Nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết các vấn đề khó và mới về hoá hữu cơ trong sách giáo khoa Hoá học ở Trung học phổ thông

Nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết các vấn đề khó và mới về hoá hữu cơ trong sách giáo khoa Hoá học ở Trung học phổ thông Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên) DANH MỤC TẠI LIỆU ĐÃ ĐĂNG A. HOÁ PHỔ THÔNG 1. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, PDF 2. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, Word 3. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 2. PHẦN HỢP CHẤT CÓ NHÓM CHỨC 4. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN 1. CHUYÊN Đề TRÌNH HÓA VÔ CƠ 10 VÀ 11 5. CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 2. PHẦN HỢP CHẤT CÓ NHÓM CHỨC 6. BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC 140 7. BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC 4170 8. ON THI CAP TOC HỌC HÓA HỮU CƠ PHẦN 1, PDF 9. TỔNG HỢP KIẾN THỨC HÓA HỌC PHỔ THÔNG 10. 70 BỘ ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA HỌC, word 11. CHUYÊN ĐỀ VÔ CƠ, LỚP 11 – 12. ĐẦY ĐỦ CÓ ĐÁP ÁN 12. Bộ câu hỏi LT Hoá học 13. BAI TAP HUU CO TRONG DE THI DAI HOC 14. CAC CHUYEN DE LUYEN THI CO DAP AN 48 15. GIAI CHI TIET CAC TUYEN TAP PHUONG PHAP VA CAC CHUYEN DE ON THI DAI HOC. 86 16. PHUONG PHAP GIAI NHANH BAI TAP HOA HOC VA BO DE TU LUYEN THI HOA HOC 274 17. TỔNG HỢP BÀI TẬP HÓA HỌC LỚP 12 18. PHAN DANG LUYEN DE DH 20072013 145 19. BO DE THI THU HOA HOC CO GIAI CHI TIET.doc 20. Tuyển tập Bài tập Lý thuyết Hoá học luyện thi THPT Quốc gia 21. PHÂN DẠNG BÀI TẬP HOÁ HỌC ÔN THI THPT QUỐC GIA 57 22. BỘ ĐỀ LUYỆN THI THPT QUỐC GIA MÔN HOÁ CÓ ĐÁP ÁN 29 ĐỀ 145 23. BỘ ĐỀ LUYỆN THI THPT QUỐC GIA MÔN HOÁ CÓ ĐÁP ÁN PHẦN 2 B. HỌC SINH GIỎI 1. Bồi dưỡng Học sinh giỏi Hoá THPT Lý thuyết và Bài tập 2. Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm thực hành học sinh giỏiolympic Hoá học 54 3. CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP 17 4. ĐỀ THI CHUYÊN HOÁ CÓ HƯỚNG DẪN CHI TIẾT PHẦN ĐẠI CƯƠNG VÔ CƠ C. HOÁ ĐẠI HỌC, SAU ĐẠI HỌC 1. ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC TRONG HÓA HỮU CƠ 2. CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRONG HÓA HỮU CƠTIỂU LUẬN 3. TL HÓA HỌC CÁC CHẤT MÀU HỮU CƠ 4. GIÁO TRÌNH HÓA HỮU CƠ DÀNH CHO SINH VIÊN CĐ, ĐH, Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 1 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 2 của tác giả Thái Doãn Tĩnh Cơ chế Hóa học Hữu cơ, tập 3 của tác giả Thái Doãn Tĩnh 5. VAI TRÒ SINH HỌC CỦA CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ 44 6. BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 40 7. Giáo trình Hoá học phân tích 8. Giáo trình Khoa học môi trường. http:baigiang.violet.vnpresentshowentry_id489754 9. Giáo trình bài tập Hoá Hữu cơ 1 10. Giáo trình bài tập Hoá Hữu cơ 2 11. Giáo trình bài tập Hoá Phân tích 1 12. Thuốc thử Hữu cơ D. HIỂU BIẾT CHUNG 1. TỔNG HỢP TRI THỨC NHÂN LOẠI 2. 557 BÀI THUỐC DÂN GIAN 3. THÀNH NGỬCA DAO TỤC NGỬ ANH VIỆT 4. CÁC LOẠI HOA ĐẸP NHƯNG CỰC ĐỘC 5. GIAO AN NGOAI GIO LEN LOP 6. Điểm chuẩn các trường năm 2015 E. DANH MỤC LUẬN ÁNLUẬN VĂNKHOÁ LUẬN… 1. Công nghệ sản xuất bia 2. Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học trong hạt tiêu đen 3. Giảm tạp chất trong rượu 4. Tối ưu hoá quá trình điều chế biodiesel 5. Tinh dầu sả 6. Xác định hàm lượng Đồng trong rau 7. Tinh dầu tỏi 8. Tách phẩm mầu 9. Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm 10. Tinh dầu HỒI 11. Tinh dầu HOA LÀI 12. Sản xuất rượu vang 13. VAN DE MOI KHO SGK THI DIEM TN 14. TACH TAP CHAT TRONG RUOU 15. Khảo sát hiện trạng ô nhiễm arsen trong nước ngầm và đánh giá rủi ro lên sức khỏe cộng đồng 16. REN LUYEN NANG LUC DOC LAP SANG TAO QUA BAI TAP HOA HOC 10 LV 151 17. Nghiên cứu đặc điểm và phân loại vi sinh vật tomhum 18. Chọn men cho sản xuất rượu KL 40 19. Nghiên cứu sản xuất rượu nho từ nấm men thuần chủng RV 40 20. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÂY DẤU DẦU LÁ NHẴN 21. LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHẾ TẠO KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐIỆN HOÁ CỦA ĐIỆN CỰC 21 22. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ LOÀI THUỘC CHI UVARIA L. HỌ NA (ANNONACEAE) 23. Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học trong dịch chiết từ đài hoa bụp giấm 24. Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học trong quả mặc nưa 25. Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của nước thải nhuộm …bằng phương pháp keo tụ điện hóa 26. Nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết các vấn đề khó và mới về hoá hữu cơ trong sách giáo khoa hoá học ở Trung học phổ thông F. TOÁN PHỔ THÔNG 1. TUYEN TAP CAC DANG VUONG GOC TRONG KHONG GIAN 2. Luyện thi THPT Quốc gia môn Toán 500 câu có đáp án 3. Phân dạng Luyện thi THPT Quốc gia môn Toán 4. Bộ đề Trắc nghiệm Luyện thi THPT Quốc gia môn Toán 5. Chuyên đề Trắc nghiệm Luyện thi THPT Quốc gia môn Toán 6. Bộ đề Thi thử Trắc nghiệm THPT Quốc gia môn Toán 7. Bộ đề kiểm tra trắc nghiệm 1 tiết phút môn Toán lớp 12 8. Bài tập trắc nghiệm môn toán lớp 12, luyện thi THPT quốc gia tổng hợp rất nhiều P1 9. Bài tập trắc nghiệm môn toán lớp 12, luyện thi THPT quốc gia tổng hợp rất nhiều P2 10. Bài tập trắc nghiệm môn toán lớp 12, luyện thi THPT quốc gia tổng hợp rất nhiều P3 11. Bài tập trắc nghiệm môn toán Giải tích lớp 12, luyện thi THPT quốc gia P1 có đáp án 12. Bài tập trắc nghiệm môn toán Giải tích lớp 12, luyện thi THPT quốc gia P2 13. Phân dạng Bài tập trắc nghiệm môn toán lớp 12, luyện thi THPT quốc gia 14. Bài tập trắc nghiệm môn toán Hình học lớp 12, luyện thi THPT quốc gia. 15. Bài tập trắc nghiệm môn toán Hình học lớp 12, luyện thi THPT quốc gia có đáp án 16. Phân dạng Bài tập trắc nghiệm môn toán Hình học lớp 12, luyện thi THPT quốc gia 17. Đề Thi thử Trắc nghiệm THPT Quốc gia môn Toán 18. Đề Thi thử Trắc nghiệm THPT Quốc gia môn Toán có đáp án 19. Đề Thi thử Trắc nghiệm THPT Quốc gia môn Toán có giải chi tiết G. LÝ PHỔ THÔNG 1. GIAI CHI TIET DE HOC SINH GIOI LY THCS

