Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia

Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia Chuyên Đề một số cơ chế phản ứng phổ biến - bồi dưỡng học sinh giỏi đội tuyển quốc gia

Chuyên đề PHẢN ỨNG VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ

I Các loại phản ứng hữu cơ – Phân loại được các loại phản ứng hóa hữu cơ

thường gặp (thế, cộng, tách)

II Các loại tiểu phân trung gian

trong phản ứng hóa hữu cơ – Trình bày được sự cách phân cắt đồng li,phân cắt di li để tạo thành gốc tự do,

carbocation và carbanion

- Trình bày được khái niệm và vai trò của cáctiểu phân trung gian khác (carben, aryne)

– So sánh được độ bền tương đối của các gốc

tự do, các carbocation và carbanion

– Viết được công thức cộng hưởng của một sốtiểu phân trung gian (gốc tự do, carbocation,carbanion)

III Một số cơ chế phản ứng phổ

biến khác trong hóa hữu cơ

– Trình bày được một số cơ chế phổ biến kháctrong hoá học hữu cơ:

+ Cơ chế aryne

- Cơ chế phản ứng cộng Michael

- Cơ chế ngưng tụ: Claisen, benzoin, acyloin

- Cơ chế chuyển vị (1,2; 1,3, pinacol, Hoffman,Schmid, Bayer-Viliger, Frey, Curtius, Lossen

- Cơ chế oxi hóa - khử: Các phản ứng khử:

Wolff-Kishner, Clemmensen, phản ứnghydrobo hóa Brown; các phản ứng oxi hóa:Dakin, Swern, Dess-Martin

- Cơ chế đồng bộ: [2+2], phản ứng ene, phảnứng cộng đóng vòng 1,3 lưỡng cực, phản ứng[3.3], phản ứng electrocyclic

– Giải thích được sự tạo thành sản phẩm vàhướng của một số phản ứng cụ thể

– Vận dụng được các cơ chế trong thiết kế vàtổng hợp các hợp chất hữu cơ

NỘI DUNG

1

I Các loại phản ứng hữu cơ

1.1 Phân loại theo hình thức của phản ứng

Dựa theo kiểu phân cắt liên kết có các kiểu tác nhân phản ứng như sau:

Tác nhân nucleophile Tác nhân electrophile Tác nhân gốc tự do

Gồm các nguyên tửhoặc nhóm nguyên tửchứa electron độc thân

có khả năng phản ứngcao

2

ArN , NO+,RHg+, R+

- Trung hòa: SO3; CO2; AlHal3;

Phản ứng thế gốc(SR: Radical

Thường xảy ra theo

ba bước:

1 Khơi mào (hình thành gốc tự do)

2 Phát triển mạch (gốc tự do tấn công vào phân tử hình thành gốc tự do mới)

3 Tắt mạch (hình thành liên kết mới từ các gốc tự do)

Addition)

Phản ứng cộng electrophile(AE: Electrophilic Addition)

Phản cộng gốc(AR: Radical Addition)

Đặ

c

điể

m

tác nhân tấn công nguyên

tử carbon mang điện tích

dương của nối đôi (hoặc

nối ba) tạo thành liên kết

cộng hóa trị nhờ cặp

electron của nó

nguyên tử carbon chưa no nhường electron cho tác nhân electrophile để hình thành liên kết mới

Thường xảy ra theo ba bước:

1 Khơi mào (hình thành gốc tựdo)

2 Phát triển mạch (gốc tự do tấn công vào phân tử hình thành gốc tự do mới)

3 Tắt mạch (hình thành liên kết mới từ các gốc tự do)

HO + HBr HOH + Br

CH3 CH CH2 + Br CH3 CH CH2 Br

CH3 CH CH2 Br + HBr CH3CH2CH2Br + Br

1.3.3 Phản ứng tách

Về nguyên tắc, người ta có thể chia các phản ứng tách dị li ra thành phản ứng nucleophile và

phản ứng electrophile Tuy nhiên sự phân loại đó không cần thiết vì tất cả những phản ứng tách

quan trọng nhất đều là những phản ứng nucleophile Ví dụ:

