Bài giảng chuyên đề hóa hữu cơ - chuyên đề hidrocarbon

hidrocacbon rất kém hoạt động và thường được dùng làm dung môi.- Phân tử không phân cực, nhiệt độ sôi thấp, không tan trong nước, - Các ankan là thành phần chính của khí thiên nhiên chủ

BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ

HÓA HỮU CƠ

Dùng cho các lớp học hè

Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển

Bộ môn Hóa học, khoa Môi trường

1 Giới thiệu chung về hidrocacbon

 Hidrocacbon: là hợp chất của cacbon với hidro.

 Hidrocacbon no: phân tử hidrocacbon chỉ có liên kết xích ma.

 Hidrocacbon không no: phân tử hidrocacbon có liên kết pi.

 Hidrocacbon thơm: là hidrocacbon có chứa

nhân thơm trong phân tử ví dụ nhân benzen …

 Các nhóm hidrocacbon tiêu biểu: ankan,

xicloankan, anken, akin, aren.

hidrocacbon rất kém hoạt động và thường được dùng làm dung môi.

- Phân tử không phân cực, nhiệt độ sôi thấp, không tan trong nước,

- Các ankan là thành phần chính của khí thiên nhiên (chủ yếu là

metan, etan và phần nhỏ propan, butan), chủ yếu dùng làm chất đốt Các ankan từ 5 đến 17 cacbon là các chất lỏng, sản phẩm từ chưng cất dầu mỏ Được dùng làm dung môi, làm nhiên liệu … Các ankan rắn được dùng làm nến, làm nhựa đường.

- Tính chất hóa học đặc trưng của ankan là phản ứng thế, đặc biệt là thế halogen.

1 Giới thiệu chung về hidrocacbon

* Xicloankan:

- Là hidrocacbon no mạch vòng Công thức chung C 2 H 2n (n3))

- Trong phân tử chỉ gồm các liên kết xích ma Tuy nhiên vòng 3)

và vòng 4 cạnh có sức căng vòng lớn lên kém bền, dễ bị phá

vỡ vòng khi phản ứng cộng với các tác nhân tạo mạch hở Các xiclo ankan mạch lớn (từ 5 cacbon trở lên), bền vững như

ankan tương ứng

- Anken được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng phản ứng tách

H2)O của ancol no hoặc tách HX của dẫn xuất halogen.

-Trong công nghiệp anken thu được từ phản ứng cracking.

- Axetylen là ankin đồng dãy đồng đẳng thu được bằng phản ứng của CaC2) với H2)O.

Hoặc từ pu: CH4 CH≡CH + H1500 o C 2)

các hợp chất thơm không giống tính chất của anken.

- Các aren thu được như các sản phẩm phụ của quá trình chưng cất dầu mỏ.

Phản ứng thế halogen cơ chế gốc

 Điều kiện phản ứng:

- Dung môi: không phân cực (thường dùng CCl4)

- Chiếu sáng (với clo) và đun nóng (với brom)

- Quy luất thế chính: thế vào nguyên tử H liên kết với nguyên tử C bậc cao nhất

Ví dụ: Xét phản ứng của 2-metylpropan với clo

CH3) -CH -CH3) + Cl2) CHáskt 3) -C -CH3) + HCl

Cl

Sản phẩm chính

Bài tập áp dụng 1: Cho biết sản phẩm chính và viết cơ

chế của phản ứng khi cho các chất sau phản ứng với khí clo khi chiếu sáng:

Các sản phẩm phụ là:

S¶n phÈm chÝnh CH-CH3 CH3-CCl-CH3

Sản phẩm phụ là: CH

3-CH-CH2Cl

2-clo-2-phenylpropan

1-clo-2-phenylpropan

Key: Bài tập áp dụng 1:

c toluen

+ HCl+Cl2/askt

2Cl

Sản phẩm phụ có thể có là các dẫn xuất thế hai lần hoặc ba lần.

+ Là phản ứng đặc trưng của hợp chất có liên kết pi

(anken, ankin, ankadien).