TUYỂN TẬP LUẬN ÁN-LUẬN VĂN KHÓA LUẬN

HƯỚNG GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ MỚI VÀ KHÓ

TRONG DẠY HỌC HÓA Ở THPT

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

NỘI DUNG 6

Phần 1 Tổng quan lý thuyết. 6

Chương 1 Một số vấn đề lý thuyết có liên quan đến chương trình hoá hữu cơ ở trung học phổ thông. 6

1 Phân loại và đại cương về danh pháp hợp chất hữu cơ 6

1.1 Phân loại 6

1.2 Danh pháp 7

2 Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ 8

2.1 Thuyết cấu tạo hoá học 8

2.2 Các loại liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ 10

2.3 Phương pháp biểu diễn công thức hợp chất hữu cơ 14

2.4 Cách mô tả cấu trúc không gian phân tử hữu cơ 16

2.5 Đồng đẳng 18

2.6 Đồng phân 18

2.7 Cấu dạng 20

3 Phản ứng của hợp chất hữu cơ 20

3.1 Phân loại phản ứng hữu cơ 20

3.2 Các kiểu phân cắt cộng hoá trị 21

3.3 Khái niệm về cơ chế phản ứng và các phương pháp xác định cơ chế phản ứng 22

3.4 Phản ứng thế 23

3.5 Phản ứng tác (E) 30

3.6 Phản ứng cộng (A) 34

3.7 Phản ứng trùng hợp 38

3.8 Phản ứng trùng ngưng 42

Chương 2 Những điểm khó và mới của hoá hữu cơ trong chương trình sách giáo khoa trung học phổ thông thí điểm. 43

1 So Sánh sách giáo khoa cũ và mới 43

1.1 So sánh chương trình hoá hữu cơ ở sách giáo khoa cũ và mới 43 1.2 So sánh nội dung hóa hữu cơ ở sách giáo khoa cũ và mới 45

2 Những vấn đề hoá hữu cơ khó hoặc mới trong sách giáo khoa mới (Ban KHTN) 48

2.1 Chương trình hoá hữu cơ lớp 11 48

2.2 Chương trình hoá hữu cơ lớp 12 49

Phần 2 Hướng giải quyết những vấn đề khó và mới trong chương trình hoá hữu cơ trung học phổ thông. 50

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm. 50

1 Nội dung thực nghiệm sư phạm 50

2 Kết quả thực nghiệm sư phạm 62

Chương 4 Hướng giải quyết những vấn đề khó trong chương trình hoá hữu cơ trung học phổ thông. 71

1 Chương trình hoá hữu cơ lớp 11 71

1.1 Chương đại cương về hoá học hữu cơ 71

1.2 Chương Hiđocacbon no 88

1.3 Chương Anken – Ankadien – Ankin 92

1.4 Chương Anđehit – Xeton – Axit cacboxylic 95

2 Chương trình hoá hữu cơ lớp 12 99

2.1 Chương Cacbonhidrat 99

2.2 Chương Amin – Aminoaxit – Protein 101

KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

PHỤ LỤC 109

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, do xu thế chung của sự phát triển xã hội, vai trò của giáo dụcngày càng được đề cao và được xem như một động lực trực tiếp nhất để bồidưỡng nhân lực, thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế xã hội Do đó, nền giáodục Việt Nam đang có những bước đi mới nhằm đưa nền giáo dục nước nhà

đi lên, một trong những việc làm đó là cải cách, đổi mới nội dung và chươngtrình sách giáo khoa phù hợp với sự phát triển của nền tri thức nhân loại Tuynhiên, trong chương trình hóa học hữu cơ ở trường THPT còn rất nhiều vấn

