Chuong 1 dai cuong phan ung huu co

Trong chương này Giới thiệu vê các nhóm định chức hóa học Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ Hiệu ứng lập thể trong phản ứng hữu cơ Các tiểu phân trung gian trong phản ứng phản

Nucleophile Truong Dai hoc Cần Thơ

C mm (| Khoa Khoa Học Tự Nhiên Bo mon Hoa Hoc

Hóa Hữu Cơ 1 (TN501)

HÓA HỮU CƠ †

PGS.TS Bùi Thị Bửu Huê

8-2024

(Hoc ky | nam hoc 2024-2025)

Hóa Hữu cơ 1: Nội dung

Akyl Halide: Phản ứng thé thân hạch và phản ứng tách

của carbon bão hòa

6 Alkene và Alkadiene

7 Alkyne

8 Benzene

Hóa Hữu cơ t1: Tài liệu học tập

1 Giáo trình Hóa Hữu cơ 1 (NXB ĐHCT)

2 Các file bài giảng (pdf)

3 Organic Chemistry (Text books): Trung tâm học liệu và Thư viện Khoa Khoa học Tự nhiên

4 Các tài liệu tìm được trên internet thông qua Google

Key words: organic chemistry,

problems in organic chemistry

Hóa Hữu cơ 1: Đánh giá kết quả

=" Hydrocarbon thom (Arene)

Tham khảo đề cương chỉ tiết học phần tại:

https://cns.ctu.edu.vn/images/upload/daotao/decuong/TN501.pdf

Nucleophile Trường Đại học Cần Thơ

Trong chương này

Giới thiệu vê các nhóm định chức hóa học

Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ

Hiệu ứng lập thể trong phản ứng hữu cơ

Các tiểu phân trung gian trong phản ứng phản ứng

Phân loại phản ứng hữu cơ

Cơ chế phản ứng hữu cơ

HÓA HỌC HỮU CƠ

> Hóa học của hợp chat chứa Carbon (C)

> Là một ngành khoa học nghiên cứu về

cầu trúc, tính chất, thành phân, phản ứng

va tong hợp các hợp chất hữu cơ

HÓA HỌC HỮU CƠ

: EI sf xỆ sĩ rÍ

> Carbon có khả năng tạo 4 liên kết

cộng hóa trị với chính carbon hoặc các

nguyên tố khác như: O, N, S, P,

HOA HOC HUU CO

* Téng hop hitu co là một phân quan trọng của Hóa hữu cơ

* Hơn 10 triệu phân tử hữu cơ đã được tông hợp từ những phân tử đơn giản:

R= CH3

* Decreasing the number of degrees of unsaturation increases the melting point Only one long chain of the tnacyiglycerol is drawn

e When an oil is partially hydrogenated, some double bonds react with H,, whereas some double bonds remain in the product

¢ Partial hydrogenation decreases the number of allylic sites (shown in blue), making a triacylglycerol less susceptible to oxidation,

thereby increasing its shelf life

Cocaine: an anesthetic and a stimulant,

from coca bush Erythroxylon coca

The coca bush Erythroxylon coca, native to upland rain

forest areas of Colombia, Ecuador, Peru, Bolivia, and

western Brazil, is the source of the alkaloid cocaine.

Alkaloids: From Cocaine to Dental Anesthetic

Ginkgolide B—A Complex Organic Compound from the Ginkgo Tree

In 1932 ginkgolide B was one of four components isolated from ginkgo extracts, and its structure was determined in 1967 Although its rigid ring system of 20 carbons contained in a compact three-dimensional shape made it a challenging molecule to prepare in the laboratory, Professor

E J Corey and co-workers at Harvard University reported the synthesis of ginkgolide B in the laboratory in 1988.