C2H5O- + CH3CH2Br → C2H5OH + CH2=CH2 + BrH2O + (CH3)3CBr → H3O+ + (CH3)2C=CH2 + Br-



Liên kết cộng hóa trị duy nhất hình thành trong quá trình phản ứng, giữa tác nhân và phần tử

bị tách ra là liên kết giữa tác nhân và proton Đây là những phản ứng tách nucleophile Bên cạnh đó,

phản ứng tách có thể chia thành các loại: E1; E2; Ecb

Ngoài các cách trên, phản ứng trong hữu cơ còn có thể phân loại thành phản ứng oxi hóa

-khử, phản ứng cộng đóng vòng, phản ứng chuyển vị,

Phiếu học tập

3

Bài tập Phân loại các phản ứng sau.

a) CH2=CH2 + H2  xt CH3-CH3

b) CH2=CH2 + HI H O2

  CH3-CH2-Ic) CH3-CH3 + Cl2  as CH3-CH2-Cl + HCl

d) CH3-CH3  xt t,o CH2=CH2 + H2

e) CH3-CH2Br + KOH C H OH2 5

   CH2=CH2 + KBr + H2Of) CH3-CH2-Br + KOH H O2

  CH3-CH2-OH + KBrg) CH3CH=O + HCN → CH3-CH(OH)-CN

h) CH2=CH-CH3 + HBr H O2 2

   ………

II Các tiểu phân trung gian trong hóa hữu cơ

2.1 Các loại phân cắt liên kết trong hợp chất hữu cơ

* K/n gốc tự do: là những tiểu phân chứa một electron độc thân

Đặc điểm của gốc tự do: rất không bền, thời gian tồn tại ngắn, có khả năng phản ứng cao Gốc tự docàng bền khi electron độc thân được giải tỏa nhờ hiệu ứng liên hợp, siêu liên hợp hoặc hiệu ứngcảm ứng

(C6H5)3C-H + Na  H2 + Na+ + (C6H5)3C

Cacboanion

* K/n: Phân cắt di li là sự phân cắt liên kết CHT phân cực trong đó nguyên tử có độ âm điện caochiếm hẳn cặp electron chung trở thành tiểu phân mang điện tích âm, nguyên tử còn lại màn điệntích dương

- Điện tích dương nằm trên nguyên tử C  cacbocation

- Điện tích âm nằm trên nguyên tử C  cacboanion

* Đặc điểm của cacbocation và cacboanion: Đều không bền, thời gian tồn tại ngắn và chỉ là tiểuphân trung gian trong các phản ứng hóa học hữu cơ Độ bền của chúng phụ thuộc vào cấu trúc:những yếu tố hiệu ứng làm giải tỏa điện tích ở nguyên tử C sẽ làm tăng độ bền của chúng

Ví dụ 1 : Hãy so sánh độ bền của ba cacbocation sau:

- Cacbocation có cấu trúc phẳng (nguyên tử C mang điện tích dương lai hóa sp 2):

C +

Cấu trúc phẳng là điều kiện cần để cho cacbocation tồn tại

Br Cl

=

=

OH

H 1-hidroxitryptyxen

=

H

H2SO4

b Độ bền tương đối

Điện tích dương trên nguyên tử cacbon được giải tỏa càng nhiều thì cacbocation càng bền Như vậy:

 Những nhóm có hiệu ứng +C, +I, +H làm tăng độ bền của cacbocation

 Những nhóm có hiệu ứng -C, -I làm giảm độ bền của cacbocation

Ví dụ:

(1) C6H5+; CHC+; CH2=CH+ < CH3+ < CH3-CH2+ < (CH3)2CH+ < CH2=CH-CH2+ < (CH3)3C+ <C6H5CH2+

CH3

H 3 C CH2

H3C CH

H3C

H3C C

H 3 C

H 3 C C

a Cấu trúc không gian

Cacbanion có thể có cấu trúc hình tháp tam giác hoặc phẳng tùy theo bản chất nhóm thế ởnguyên tử cacbon mang điện tích âm

 Dạng tháp tam giác: giữa các nhóm thế và cặp electron ở nguyên tử cacbon không có sự

liên hợp, nguyên tử cacbon lai hóa sp3

5

C C

 Dạng phẳng: giữa các nhóm thế và cặp electron ở nguyên tử cacbon có sự liên hợp,

nguyên tử cacbon lai hóa sp2

C6H5 C CN

CH3

b Độ bền tương đối

Điện tích âm được giải tỏa càng nhiều thì cacbanion càng bền Như vậy:

 Những nhóm có hiệu ứng +C, +I, +H làm giảm độ bền của cacbanion

 Những nhóm có hiệu ứng -C, -I (-NO2 > -COR > -SO2R > -COOR > -CN > -Hal > -H > -R)làm tăng độ bền của cacbanion

CH3 F3CCH

F3C

H C

 Nếu nguyên tử cacbon mang điện tích âm tham gia hệ thơm thì cacbanion đặc biệt bền

Ví dụ 1: Độ bền tương đối phụ thuộc vào kiểu lai hóa của nguyên tử cacbon mang điện tích âm:

Ví dụ 2: Độ bền tương đối của cacbanion:

Benzyl > vinyl > phenyl > xiclopropyl > metyl > etyl > n-propyl > isobutyl > neopentyl >

H3C C

H 3 C

H 3 C C

N N O

NO 2

NO 2

O 2 N O

Ph Ph

Ph

N O

2.3.1.2 Phản ứng tách 

O Cl

Cl

Cl Cl

Cl

Cl

C Cl Cl H

Cl

C

Cl + Cl RO

C Cl

Cl

Cl ®iclocacben

Cl

Br H

Br + t-BuOK Br + t-BuOH

K

Br cacbenoit

C Cl Cl H

R

C Cl

R

+ Cl C

Cl

Cl R iPr2N

C H Cl H

R

C H

R

+ Cl C

H

Cl R Ph

Br H

R

Br

Br H

R

Li BuLi

Cấu trúc và độ bền tương đối của cacben

Cacben là chất trung gian kém bền, chúng có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau:

 Singlet: 2 electron hóa trị tự do nằm trên cùng một obitan và có spin đối song.

 Triplet: 2 electron hóa trị tự do nằm trên hai obitan và có spin cùng chiều.

C H

H

sp2

C H

H

sp2

9

Cacben singlet Cacben triplet

Nhóm thế có chứa cặp electron hóa trị tự do làm bền hóa cacben singlet:

Các nhóm thế có kích thước lớn cũng có tác dụng bền hóa cacben Thí dụ:

P N

C SiMe3N

N C N

2.4 Bài tập vận dụng

Xem xét phản ứng chuyển vị sau

(a) Hãy viết mũi tên cong để biểu diễn cơ chế của phản ứng chuyển vị

(b) Phản ứng trên tạo ra một trung tâm bất đối mới, hãy vẽ cấu trúc của đồng phân đia không đượctạo thành và giải thích tại sao phản ứng trên không tạo ra đồng phân này

(c) Hãy cho biết động lực của phản ứng chuyển vị trên

Hướng dẫn

a.

b Sự chuyển vị xảy ra trên cùng một mặt phẳng

c Động lực của chuyển vị là làm giảm sức căng của vòng 4 cạnh)

2.5 Viết được công thức cộng hưởng của một số tiểu phân trung gian

2.5.1 Khái niệm

Khái niệm: Công thức cộng hưởng (resonance structures, mesomeric structures) là những công

thức chỉ khác + nhau về vị trí của electron  và electron không liên kết trên cùng một bộ khung

được tạo bởi các liên kết 

Quy tắc vẽ công thức cộng hưởng: Chỉ dịch chuyển electron  và electron hóa trị tự do, không

dịch chuyển nguyên tử và electron 

Một số kiểu chuyển dịch electron để tạo công thức cộng hưởng:

+ So sánh độ bền của các công thức cộng hưởng:

Để so sánh độ bền của các cấu tử trung gian (C+, C., C-) người ta có thể sử dụng các loại hiệu ứngelectron hoặc thuyết cộng hưởng Theo thuyết cộng hưởng thì:

 Cấu tử nào có nhiều công thức cộng hưởng hơn sẽ bền hơn Trong thí dụ sau thì cacbocation

A kém bền hơn B:

11

Br (A)

b) Xác định công thức cộng hưởng bền nhất trong mỗi trường hợp sau:

Công thức cộng hưởng bền nhất được khoanh bên dưới là công thức thõa mãn điều kiện: nhiều liên kết nhất và ít điện tích hình thức nhất:

Câu 2: Xác định các cấu trúc nào sau đây có thể tham gia vào sự cộng hưởng Với mỗi

trường hợp, hãy vẽ các dạng cộng hưởng có thể có

e) Điện tích kề với hai hệ π, dẫn đến các dạng cộng hưởng sau:

f) Điện tích kề với hai hệ π, dẫn đến các dạng cộng hưởng sau:

13

Câu 3: Hãy dự đoán các cấu trúc cộng hưởng nào trong mỗi trường hợp sau đây chiếm

ưu thế nhất Giải thích ngắn gọn:

H C Na)

e)

Hướng dẫn

a) Khác biệt chính trong hai dạng này là vị trí của điện tích âm Dạng cộng hưởng

sẽ bền hơn nếu điện tích âm nằm ở vị trí nguyên tử âm điện hơn, trong trườnghợp này là N

b) Sự tồn tại và tách biệt của các điện tích là yếu tố chính phân biệt các dạng cộnghưởng này

c) Dạng kém ưu tiên nhất có điện tích âm trên nguyên tử kém âm điện nhất, C.Hai cấu trúc khác có hệ π tương tự nhau, và điện tích đều trên O nên ưu tiên nhưnhau

d) Cấu trúc bên trái có một orbital hóa trị trống trên nguyên tử carbon, sẽ kémquan trọng hơn hai cấu trúc tương đương ở bên phải

Câu 5: Hãy vẽ các công thức cộng hưởng của mỗi cấu tử sau:

(a) Anion metyl photphat, CH3OPO32- (3 công thức)

(b) Cation alyl, CH2=CH-CH2+ (2 công thức)

(c) Anion benzoat, C6H5-COO- (4 công thức)

Hướng dẫn

N N

N N C N

N O

bÒn nhÊt

13 Năm công thức có độ bền bằng nhau:

N O O

15 Hai công thức có độ bền bằng nhau:

1 2

1 2

H H

f.

2 acid work-up

O OEt R

O

R +

Michael adduct Michael acceptor

Michael donor

EWG=

O R

O OR

O N

R1

O O

H 3 C

H 3 C

O H O

H H

21

Nhận xét: Bản chất của phản ứng là phản ứng cộng nucleophin theo kiểu cộng 1,4.

3.2 Cơ chế ngưng tụ Claisen

R

O R'

O

R O

O

O R'

O

R O

O

R O

 -keto ester

H O

O Et

O

H

O EtO

O Et

O

O

O Et

O Et

O

O H

Nhận xét: Bản nhất phản ứng ngưng tụ Claisen: gồm có giai đoạn 1 là phản ứng xảy ra theo cơ

chế cộng nucleophin và giai đoạn hai là phản ứng tách.

Chúng ta cùng nhau nghiên cứu tiếp các phản ứng ngưng tụ có bản chất tương tự.

3.3 Cơ chế ngưng tụ Benzoin

HO H

H N

-OH

-OH C N

O H

OH -H2O

O-Na+Me

R ROMeMeO

(b3)

O O

Na Na

O OEt

OEtO

-O OEt

O

OEt O

O OH

OH

OH

H2O

Nhận xét: Phản ứng ngưng tụ Acyloin xảy ra theo cơ chế anion gốc.

3.5 Phản ứng theo cơ chế Aryne

Đặc điểm của hợp chất Aryne:

23

+ Arynes và benzynes là những loài có phản ứng cao bắt nguồn từ một vòng thơm bằng cách loại bỏhai nhóm thế:

Nhận xét: Sản phẩm là A hay B phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhóm thế Y: Có thể có hai dạng

đồng phân cấu tạo của benzyne với nhóm thế (Y): liên kết ba có thể được định vị giữa C2 và C3hoặc giữa C3 và C4 Các nhóm thế ortho vào nhóm rời sẽ dẫn đến liên kết ba giữa C2 và C3 Para Y

và LG sẽ dẫn đến đồng phân với liên kết ba giữa C3 và C4 Nhóm thế meta có thể tạo ra cả hai chấtđồng phân thay thế như đã mô tả ở trên Trong trường hợp liên kết ba nằm giữa C2 và C3, các nhómthế rút điện tử (EWG), ví dụ: CF3, sẽ chỉ đạo việc bổ sung nucleophile để đặt carbanion càng gầnEWG càng tốt Tuy nhiên, các nhóm thế hiến tặng điện tử (EDG), ví dụ: CH3, sẽ cung cấp ít tínhchọn lọc giữa các sản phẩm Trong chất đồng phân định vị nơi liên kết ba nằm giữa C3 và C4, ảnhhưởng của nhóm thế đối với việc bổ sung nucleophile bị giảm bớt, và hỗn hợp các sản phẩm para vàmeta thường thu được