đề tồn tại nhưng chưa thật sự được quan tâm để tìm ra hướng giải quyết.Chẳng hạn, do tính chất đặc thù của bộ môn vừa mang tính thực nghiệm, vừamang tính lý thuyết làm nảy sinh vấn đề là đôi khi có sự không hoàn toànthống nhất giữa các kiến thức lý thuyết và kết quả thực hành Hơn nữa, hệthống kiến thức hóa học rất trừu tượng, muốn tiếp thu được cần có hệ thốngkiến thức bổ trợ của các môn học khác Đồng thời những kiến thức, khái niệmmang tính logic, có sự kế thừa và phát triển, trong khi thời gian và trình độphổ thông có hạn Chính vì thế, nhiều lúc giáo viên gặp khó khăn trong trongviệc truyền đạt kiến thức đến học sinh Có thể nói, còn nhiều và rất nhiềunhững vấn đề còn tồn tại, mà đáng chú ý là những tồn tại nảy sinh do sự bấtcập về mặt phân phối chương trình và về mặt kiến thức: có những kiến thứcchương trình không đưa vào và có những kiến thức đưa ra không đầy đủ dẫnđến giáo viên không có những cơ sở để giải quyết, gây lúng túng cho giáoviên và gây nhầm lẫn cho học sinh

Những tồn tại trên đều chưa hoàn toàn được quan tâm nghiên cứu đểtìm ra hướng giải quyết Do đó, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ củamình để nghiên cứu một số vấn đề còn tồn tại, khó khăn trong thực tiễn dạy

học Hóa hữu cơ, đồng thời để hạn chế phần nào những sai lầm về kiến thứcmắc phải khi giảng dạy Hóa hữu cơ ở chương trình hóa học phổ thông Trong

phạm vi của luận văn tốt nghiệp, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết các vấn đề khó và mới về hoá hữu cơ trong sách giáo khoa hoá học thí điểm (Ban KHTN) ở Trung học phổ thông ”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu một số vấn đề khó của học phần Hóa hữu cơ ở trườngTHPT mà chủ yếu là nghiên cứu vùng kiến thức gây nhiều khó khăn và nhầmlẫn cho giáo viên và học sinh THPT nhất

- Đề xuất một số biện pháp khắc phục làm cơ sở nghiên cứu cho cácgiáo viên hóa học ở trường THPT, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quảcủa việc dạy và học bộ môn hóa ở trường phổ thông

- Chuẩn bị tốt kiến thức cho bản thân trước sự hoàn thiện và chính xáchóa các kiến thức hóa học, đặc biệt là sự vận dụng các kiến thức đó vào côngtác giảng dạy của bản thân sau này, giảm sự sai sót về mặt kiến thức khi giảngdạy một số kiến thức Hóa hữu cơ ở chương trình hóa học phổ thông

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu nội dung, cấu trúc chương trình hóa học phổ thông màchủ yếu dựa trên cấu trúc của một bài giảng hóa hữu cơ: cấu tạo, tính chất vật

lý, tính chất hóa học, ứng dụng, điều chế Đồng thời so sánh sự khác nhau vềnội dung cấu trúc chương trình giữa sách giáo khoa cũ và sách giáo khoa thíđiểm

- Nghiên cứu những vấn đề mới và gây nhiều khó khăn cho giáo viên

và học sinh trong thực tiễn dạy và học Hóa hữu cơ ở sách giáo khoa thí điểm

ở một số trường THPT và ở các vùng miền khác nhau

- Tìm, xử lý và giải quyết những vấn đề quan trọng được nhiều ngườiquan tâm nhất

4 Đối tượng nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu trên đối tượng học sinh và giáo viên ở một sốtrường THPT để từ đó rút ra những vấn đề khó và mới được nhiều người quantâm nhất.

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài tiến hành nghiên cứu những vấn đề khó và mới trong hoá hữu cơ

ở sách giáo khoa thí điểm THPT dựa trên việc tiến hành thực nghiệm sư phạm

ở học sinh bằng bài kiểm tra trắc nghiệm trong 45’ soạn thảo dựa trên nhữngvấn đề khó và mới đã đưa ra trước và ở giáo viên thì sử dụng phiếu tham khảo

ý kiến và trao đổi trực tiếp Dựa vào kết quả thực nghiệm sư phạm để đề xuấthướng giải quyết một số vấn đề khó và mới được nhiều người quan tâm nhấttrên cơ sở tìm hiểu các tài liệu chuẩn nhất để giải thích hoặc trao đổi với cácthầy cô thuộc chuyên ngành Hóa hữu cơ

6 Phạm vi của đề tài

Do điều kiện thời gian và hạn chế của một luận văn tốt nghiệp nên đềtài chỉ có thể tiến hành nghiên cứu trên một phạm vi hẹp (chỉ một số trườngTHPT) và chỉ tiến hành thực nghiệm được một lần, không có điều kiện điềuchỉnh cho phù hợp với điều kiện từng trường phổ thông và phù hợp với nộidung chương trình phổ thông Đồng thời, chỉ giải quyết một số vấn đề nổi trộinhất

NỘI DUNG

Phần 1 Tổng quan lý thuyết

Chương 1 Một số vấn đề lý thuyết có liên quan đến chương

trình hoá hữu cơ ở trung học phổ thông

1 Phân loại và đại cương về danh pháp hợp chất hữu cơ

1.1 Phân loại

Các hợp chất hữu cơ có thể được phân chia thành hai loại chính làhiđrocacbon (phân tử được cấu thành chỉ bởi hai nguyên tố C và H) và cácdẫn xuất của các hiđrocacbon (một hay nhiều phân tử hiđro trong phân tửhiđrocacbon được thay thế bằng một hay nhiều nguyên tử hoặc nhóm nguyên

tử khác)

1.1.1 Phân loại theo mạch cacbon

Các hợp chất hữu cơ bao gồm cả hiđrocacbon lẫn dẫn xuất củahiđrocacbon, đều có thể được phân loại theo mạch cacbon như ở sơ đồ sauđây:

Hợp chất hữu cơ

Hợp chất không vòng Hợp chất vòng

(Hợp chất mạch hở hay aliphatic)

Hợp chất no Hợp chất không no Hợp chất đồng vòng Hợp chất dị vòng

(isoxiclic) (heteroxiclic)

Không thơm Thơm Không thơm Thơm

No Không no No Không

no

1.1.2 Phân loại theo nhóm chức

Hiđrocacbon và các dẫn xuất của hiđrocacbon là những hợp chất cóchứa nhóm định chức hay nhóm chức Nhóm chức là nhóm nguyên tử hoặcnguyên tử quyết định tính chất đặc trưng của hợp chất Sau đây là một sốnhóm chức chính:

a) Các nhóm chức nằm trong mạch cacbon: (anken),

(ankin)

b) Các nhóm chức chứa oxi: -OH (ancol), phenol, (anđehit), -COOH(axit cacboxylic),…

c) Các nhóm chức chứa nitơ: -NH2 (amin), (nitrin), …

d) Các nhóm chức chứa cả oxi lẫn nitơ: -CO-NH2 (amit), -NO2 (hợp chấtnitro),…

e) Các nhóm chức chứa lưu huỳnh: -SH (thiol), -S- (thioete),

g) Nhóm chức là nguyên tử halogen: -Cl (dẫn xuất clo), -Br (dẫn xuất brom),

b) Tên thay thế:

Tên thay thế được viết liền (không viết cách như tên gốc - chức) nhưng

có thể được phân chia làm ba phần như sau:

Tên phần thế + Tên mạch cacbon chính + Tên phần định chức

(có thể không có) (bắt buộc phải có) (bắt buộc phải có)

Ví dụ: H3C – CH3 : Etan

CH3-CH2-OH : Etanol

1.2.3 Danh pháp nửa hệ thống hay nửa thông thường

Loại danh pháp này có tính cách trung gian giữa hai loại trên, vì nó chỉ

có một vài yếu tố hệ thống Ví dụ: stiren (C6H5CH=CH2) có nguồn gốc làstirax (tên loại nhựa cây cho ta stiren) và chỉ có hậu tố -en (nói lên sự có mặtcủa nối đôi C=C) là yếu tố hệ thống

2 Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ

2.1 Thuyết cấu tạo hoá học

2.1.1 Thuyết cấu tạo hoá học

Thuyết cấu tạo hoá học do Butlerop đề ra vào năm 1865 dựa trên cáckết quả nghiên cứu của bản thân ông và của một số nhà hoá học khác nhưCouper, Kékulé, … Nhờ có thuyết này người ta đã giải thích và tiên đoánđược nhiều hiện tượng quan trọng trong hoá hữu cơ, nhất là hồi cuối thế kỉXIX và đầu thế kỉ XX

Nội dung cơ bản của thuyết cấu tạo hoá học bao gồm những luận điểmchính sau đây:

a) Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử kết hợp với nhau theomột thứ tự nhất định và theo đúng hoá trị của chúng Thứ tự kết hợp đó đượcgọi là cấu tạo hoá học Sự thay đổi thứ tự kết hợp của các nguyên tử sẽ dẫn tớihợp chất mới

b) Cacbon trong phân tử hữu cơ luôn luôn có hoá trị 4 Các nguyên tửcacbon có thể kết hợp không những với những nguyên tử của các nguyên tốkhác mà còn kết hợp trực tiếp với nhau thành những mạch cacbon có dạngkhác nhau (mạch không nhánh, mạch có nhánh, mạch vòng,…)

c) Tính chất của hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào thành phần phân tử(bản chất và số lượng nguyên tử) và cấu tạo hoá học (thú tự kết hợp cácnguyên tử) Các nguyên tử trong phân tử có ảnh hưởng lẫn nhau.

Từ những luận điểm sơ về cấu tạo hoá học của thế kỷ XIX hiện nayhoá học hữu cơ đã có thuyết cấu trúc hiện đại bao gồm cả cấu trúc electron,cấu trúc không gian và các hiệu ứng cấu trúc

2.1.2 Công thức cấu tạo

Công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ đã ra đời dựa vào các cơ sởchính yếu là: thuyết hoá trị Frankland (1852), các phát hiện của Kékulé vàCouper (độc lập) năm 1858, các tổng kết của Alexandre Mikhailovie Butlerop(1864)

Hiện nay công thức cấu tạo thể hiện trật tự kết hợp và đặc tính các liênkết giữa các nguyên tử trong phân tử, thể hiện cấu tạo hoá học trong mặtphẳng của chất khảo sát

Công thức cấu tạo được biểu hiện theo các nguyên tắc sau:

a) Mỗi nguyên tố biểu thị bằng một kí hiệu hoá học, mỗi hoá trị của cácnguyên tố biểu thị bởi một vạch từ kí hiệu nguyên tố đi ra, số vạch bằng hoátrị của nguyên tố, không có nguyên tố nào có hoá trị dư

b) Mạch cacbon trong phân tử có thể thẳng, nhánh, vòng

c) Các nguyên tử có thể liên kết nhau theo liên kết đơn, liên kết đôi,liên kết ba

d) Hướng của các mạch hoá trị không cần quá chặt chẽ

e) Công thức cấu tạo có thể viết thu gọn thành từng nhóm nguyên tử

Ví dụ:

2.2 Các loại liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ

2.2.1 Liên kết cộng hoá trị

C CH

HHH

CH2 CH2

Liên kết hoá học là vấn đề cơ bản nhất của lý thuyết cấu tạo phân tử.Dựa trên mẫu nguyên tử của Bohr, 1916 Lewis và Kossel đã đề ra thuyết điện

tử với 2 loại liên kết được mô tả: Liên kết ion bởi Wather Kossel (Đức) vàliên kết cộng hoá trị bởi G.N.Lewisw (Mỹ) Cả hai ông đều cho rằng khi thamgia liên kết, nguyên tử có khuynh hướng đạt đến độ bền của cấu hình điện tửkhí trơ