Synthetic Products

O

"`

octinoxate (2-ethylhexyl 4-methoxycinnamate)

¢ Lién két cong héa tri

| H- ‘H| H:H :F- PF:

Two hydrogen atoms, Hydrogen molecule:

each with a single covalent bonding by way of

° Wi SeV ` ms °

electron a shared electron pair ith seven electrons in

its valence shell

¢ Ly thuyét vé lién kết cộng hóa trị

1 The Lewis model

Two fluorine atoms, each Fluorine molecule:

covalent bonding by way of

a shared electron pair

2 The orbital hybridization model (which is a type of valence bond model)

3 The molecular orbital model

15

Nhac lai

¢ Tinh phan cuc cua lién két cong hoa tri

+—

(The symbols °* and °~ (The symbol +—> represents

indicate partial positive the direction of polarization and partial negative of electrons in the H—F bond)

Bond* Dipole moment, D Bond* Dipole moment, D

Nonpolar and polar covalent bonds

18

up\)8Sy" Selected Values from the Pauling Electronegativity Scale

Electron count (O) = }(4) + 4 = 6 >—Electron count (O) = }(2) + 6 = 7

Formal charge = “ nen name te — number of bonds — number of unshared electrons

20

¢ Dién tich hình thức:

PROBLEM 1.9 Like nitric acid, each of the following inorganic compounds will

be frequently encountered in this text Calculate the formal charge on each of the atoms in the Lewis structures given

is: W050 HO HHS:

(a) Thionyl chloride (b) Sulfuric acid (c) Nitrous acid

21

| becomes HạC, _CH2

/\

C

23

1 Atomic positions (connectivity) must be the same

in all resonance structures; only the electron posi-

tions may vary among the various contributing

structures

s\|8Sy Introduction to the Rules of Resonance*

Illustration The structural formulas

24

Nhac lai

° Quy tac viét cdc c6ng tht’c cong hu@ng:

2 Lewis structures in which second-row elements

own or share more than 8 valence electrons are

especially unstable and make no contribution to

the true structure (The octet rule may be exceed-

ed for elements beyond the second row.)

3 When two or more structures satisfy the octet rule,

the most stable one is the one with the smallest

separation of oppositely charged atoms

has 10 electrons around nitrogen It is not a permissi-

ble Lewis structure for nitromethane and so cannot

be a valid resonance form

The two Lewis structures D and E of methy! nitrite satisfy the octet rule:

CH;—Ö—Ñ=ö: — cH;—O=N—OF

Structure D has no separation of charge and is more

stable than E, which does The true structure of

methyl nitrite is more like D than E

25

Nhac lai

° Quy tac viét cdc c6ng tht’c cong hu@ng:

4 Among structural formulas in which the octet rule

is satisfied for all atoms and one or more of these

atoms bears a formal charge, the most stable reso-

nance form is the one in which negative charge

resides on the most electronegative atom (or posi-

tive charge on the most electropositive one)

5 Each contributing Lewis structure must have the

same number of electrons and the same net

charge, although the formal charges of individual

atoms may vary among the various Lewis struc-

support a negative charge

The Lewis structures

are not resonance forms of one another Structure H

has 24 valence electrons and a net charge of 0; | has

26 valence electrons and a net charge of —2

26

Nhac lai

° Quy tac viét cdc c6ng tht’c cong hu@ng:

6 Each contributing Lewis structure must have the

same number of unpaired electrons

7 Electron delocalization stabilizes a molecule A

molecule in which electrons are delocalized is

more stable than implied by any of the individual

Lewis structures that may be written for it The

degree of stabilization is greatest when the con-

tributing Lewis structures are of equal stability

Structural formula J is a Lewis structure of nitro- methane; K is not, even though it has the same atomic positions and the same number of electrons

2: 7O:

Structure K has 2 unpaired electrons Structure J has

all its electrons paired and is a more stable structure

Nitromethane is stabilized by electron delocalization

more than methyl nitrite is The two most stable res-

onance forms of nitromethane are equivalent to each other

The two most stable resonance forms of methyl

nitrite are not equivalent

+

CHz—O—N=O: —> CH;—O=N—O:

Nhac lai

° Quy tac viét cdc c6ng tht’c cong hu@ng:

PROBLEM 1.16 Electron delocalization can be important in ions as well as in

neutral molecules Using curved arrows, show how an equally stable resonance

structure can be generated for each of the following anions:

Nhac lai

° Quy tac viét cdc c6ng tht’c cong hu@ng:

PROBLEM 1.16 Electron delocalization can be important in ions as well as in

neutral molecules Using curved arrows, show how an equally stable resonance

structure can be generated for each of the following anions:

Nhac lai

¢ Cau tric kh6ng gian cua phan tw: Thuyét vé su lai héa

s* Lai hóa sp3 và cấu trúc không gian của phân tử methane

Nhac lai

¢ Cau tric kh6ng gian cua phan tw: Thuyét vé su lai héa

s* Lai hóa sp3 và cấu trúc không gian của phân tử ethane

31

Nhac lai

¢ Cau tric kh6ng gian cua phan tw: Thuyét vé su lai héa

s* Lai hóa spˆ và cấu trúc không gian của phân tử ethylene

In plane of

overlap to form o bonds to

C(2sp”)— H(1s) hydrogens and to each other

| sp” hybrid orbitals of carbon

p orbitals that remain on carbons

overlap to form 7 bond

à

32

Nhac lai

¢ Cau tric kh6ng gian cua phan tw: Thuyét vé su lai héa

s* Lai hóa sp và cấu trúc không gian của phân tử acetylene

The triple bond of acetylene has a ơ bond component and two 7 bonds; the two 7 bonds are shown here and are perpendicular to each other

33

Nhac lai

¢ Cau tric khong gian cua phân tử:

PROBLEM 1.17 The salt sodium borohydride, NaBHg, has an ionic bond between Na” and the anion BH,- What are the H—B—H angles in the borohydride anion?

PROBLEM 1.18 Specify the shape of the following:

(a) H—C=N: (Hydrogen cyanide) () :N=N=N: (Azide ion)

(b) HzN* (Ammonium ion) (d) COzˆ~ (Carbonate ion)

36

Resultant of these two

Cl—C bond dipoles is <

«<—_, in plane of paper

Resultant of these two C— Cl bond dipoles is +———-> in plane of paper

`"

(a) There is a mutual cancellation of individual bond dipoles in carbon tetrachloride

It has no dipole moment

Resultant of these two

H—C bond dipoles is < 54 Resultant of these two

+———» in plane of paper A c6 pons so +———» in plane of paper

›: §/ C_

(b) The H—C bond dipoles reinforce the C— Cl bond moment in dichloromethane

The molecule has a dipole moment of 1.62 D 38

Attractive dipole-dipole interactions in fluoromethane

39

London forces

Attractive London forces in ethane

40

HYDROGEN-BONDING AND SOLUBILITY

Hydrogen-bonding in methanol

41

HYDROGEN-BONDING AND SOLUBILITY

1 Giới thiệu

a Nhom dinh chic hoa hoc (functional group) la mét nguyên tử hay

nhóm nguyên tử quyết định tính chất vật lý và hóa học của các phân tử hợp chất hữu cơ

1 Có khoảng 20 nhóm định chức hóa học thường gặp trong hữu cơ Dựa

trên cấu trúc và khả năng phản ứng mà chia thành ba nhóm như sau:

Nhóm định chức Cấu trúc tổng quát Ví dụ Chương

Nhóm định chức Cấu trúc tổng quát Ví dụ Kí hiệu Chương

(X =F, Cl, Br, I) Nhom halo

Nhom hydroxy @THóa hữu cơ2]

Nhóm alkoxy GT Hóa hữu cơ 2]

- - Nhóm mercapto @T Hóa hữu cơ 2]

- - Nhom alkylthio = @T Hóa hữu cơ 2]

Amine R—NH; hay CHạ—NH; —NH; [Chương 6,

RạNH hay R3N Nhóm amino GT Hóa hữu cơ 2]

45

Cặp điện tử tự do NHÀ

Nhóm định chức Cấu trúc tổng quát Ví dụ Kí hiệu Chương

R“^n CH; ~H 00, GT Hóa hữu cơ 2]

RR CHzZ ~CH; / GT Hóa hữu cơ 2]

R“ SH CHz TH Nhóm carboxy GT Hóa hữu cơ 2]