+ Các ràng buộc hình học đối với liên kết ba trong benzyne dẫn đến giảm sự xen phủ của các obitan

p trong mặt phẳng, và do đó liên kết ba trong benzyn yếu hơn line kết ba trong alkyne thông thường

+ LUMO của aryne thấp hơn nhiều so với LUMO của alkyne thông thường, điều này làm cho nó trởthành một kết hợp năng lượng tốt hơn cho HOMO của nucleophile Do đó, benzyne có đặc tínhelectrophin và trải qua phản ứng với nucleophile:

+ Do khả năng phản ứng cực mạnh của chúng, các aryne phải được tạo ra tại chỗ Điển hình của cácchất trung gian phản ứng khác, benzyne phải được giữ lại, nếu không nó sẽ dime hóa thànhbiphenylene

- Các con đường ban đầu đến benzyne liên quan đến quá trình dehydro hóa halogenua aryl: Phảnứng đòi hỏi nhiệt độ cao và bazơ mạnh

- Một phương pháp khác dựa trên triflat trimethylsilyamplel [14] Sự dịch chuyển florua của nhómtrimetylsilyl dẫn đến loại bỏ triflat và giải phóng benzyne:

*Các phản ứng điển hình:

+ Bổ sung nucleophilic vào arynes

+ Phản ứng "ghép nối aryne" cho phép tạo ra các hợp chất biphenyl có giá trị trong công nghiệp dược phẩm, nông nghiệp và làm phối tử trong nhiều quá trình biến đổi có xúc tác kim loại

+ Phản ứng vòng của aryne

Benzyne trải qua quá trình đime hóa nhanh chóng để tạo thành biphenylene Một số con đường dẫn đến benzyne dẫn đến năng suất đặc biệt nhanh và cao của phản ứng tiếp theo này: theo kiểu [4+2]

Cơ chế phản ứng Aryne (E1cb-AN)

Đề xuất cơ chế giải thích quá trình hình thành sản phẩm sẩm:

H H

CH 3

NH 2 (b2)

CH3

NH 2

nhanh

nhanh

Nhận xét: Cơ chế phản ứng Aryne thực chất xảy ra theo hai giai đoạn Gia đoạn 1 là phản ứng

tách, giai đoạn tiếp theo là phản ứng cộng nuclepoilic.

25

Phiếu học tập Câu 1 Viết cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm trong các phản ứng sau:

a)

O OH

NH 2

c)

d)

e)

Câu 2: Sử dụng phản ứng cộng liên hợp của thuốc thử lithium diorganocopper có thể được sử dụng

như thế nào để tổng hợp các hợp chất sau?

Hướng dẫn

Câu 3: Chỉ ra cách bạn có thể tổng hợp từng hợp chất sau bằng cách sử dụng vật liệu, este, xeton,

acyl halogenua

Hướng dẫn

27

Câu 4: Viết cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm sau theo sơ đồ sau:

Câu 6 Trong chất nền nào sau đây, tốc độ ngưng tụ Benzoin sẽ là cực đại

Hợp chất hữu cơ tham gia chuyển vị có thể là ion hay phân tử Thường vị trí chuyển vị (A)

Gốc tự do mới sinh ra phải tự bền vững hoá bằng các phản ứng tiếp theo Hướng chuyển vị

là tạo ra các gốc tự do tương đối bền vững hơn

b Chuyển vị ketone - enol (Hiện tượng Tautome)

Xuất hiện ở hợp chất có H α linh động: hợp chất carbonyl; hợp chất chứa nhóm: -NH-CO-; >

CH-NO2; > CH-NO, … Nhưng sự chuyển hóa ketone - enol có nhiều ý nghĩa hơn cả

Dưới xúc tác H+ hoặc HO-, hợp chất carbonyl bị enol hóa nhanh tạo ra một cân bằng