Theo Lewis, liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự góp chungelectron giữa các nguyên tử Loại liên kết này để giải thích liên kết hoá học ởcác chất không điện giải: các hợp chất của cacbon Đây là loại liên kết quantrọng chủ yếu trong việc nghiên cứu hoá hữu cơ

Bản chất liên kết cộng hóa trị theo quan niệm hiện đại: Liên kết cộnghoá trị được hình thành bằng sự xen phủ các obitan nguyên tử (AO) tạo nênobitan phân tử (MO) chung cho cả hai nguyên tử tham gia liên kết

Obitan tham gia xen phủ có thể là obitan thuần nhất s, p, d…hoặc cóthể là obitan lai hoá sp, sp2, sp3 …Obitan lai hoá được tạo thành do sự tổ hợplại các obitan thuần nhất, có hình dạng khác obitan ban đầu và có khả năngxen phủ cao hơn do đó liên kết hình thành cũng bền hơn

Ví dụ: Cấu hình điện tử của cacbon:

- Ở trạng thái cơ bản: 1s22s22p2

- Ở trạng thái kích thích: 1s22s12px12py12pz1

Khi tạo thành liên kết, obitan 2s có thể tham gia lai hoá với một sốobitan 2p theo các dạng sau:

a) Lai hoá sp3 Liên kết đơn:

Một obitan 2s tổ hợp với 3 obitan 2p sẽ hình thành 4 obitan lai hoá sp3

đồng nhất hướng về 4 đỉnh của một hình tứ diện đều mà tâm là nhân nguyên

tử C

2s

2px2py

b) Lai hoá sp2 Liên kết đôi

Một obitan 2s tổ hợp với 2 obitan 2p sẽ tạo thành 3 obitan lai hoá sp2

đồng nhất có trục nằm trên một mặt phẳng tạo nên những góc 1200 vàhướng về 3 đỉnh của một tam giác mà tâm là hạt nhân nguyên tử C

c) Lai hoá sp Liên kết ba và liên kết đôi liền

Một obitan 2s tổ hợp với một obitan 2p sẽ hình thành 2 obitan lai hoá spđồng nhất, có trục đối xứng cùng nằm trên một đường thẳng

Lai hoá

Lai hoá

σ ta có liên kết ba.

d) Một số đặc điểm của liên kết cộng hoá trị

 Năng lượng liên kết:

Khi hình thành phân tử từ các nguyên tử (tạo nên các liên kết) nănglượng được toả ra (H<0: toả nhiệt), trái lại khi phân tử bị phá vỡ tái tạo cácnguyên tử cấu thành (liên kết bị đứt ra) nó đòi hỏi phải cung cấp năng lượng(H>0: thu nhiệt)

Người ta có thể tính được năng lượng liên kết từ thiêu nhiệt (nhiệt đốtcháy) nếu biết sinh nhiệt (nhiệt hình thành) của các sản phẩm đốt cháy

 Độ dài liên kết:

Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của 2 nguyên tử liên kết với nhau đượcgọi là độ dài liên kết

Ví dụ: Liên kết: C-C C=C

Độ dài: 1,54A0 1,34A0 1,20A0

Độ dài liên kết được xác định bằng các phương pháp vật lý như nhiễu

xạ tia X, phổ vi sóng …Cũng có thể tính một cách gần đúng độ dài dA-B củaliên kết giữa 2 nguyên tử A và B từ các bán kính cộng hoá trị rA và rB dựa theobiểu thức:

dA-B = rA +rB.Nhìn chung bậc của liên kết (đơn, đôi hoặc ba) càng tăng thì liên kếtcàng ngắn Đối với liên kết đơn giữa cacbon với nguyên tử khác, độ dài liênkết giảm khi tăng tỉ lệ obitan s trong obitan lai hoá (sp3 > sp2 > sp) hay nói

Lai hoá

C C

cách khác độ dài liên kết giữa hai nguyên tử C càng giảm nếu liên kết π càngtăng.

 Các đặc điểm khác: Liên kết cộng hoá trị có sự định hướng với góc hoátrị nhất định, đa số có sự phân cực,…

F .

c) Ảnh hưởng của liên kết hiđro đến tính chất vật lí

Liên kết hiđro liên phân tử làm tăng mạnh nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóngchảy so với những chất có phân tử khối tương đương mà không có liên kếthiđro hoặc chỉ có liên kết hiđro nội phân tử Ví dụ: Nhiệt độ sôi của 3 chất có

Xδ- Hδ

+

δ-phân tử khối gần bằng nhau: CH3CH2OH: 780C, (CH3)2O: -240C, CH3SH: 60C.Nhiệt độ nóng chảy của nitrophenol là: para 1140C, ortho: 440C.

Sự hình thành liên kết hiđro giữa chất tan và dung môi làm tăng mạnh

độ tan trong dung môi đó Độ tan sẽ tăng khi khả năng tạo liên kết hiđro củanhóm chức tăng và giảm khi gốc hiđrocacbon (không có khả năng tạo liên kếthiđro) càng lớn Ví dụ: Độ tan trong nước (g/100g H2O): CH3COOH: ,HCOOCH3: 30, C2H5OH: , n-C4H9OH: 7,4

2.3 Phương pháp biểu diễn công thức hợp chất hữu cơ

Theo thuyết cấu tạo hoá học, mỗi chất hữu cơ có một thành phần

nguyên tố và cấu tạo xác định, có thể biểu diễn bằng các công thức hoá học

2.3.1 Công thức đơn giản

Công thức đơn giản hay công thức kinh nghiệm chỉ rõ thành phần cácnguyên tố và tỷ lệ nguyên tử giữa các nguyên tố Chẳng hạn, công thức phân

tử của axit axetic là C2H4O2 nên công thức đơn giản hay kinh nghiệm là(CH2O)