Anhydride :Q: :O: :.Q: (RCO)2O [Chương 4,

R~ “oR CH Sos GT Hóa hữu cơ 2]

anh on iin, —CONHR GT Hóa hữu cơ 2]

Nhom cyano GT Hóa hữu cơ 2]

Nhóm nitro

47

2 Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ

+ Hiệu ứng cảm

t Hiệu ứng cộng hưởng

% Hiéu ứng siêu liên hợp

1 Nếu phân theo loại liên kết:

— Hiệu ứng cảm và siêu liên hợp: liên quan đến liên kết ơ

— Hiệu ứng cộng hưởng: liên quan đến liên kết 7

45

2 Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ

Hiệu ứng cảm (inductive effect)

a Hiéu ứng cảm là hiện tượng phân cực hóa của một liên kết cộng hóa

trị kiểu ø do sự khác biệt về độ âm điện giữa hai nguyên tử của liên kết

1 Hai thuộc tính cơ bản của hiệu ứng cảm la:

— Hiệu ứng cảm có tính truyền dọc theo liên kết o

— Hiệu ứng cảm giảm dần khi càng xa tâm gây ra hiệu ứng

CHạ->—CH;ạ->-F CHạ->——CH;->—CH;->-CH;—->-CÌ

1 Ví dụ ethyl fluoride:

— Liên kết C;—-F phân cực về phía F và liên kết C,—C; không phân cực

— Do hiệu ứng cảm nên C;~C, cũng bị phân cực về phía C¡ theo hướng

phân cực của liên kết C;—F

1 Ví dụ butyl chloride: hiệu ứng cảm gây ra bởi Cl lên C1 > C2 > C3 > C4

49

2 Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ

Hiệu ứng cảm — Phân loại

n1 Hiệu ứng cảm âm (-I, hiệu ứng cảm rút điện tử): xảy ra khi nguyên tử Y

có độ âm điện lớn hơn carbon (ví dụ như halogen, O, S, N); hoặc có

điện tích hình thức dương (*NR:); hoặc nguyên tử Y bị phân cực dương

(C=O, C=N, S=O)

¬n_ Hiệu ứng cảm dương (+lI, hiệu ứng cảm đẩy điện tử): xảy ra khi nguyên

tử Y là các nhóm alkyl; hoặc cũng có thể là các kim loai (Li, Mg, Cu)

Khi Y có độ âm điện LỚN hơn carbon Khi Y có độ âm điện NHỎ hơn carbon

+> <——_+

Y rút điện tử về phía nó Y đẩy điện tử về phia carbon

Y gây ra hiệu ứng cảm âm (-I) Y gây ra hiệu ứng cảm dương (+l)

50

Bang 1.5: Hieu ung cam gay ra boi mot so nhom the

Nhóm gây hiệu ứng cảm am (-I)

Chứa nguyên tử mang điện (+):

Nitrile Sulfonic acid

Nguyên tử có độ âm điện Ion: Giam dan theo

Nhìn chung, độ mạnh yếu của hiệu ứng cảm

biến đổi theo các xu hướng sau:

— Hiệu ứng cảm âm gây ra bởi: Nguyên tử mang điện tích dương (+) > Nguyên tử bị phân cực dương/nguyên tử có độ âm điện lớn > Liên kết rr hay vòng thơm

— Hiệu ứng cảm dương gây ra bởi: Nguyên tử mang điện tích âm (-—) > gốc alkyl.

2 Hiệu ứng điện tử trong hợp chất hữu cơ

Hiệu ứng cộng hưởng (resonance effect)

Hiệu ứng cộng hưởng giúp giải tỏa mật độ điện tử của các liên kết rr

khi liên kết r này nằm liền kề với:

— Nguyên tử mang điện dương (+) hoặc bị phân cực dương (61)

— Nguyên tử có cặp điện tử tự do

— Một liên kết r khác (liên kết r nằm tiếp cách)

Hiệu ứng cộng hưởng được biểu diễn thông qua các công thức cộng

hưởng khác nhau của phân tử hóa chất

Hệ quả: giúp mật độ điện tử được giải tỏa đông đều hơn trong toàn

phân tử và giúp cấu trúc phân tử bần hơn