+ Điều kiện dung môi: dung môi phân cực.

Giai đoạn 1: Tác nhân A+ tấn công vào liên kết pi

Chất pư A+B- là chất phân cực, hoặc bị phân cực hóa trong dung môi phân cực

Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch

Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với B-

B

Quy luật của pư: Sản phẩm chính của phản ứng tuân theo quy tắc Maccopnhicop

Xét cơ chế AE

Giai đoạn 1: Tác nhân H+ tấn công vào liên kết pi

Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch

Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với HO-

Giai đoạn 1: Tác nhân H+ tấn công vào liên kết pi

Đặc điểm: giai đoạn này chậm và thuận nghịch

Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với HO-

Ví dụ 3: pư của buta-1,3-dien với nước

Giai đoạn 1: Tác nhân H+ tấn công vào liên kết pi

Giai đoạn 2: cacbocation kết hợp với HO-

CH3-CH-CH-CH2

+

OH+ CH3-CH=CH-CH2OH

Cacbocation liên hợp

+ Là phản ứng đặc trưng của hidrocacbon thơm.

+ Điều kiện: dung môi phân cực, thường dùng xúc tác là axit Lewis.

+ Các phản ứng đặc trưng: thế halogen (clo, brom)

+ Cơ chế pư 2 giai đoạn

Ví dụ phản ứng của benzen và A+B

Giai đoạn 1: Tác nhân A+ tấn công vào vòng benzen

Giai đoạn 2: phức σ tách đi proton

Quy luật của pư: Nếu trong phân tử hidrocacbon thơm có

nhóm thế loại 1 (đẩy electron) thì thế vào octo và para,

nhóm thế loại 2 (hút electron) thì thế vào meta.

Quy luật thế:

+ Nhóm thế loại 1: là những nhóm thế đẩy electron Làm tăng khả

năng phản ứng thế SE và định hướng vào octo, para

Ví dụ: Gốc hidrocacbon no, nhóm gây hiệu ứng liên hợp dương, cảm ứng dương

+ Nhóm thế loại 2: là những nhóm thế hút electron Làm giảm khả

năng phản ứng thế SE và định hướng thế vào meta

Ví dụ: -NO2, -COOH, -CHO, -COOR, -CH=CH2, nhóm không no+ Các halogen là những nhóm đặc biệt, làm giảm khả năng phản ứng thế SE nhưng lại định hướng thế octo, para

X

VD 2: Benzen + HNO3 + HNO3 + H2O

NO2

Tác nhân ái điện tử là NO2+

được tạo ra khi có xúc tác là H2SO4 đặc

Tác nhân ái điện tử là CH3+

được tạo ra khi có xúc tác là AlCl3

VD 4: Toluen + Brom (đk đun nóng trong dung môi CCl4)

- Dung môi CCl 4 là không phân cực, đây là phản ứng thế cơ chế

gốc tự do SR

+ Br2 + HBr

VD 5: Toluen + Brom (đk brom trong nước có bột sắt)

- Nước là dung môi phân cực  phản ứng là thế ái điện tử vào

VD 6: Cumen + dung dịch nước brom

+ Nước là dung môi phân cực, vì vậy đây là phản ứng thế ái điện tử vào nhân thơm.

+ Nhóm thế iso-propyl là gốc hidrocacbon no nên phản ứng thế vào octo và para.

Tuy nhiên nhóm thế có kích thước lớn, cồng kềnh gây án ngữ không gian tại các vị trí octo.

Bài tập áp dụng 3: Từ benzen và các hợp chất hữu cơ

có ít hơn 4 cacbon Hãy điều chế các chất sau:

a Axit o “o ” vµ “om” nitro benzoic.

b Metyl phenyl xeton.

c 2-clo- 2- phenylpropan.

d p “o ” vµ “om” clo nitrobenzen

o-nitrobenzoic: + cần đưa 2 nhóm thế vào vòng benzen

+ 2 nhóm thế -COOH và -NO2 đều là nhóm loại 2 và ở

vị trí octo với nhau.