2.3.2 Công thức phân tử

Công thức phân tử cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên

tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử

Khi viết công thức phân tử, phải viết theo quy ước: Trước hết lànguyên tố C sau đến nguyên tố H, còn các nguyên tố tiếp theo viết theo thứ tựvần chữ cái

Ví dụ: CxHyNzOn

Muốn xác định công thức đơn giản hay công thức phân tử phải dựa vàokết quả phân tích nguyên tố theo phương pháp Lavoisier-Liebig hay FritzPregl của phản ứng đốt cháy hay oxi hoá

2.3.3 Công thức cấu tạo phẳng

Công thức cấu tạo phẳng biểu diễn cấu trúc của phân tử quy ước trênmột mặt phẳng thường là mặt phẳng giấy.

a) Công thức Lewis

Công thức Lewis biểu diễn các liên kết giữa các phân tử hay sốelectron hoá trị của mỗi nguyên tử bằng electron Số electron là bằng tổngelectron của các nguyên tử đóng góp vào và các nguyên tử có xu hướng tạotrạng thái electron lớn nhất có thể có để có vòng electron bền vững của khítrơ Ví dụ:

H C H

H

C HH

H

HH

H

C C HH

Để đơn giản trong cách biểu diễn công thức, có thể ẩn các gạch liênkết, ẩn một phần hay toàn phần tuỳ thuộc vào yêu cầu cách biểu diễn, đồngthời cũng bỏ qua cặp electron không liên kết gọi là công thức rút gọn

2.4 Cách mô tả cấu trúc không gian phân tử hữu cơ

2.4.1 Mô hình

a) Mô hình rỗng

Các quả cầu tượng trưng cho các nguyên tử, các thanh

nối tượng trưng cho các liên kết giữa chúng Góc giữa các

thanh nối bằng góc lai hoá

b) Mô hình đặc

CH3CH3

Các quả cầu cắt vát tượng trưng cho các nguyên tử được ghép với nhautheo đúng vị trí không gian của chúng.

Công thức tứ diện được biểu diễn ở dạng khai triển theo chiều người quansát

- Đường mũi tên đậm ở phía trước mặt phẳng giấy hay ở gần ngườiquan sát

- Đường hay mũi tên chấm chấm ở phía sau mặt phẳng giấy hay ở xangười quan sát

- Đường nét thường nằm trên mặt phẳng giấy

H

H

H H

H

H H

H

Hình 1.4 Công thức tứ diện phân tử metan.

b) Công thức Fisher

CH3 CH3

Là hình chiếu của công thức tứ diện lên một mặt phẳng chứa C bất đối.Trước khi chiếu phải xoay tứ diện sao cho có một cạnh nằm ngang hướng vềngười quan sát.

c, d : mạch cacbon phân tử, c có bậc oxi hoá cao hơn d

Lưu ý : Chỉ xoay công thức Fisher 1800 trong mặt phẳng giấy, nếu xoay

900 trong mặt phẳng giấy hoặc 1800 ngoài mặt phẳng sẽ dẫn đến công thứcchất đối quang

c

c c

c c

a

a

a

a b

c

a c c

c

c c

a

a

a

a b

b

Che khuất Xen kẽ

2.5 Đồng đẳng

Những hợp chất có tính chất vật lý và hoá học gần giống nhau nhưngkhác nhau một hay nhiều nhóm metylen (CH2) nằm trong một dãy đồng đẳng.Những chất nằm trong dãy đó gọi là chất đồng đẳng

Các hợp chất trong dãy đồng đẳng có tính chất vật lý như nhiệt độ sôi,nhiệt độ nóng chảy tăng khi tăng số nhóm metylen Do đó, khái niệm đồngđẳng thường dùng để dự đoán sự thay đổi tính chất vật lý khi thay đổi thànhphần nhóm metylen nên nói chung ít được nghiên cứu

2.6 Đồng phân

Đồng phân là những hợp chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưngkhác nhau về cấu trúc, do đó tính chất vật lý và hoá học khác nhau

2.6.1 Đồng phân cấu tạo

Các đồng phân khác nhau về cấu trúc phẳng gọi là đồng phân cấu tạo.Loại đồng phân này thường gặp các dạng sau:

- Đồng phân về mạch cacbon nghĩa là chỉ khác nhau về cách sắp xếpmạch cacbon

- Đồng phân về vị trí nhóm chức: các hợp chất này có cùng nhóm chứcnhưng khác nhau về sự phân bố vị trí nhóm chức

- Đồng phân về nhóm chức

2.6.2 Đồng phân lập thể

Những hợp chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưng có tính chấtkhác nhau do phân bố các nhóm thế trong không gian khác nhau gọi là đồngphân lập thể

Còn gọi là đồng phân cis - trans, là loại đồng phân không gian sinh ra

do sự phân bố khác nhau của các nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) đối vớiphần cố định (cứng nhắc) của phân tử Phần cứng nhắc có thể là nối đôi hoặcvòng no có từ 3 - 9 cacbon

Điều kiện để có đồng phân hình học:

- Điều kiện cần: Phân tử hữu cơ có bộ phận cứng nhắc (nối đôi: C=C,C=N, N=N; vong no,…) làm cản trở quay tự do của các nguyên tử hay nhómnguyên tử xung quanh bộ phận cứng nhắc

- Điều kiện đủ: 2 nguyên tử hay hai nhóm nguyên tử của mỗi nguyên

tử C ở nối đôi hoặc vòng no phải khác nhau

b) Đồng phân quang học

Những hợp chất có cấu trúc và tính chất vật lý và hoá học giống nhaunhưng khác nhau về khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực gọi là đồngphân quang học

Nguyên nhân gây ra tính hoạt động quang học là do phân tử không cóyếu tố đối xứng nào trong phân tử (trục, tâm hay mặt phẳng đối xứng…) Vậyđiều kiện cần và đủ để xuất hiện đồng phân quang học là phân tử không có bất

kì một yếu tố đối xứng nào trong phân tử

2.7 Cấu dạng

Cấu dạng là sự sắp xếp khác nhau trong không gian do sự quay xungquanh liên kết σ

