặt phẳng không gian Các vấn đề liên quan đến đồng phân m ặt phẳng, hay cồn gọi đồng phân cấu tạo (constitutional isomer), trìn h bày chi tiết lớp Hóa học hữu chương trìn h bậc phổ thông Thường gặp n h ấ t ỉà loại đồng phân cấu tạo sau đây: • Đồng phân mạch carbon (chỉ khác cách xếp mạch carbon), ví dụ: CHo I CH3CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 pentane isopentane • Đồng phân vị trí nhóm chức (có nhóm chức khác vị trí nhóm chức phân tử), ví dụ: C1 CH3CH2CH2CH2C1 1-chỉorobưtane CHjjCHjjCHCHg 2-chlorobutane