Nhóm thế đưa vào trước phải là nhóm thế loại 1 và nhóm này phải chuyển hóa được thành nhóm chức -COOH hoặc nhóm -NO2.

 Như vậy nhóm thế thích hợp là R, gốc ankyl

COOH

NO2

m-nitrobenzoic: + cần đưa 2 nhóm thế vào vòng benzen

+ 2 nhóm thế -COOH và -NO2 đều là nhóm loại 2 và ở

vị trí meta với nhau.

 Nhóm thế đưa vào trước phải là nhóm thế loại 2, có thể là nhóm -CHO (oxi hóa thành nhóm -COOH) hoặc nhóm -NO2

COOH

NO2

b Metyl phenyl xeton.

C

CH3O

c 2-clo- 2- phenylpropan.

+ Trước tiên là đưa nhóm i-C3H7 vào nhân benzen, sau đó thế

clo vào gốc hidrocacbon no

+ Giai đoạn 1: Cộng phân tử O3 vào liên kết đôi tạo ozonit

C C

2,+H2O 2 C O

Bài tập áp dụng 4: Viết các ptpu xảy ra khi thực hiện phản ứng ozon

phân với các hidrocacbon sau đây:

a Etilen

b Propen

c Buta-1,3-dien

d Isopren

Bài tập áp dụng 5: Khi thực hiện phản ứng ozon phân, 1 hidrocacbon

có công thức phân tử là C6H12 cho 2 sản phẩm hữu cơ là axeton

(propanon) và propanal Cho biết công thức cấu tạo và gọi tên hợp chất đó

Bài tập áp dụng 6: Thực hiện phản ứng ozon phân, 1 hidrocacbon có

công thức phân tử là C6H12 chỉ cho 1 sản phẩm hữu cơ duy nhất là

axeton (propanon) Cho biết công thức cấu tạo và gọi tên hợp chất đó

DA

Bài tập áp dụng 5:

+ Axeton: CH3-CO-CH3

+ Propanal: CH3-CH2-CHO

Các nhóm C=O được tạo ra từ phản ứng ozon phân, trong đó nguyên

tử C là của liên kết đôi trong anken ban đầu

Như vậy công thức của anken là:

Bài tập áp dụng 6: Thực hiện phản ứng ozon phân, 1 hidrocacbon có

công thức phân tử là C6H12 chỉ cho 1 sản phẩm hữu cơ duy nhất là

axeton (propanon) Cho biết công thức cấu tạo và gọi tên hợp chất đó

6 Một số phản ứng khác

 Phản ứng oxi hóa bằng thuốc tím

+ Điều kiện: môi trường axit: oxi hóa liên kết bội

môi trường trung tính hoặc kiềm: oxi hóa liên kết pi

 Phản ứng trùng hợp

- Còn gọi là phản ứng polime hóa

- Sản phẩm thu được là các phân tử polime có ứng dụng rộng rãi

- Các chất tham gia phản ứng trùng hợp là các monome

- Phản ứng trùng hợp thường xảy ra khi có xúc tác hoặc nhiệt

 Phản ứng thế của ankin-1

(ankin-1 là các ankin có liên kết ba ở đầu mạch : R-C≡CH)

- Nguyên tử H trong ≡C-H khá linh động, trong môi trường kiềm có thể được thay thế bởi 1 số ion kim loại hóa trị I tạo sản phẩm không tan

BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ 2

1 Hoàn thành các phản ứng sau, cho biết tên và

cơ chế chi tiết của các phản ứng:

KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ 2

Bài 1: Hoàn thành các phương trình phản ứng sau đây, cho biết cơ chế

chi tiết của phản ứng

Bài 2: Khi thực hiện phản ứng ozon phân, 1 hidrocacbon có công thức

phân tử là C6H12 cho 2 sản phẩm hữu cơ là axeton (propanon) và

propanal Cho biết công thức cấu tạo và gọi tên hợp chất đó