Cấu dạng xen kẽ bền hơn cấu dạng che khuất

Cấu dạng hợp chất vòng có các loại sau: cấu dạng thuyền, cấu dạngxoắn, cấu dạng ghế, cấu dạng nửa ghế

3. Phản ứng của hợp chất hữu cơ

3.1 Phân loại phản ứng hữu cơ

Căn cứ vào sự biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ trước và sau phản ứng,người ta phân phản ứng hữu cơ thành các loại sau:

a) Phản ứng thế

Phản ứng thế là phản ứng trong đó một nguyên tử hay một nhómnguyên tử trong phân tử hữu cơ được thay thế bằng một nguyên tử hay nhómnguyên tử khác Phản ứng thế được kí hiệu bằng chữ S (viết tắt củaSubstitution) Ví dụ:

c) Phản ứng tách

Phản ứng tách là phản ứng trong đó hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử

bị tách ra khỏi phân tử hữu cơ mà không có nguyên tử hay nhóm nguyên tửnào thay thế vào

Phản ứng tách được kí hiệu bằng chữ E (Elimination)

3.2.1 Sự phân cắt đồng li Gốc tự do

Trong phản ứng hữu cơ, liên kết cộng hoá trị C-X (X có thể là H,C, I,

…) có thể bị phân cắt sao cho mỗi nguyên tử liên kết vẫn còn giữ được 1electron vốn ở liên kết đó gọi là sự phân cắt đồng li

Các tiểu phân mang electron độc thân gọi là gốc tự do

Gốc tự do mà electron độc thân ở nguyên tử cacbon gốc cacbo tự do Gốc tự do thường được hình thành nhờ ánh sáng hoặc nhiệt và lànhững tiểu phân có khả năng phản ứng cao Ví dụ:

H . + H Cl

3.2.2 Sự phân cắt dị li Cacbocation và cacbanion

Khi xảy ra phản ứng hữu cơ, liên kết C-X (X: Cl, Br, OH, H,…) có thể

bị phân cắt về một phía nào đó (C hoặc X) sao cho cặp electron liên kết thuộchẳn về 1 trong 2 nguyên tử liên kết với nhau Đó là kiểu phân cắt dị li

- Sự phân cắt dị li ở phía C sẽ sinh ra 1 cation mà điện tích dương chủyếu ở nguyên tử cacbon, cation đó được gọi là cacbocation Kí hiệu: R(+)

- Sự phân cắt dị li ở phía nguyên tử X sẽ tạo thành 1 anion mà điện tích

âm chủ yếu ở nguyên tử C Anion được gọi là cacbanion Kí hiệu: R(-)

Gốc tự do, cacbocation, cacbanion là những tiểu phân trung gian (sảnphẩm trung gian) của phản ứng hữu cơ

3.3 Khái niệm về cơ chế phản ứng và các phương pháp xác định cơ

chế phản ứng

3.3.1 Khái niệm

Cơ chế phản ứng là con đường chi tiết mà phản ứng xảy ra để tạo thànhsản phẩm Cơ chế phản ứng mô tả những thay đổi cơ bản ở các phân tử trongquá trình phản ứng

3.3.2 Các phương pháp xác định cơ chế phản ứng

Để nghiên cứu và chứng minh cho một cơ chế thường phải dùng nhiềuphương pháp như: hoá lập thể, đồng hoá, hiệu ứng đồng vị, nguyên tử đánhdấu, xác nhận các sản phẩm trung gian.

- Phương pháp động học xác định tốc độ, bậc và phân tử số của phảnứng

- Phương pháp hóa lập thể nhằm theo dõi sự biến đổi cấu hình của phảnứng

- Phương pháp nguyên tử đánh dấu xác định được liên kết nào bị phâncắt trong quá trình phản ứng

- Phương pháp xác nhận sự có mặt sản phẩm trung gian là một trongnhững dẫn chứng tốt về cơ chế phản ứng

Cơ chế gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn khơi mào: X X askt 2X 

   

- Giai đoạn phát triển mạch:

X R H X H R (a)

R X X R X X (b)

Bước quyết định tạo thành sản phẩm là phát triển mạch trong đó (a) làgiai đoạn chậm.

b) Hóa lập thể

R  có cấu trúc phẳng nên xác suất tấn công của A2 từ 2 phía vào R 

phải tương đương nhau dẫn tới sự raxemic hoá

3.4.2 Phản ứng thế nucleophin (SN )

Khái niệm chung: Phản ứng thế nuclêophin (SN) xảy ra bằng sự tấncông của tác nhân nuclêophin (Nu) vào trung tâm thiếu eletron (e) và sự phâncắt anionit của nhóm đi ra (Z) cùng với cặp e của mình (Z:)

Sơ đồ cơ chế phản ứng SN1 viết trên đã được đơn giản hoá, không

đề cập đến sự sonvat hoá các ion R+, X-, cũng như sự tạo thành cặp ion

R X  

  đó và TTCT khi tạo thành cặp ion đó R X 

Trong trường hợp X là OH hay OR cần hoạt hoá X bằng H+ hoặcZnCl2 Ví dụ:

Dmpc, gđ chậm

R(+) có cấu trúc phẳng hay gần như phẳng cho nên X mặt tiến công của

Y- từ 2 phía vào C(+) phải tương đương nhau, như vậy nếu xuất phát từ RXquang hoạt (cấu dạng R hoặc S) sau phản ứng được biến thể Raxemic

- X

C Y

giữ nguyên cấu hình

Thực tế, sự raxemic hoá xảy ra không hoàn toàn vì tỷ lệ sảm phẩm quaycấu hình và giữ nguyên cấu hình thường lớn hơn 1 Đó là vì khi R(+) kém bền,