Tỉ lệ ketone/enol ở trạng thái cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, dung môi và đặc biệt là cấutrúc

31

Cân bằng Ketone-Enol

Ketone hóa xúc tác acid

Enol hóa xúc tác acid

Enol hóa xúc tác base

Nếu trong phân tử có nhóm gây -C mạnh để liên hợp với hệ enol thì dạng enol chiếm tỉ lệ lớn

3.6.3 Cơ chế chuyển vị pinacol

+ Phản ứng tổng quát:

+ Cơ chế phản ứng:

Carbocation này là bậc 3 và không có biến dạng vòng Tuy nhiên, cặp electron chưa tham gia liênkết của nguyên tử oxygen giúp ổn định carbocation: oxygen giúp ổn định tốt điện tích dương trênmột nguyên tử liền kề, và hơi kém để ổn định điện tích dương cách hai nguyên tử Bằng cách sắpxếp lại, carbocation này đưa điện tích dương vào vị trí mà oxygen có thể ổn định nó và mất mộtproton từ oxygen Sản phẩm là ketone

Ví dụ 1: Dự đoán sản phẩm và viết cơ chế phản ứng giải thích quá trình hình thành sản phẩm sau

Cơ chế:

 Phản ứng theo kiểu chuyển vị pinacol của epoxides với Lewis acids

Ví dụ 2: Dự đoán sản phẩm và cơ chế phản ứng dưới đây

 Chuyển vị pinacol không đối xứng

- Nhóm bị chuyển vị mang theo cả cặp electron liên kết như một tác nhân nucleophile, nên khi cóhai nhóm thế, nhóm dễ bị dịch chuyển hơn chính là nhóm có tính đẩy electron mạnh hơn

33

- Hướng chuyển vị thường được quyết định bởi độ ổn định tương đối của carbocation trung gian.

Ví dụ 4: Dự đoán sản phẩm và cơ chế phản ứng dưới đây

Cơ chế

Sản phẩm này được tạo thành do nhóm OH màu xanh lá cây dễ dàng tạo ra hơn màu đen vìcarbocation được ổn định bởi hai nhóm phenyl dễ dàng hình thành hơn so với carbocation được ổnđịnh bởi hai nhóm alkyl

Ví dụ 5: Dự đoán các sản phẩm sinh ra trong các quá trình chuyển vị:

C6H5 CH3

C6H5OH

Vì nhóm chuyển vị mang theo cả cặp electron liên kết, cho nên khi có 2 nhóm thế, nhóm dễ bịchuyển vị là nhóm có tính đẩy electron mạnh hơn

GV đánh giá, kết luận và chốt kiến thức và chuyển sang nội dung mới:

Bản chất của phản ứng chuyển vị pinacol: phản ứng chuyển vị 1,2 nucleophile Phản ứng xảy ra quá trình protonation, tách nước tạo carbocation, chuyển vị tạo carbocation bền hơn, xảy ra quá trình deprotonation tạo aldehyde hoặc ketone.

3.6.4 Cơ chế phản ứng chuyển vị Hofmann:

Chuyển vị Hofmann là phản ứng hữu cơ để chuyển amide bậc I thành amine bậc I, sử dụng các tácnhân: halogen, base, nước và nhiệt (đun nóng)

+ Phản ứng tổng quát

+ Cơ chế phản ứng:

Ví dụ: Viết cơ chế phản ứng giải thích quá trình hình thành sản phẩm sau

a

N O

O Br

OH

OO

OH

OO

NH2

35

OH C

GV đánh giá, kết luận và chốt kiến thức và chuyển sang nội dung mới

Bản chất phản ứng Hofmann: phản ứng chuyển vị 1,2 nucleophile

3.6.5 Cơ chế phản ứng chuyển vị Schmidc

Phản ứng Schmidt là phản ứng của hydrazoic acid hoặc alkyl azide với hợp chất carbonyl, alkenehoặc alcohol, thường có sự hiện diện của Brønsted or Lewis acid Sản phẩm là một amine, iminehoặc amide, với sự loại bỏ nitrogen

Phản ứng Schmidt có thể được áp dụng để điều chế amino acids, diamines, cyclic amides, lactams

và tetrazole Mỗi một trong những hợp chất này có một ứng dụng riêng Ví dụ, acid amine được sửdụng trong ngành công nghiệp tổng hợp thuốc và mỹ phẩm

+ Phản ứng:

+ Cơ chế phản ứng:

Ví dụ: Viết cơ chế phản ứng giải thích quá trình hình thành sản phẩm sau

37

Phản ứng của carboxylic acid

Sự hình thành ban đầu của một ion acylium được theo sau bằng việc bổ sung hydrazoic acid để tạothành chất trung gian acyl azide Sự dịch chuyển tạo ra isocyanate, chất này trải qua quá trình thủyphân để tạo ra một amine và carbon dioxide

Phản ứng của các electrophiles khác

Các electron có khả năng hình thành chất trung gian carbocation cũng có thể tham gia vào phản ứngSchmidt Sau khi cộng nucleophile của hydrazoic acid vào carbocation, sự di chuyển nhóm alkylhoặc aryl tạo ra imine Cả hai quá trình thủy phân và biến đổi imine tiếp theo đều có thể xảy ra

Enantioselective Variants

Phản ứng Schmidt đã được áp dụng để khử đối xứng các ketones đối xứng có chứa các nguyên tử carbon đồng vị Việc sử dụng hydroxyalkyl azide bất đối dẫn đến sự dịch chuyển có tính khử chọnlọc cao, và việc loại bỏ nhóm thay thế nitrogen sau đó tạo ra lactam như một chất đồng phân đốiquang duy nhất

α-GV đánh giá, kết luận và chốt kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

+ Bản chất phản ứng chuyển vị Schmidt: phản ứng chuyển vị 1,2 nucleophile

3.6.6 Cơ chế phản ứng chuyển vị Bayer-Viliger

Năm 1899, nhà hóa học Đức Baeyer và nhà hóa học Thụy Sĩ Villiger trong lúc nghiên cứu về phảnứng mở vòng hợp chất ketone vòng bằng peroxyacid như mCPBA hoặc hydro peroxide, họ pháthiện ra ketone sẽ được chuyển hóa thành ester và keton vòng chuyển hóa thành lacton hoặc hydroxyacid tương ứng

+ Phản ứng:

+ Cơ chế phản ứng

Trong bước đầu tiên của cơ chế phản ứng, peroxyacid nhường oxy của nhóm carbonyl Điều nàylàm cho nhóm carbonyl dễ bị peroxyacid tấn công hơn Tiếp theo, peroxyacid tấn công carbon củanhóm carbonyl tạo thành chất trung gian Criegee Thông qua một cơ chế phối hợp, một trong nhữngnhóm thế của nhóm ketone di chuyển đến oxygen của nhóm peroxide trong khi carboxylic acid rời

đi Bước di chuyển này được cho là bước xác định tỷ lệ Cuối cùng, sự khử ion của ionoxocarbenium tạo ra ester

39

Phản ứng Baeyer-Villiger có những đặc điểm sau:

+ Sự chuyển vị ưu tiên xảy ra so với những phản ứng khác

Ví dụ: Hợp chất α, β bất bão hòa ketone cho phản ứng oxi hóa chuyển vị với nhóm carbonyl thay vì

oxi hóa nối đôi

+ Nhóm tham gia chuyển vị thường theo thứ tự:

alkyl bậc 3 > cyclohexyl > alkyl bậc 2 > aryl > alkyl bậc 1 > methyl

+ Sự chuyển vị xảy ra có lưu giữ cấu hình lập thể của nhóm chuyển vị

+ Nhiều loại tác nhân oxi hóa có thể sử dụng cho phản ứng này với hoạt tính giảm dần tương đốinhư sau: trifluoroacetic acid CF3COOH > monopermaleic acid > monoperoxyphthalic acid > 3,5-dinitrobenzoic acid > p-nitroperbenzoic acid > 3,5-dinitrobenzoic acid ~ performic acid >perbenzoic acid > peracetic acid >> H2O2

+ Với α-diketone có thể bị oxi hóa thành anhydride acetic, còn β-diketone thì không.

Ví dụ: Viết cơ chế phản ứng giải thích quá trình hình thành sản phẩm sau