X(-) chưa kịp ra xa, Y(-) đã tiến công R(+) và do vậy phải đi vào phía không có

X(-) Nếu độ bền của R(+) tăng lên thì tỷ lệ sản phẩm raxemic sẽ tăng theo

Như vậy, phản ứng SN1 gây nên sự raxemic hoá và một phần quay cấuhình

c) Dẫn chứng

Phản ứng có bậc 1, v = k[ RX], tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào

Y(-)

 Sự chuyển vị Vanhe-Mecvai trong phản ứng thế nuclêophin

Đây là loại chuyển vị làm thay đổi bộ khung cacbon trong phản ứngthế (mà thực chất là sự chuyển vị từ một R(+) kém bền thành R(+) bền hơn,trước khi tạo phản ứng thế

Gồm 1 giai đoạn, đi qua TTCT:

3.4.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S N 1 , S N 2

a) Cấu tạo gốc hiđrocacbon

- Gốc no: Bậc của gốc R trong RX càng cao, khả năng phản ứng SN2càng giảm, trong khi đó khả năng phản ứng SN1 càng tăng

- Gốc không no và gốc thơm: Các gốc alyl và benzyl làm cho khả năngphản ứng SN1 cũng như SN2 đều tăng, trái lại các gốc vinyl và phenyl làmgiảm mạnh khả năng phản ứng

b) Bản chất của nhóm được thay thế

Khi R không thay đổi, khả năng phản ứng thế nucleophin của X trong

RX giảm theo thứ tự sau:

- Anion có tính nucleophin cao hơn phân tử trung hoà tương ứng:

- Đưa nhóm thế đẩy electron vào tác nhân sẽ làm tăng lực nucleophin

- Đưa nhóm thế cồng kềnh vào tác nhân sẽ làm giảm lực nucleophin:

Me > Et > i-Pr > t-Bu

d) Dung môi

Dung môi giữ vai trò hết sức quan trọng trong phản ứng SN1 cũng như

SN2 Không có dung môi các phản ứng đó khó có thể xảy ra Khi chuyển từdung môi này sang dung môi khác không những tốc độ phản ứng biến đổi màđôi khi biến đổi cả cơ chế phản ứng

3.4.3 Phản ứng thế ở nhân thơm

3.4.3.1 Phản ứng thế electronphin (SE 2Ar)

a) Cơ chế

Đây là phản ứng lưỡng phân tử nhiều giai đoạn, sản phẩm trung gian làmột cacbocation mạch vòng gọi là phức σ

b) Quy luật thế electronphin trong nhân benzen

 Quy luật thế trong dẫn xuất một lần thế

- Các nhóm thế có hiệu ứng +C, +H hoặc +I mạnh thường hoạt hoánhân thơm (trừ halogen) và định hướng cho nhóm thế mới ưu tiên đi vào các

 Quy luật thế trong dẫn xuất hai lần thế

- X và Y đều có hiệu ứng +C: Nếu X và Y ở vị trí meta, sự định hướngphù hợp nhau, nếu ở vị trí ortho hoặc para, nhóm thế có hiệu ứng +C mạnhhơn sẽ quyết định hướng thế

- X có hiệu ứng +C, Y có hiệu ứng –C: nếu chúng ở vị trí ortho hoặcpara, sự định hướng phù hợp nhau, nếu ở vị trí meta nhóm +C sẽ quyết địnhhướng thế

- X và Y đều có hiệu ứng –C: phản ứng rất khó khăn, nếu X và Y ở vị trímeta sự định hướng phù hợp nhau, nếu chúng ở vị trí ortho hoặc para nhómthế có hiệu ứng -C mạnh hơn sẽ quyết định hướng thế

chậm

nhanh

3.4.3.2 Phản ứng thế nucleophin (SN 1Ar và S N 2Ar)

c) Ảnh hưởng của cấu trúc đến khả năng phản ứng

- Bản chất của Z: Tính chất hút electron của Z càng mạnh, khả năngphản ứng của X càng cao

- Bản chất của X: Tính chất hút electron của X càng mạnh khả năngphản ứng của nó càng cao

Đây là điều khác với phản ứng SN2Ar ở nguyên tử cacbon no

3.4.3.2.2 Cơ chế S N 1Ar

Phản ứng SN1Ar xảy ra với các hợp chất điazoni và iôđôni thơm

a) Cơ chế: Phản ứng 2 giai đoạn, tương tự SN1 ở dãy béo:

Ar N N15(+)

Ar N N(+)

(chứng tỏ giai đoạn 1 thuận nghịch).

c) Ảnh hưởng của cấu trúc đến khả năng phản ứng

Nhóm thế m-R, nếu đẩy electron thì tốc độ phản ứng tăng, nếu hútelectron thì tốc độ phản ứng giảm

Nhóm thế p-R, bất kì là đẩy hay hút electron đều làm tăng tốc độ phảnứng

Nhóm thế o-R thường làm tăng tốc độ phản ứng (trừ Me, Ph,…)

Về mặt động học v = k[RX].

Những yếu tố làm thuận lợi SN1 nói chung cũng làm thuận lợi cho E1

3.5.2 Phản ứng tách lưỡng phân tử (E2)

H

Y

X

R R

- X

- HY

R R

X

R R

H

Y

X

R R

- HY

R

R TTCT anti

TTCT sync) Dẫn chứng

Phản ứng tách HHal từ RHal có bậc 2 và cần bazơ mạnh, v = [RHal][Y-]

Qui tắc Hofman ngược với qui tắc Zaixep và chủ yếu áp dụng cho phảnứng E2.

3.5.4 Quan hệ giữa phản ứng tách và thế nucleophin

Các phản ứng tách và thế nucleophin thường xảy ra song song , tuỳđiều kiện cụ thể mà một phản ứng nào đó chiếm ưu thế hơn, có nhiều yếu tốảnh hưởng đến mối quan hệ đó

a) Cấu trúc của gốc hiđrocacbon R

- Phản ứng lưỡng phân tử: Khi bậc R tăng lên, khả năng phản ứng E2cũng tăng, còn khả năng phản ứng SN2 lại giảm Như vậy, đối với các dẫnxuất bậc cao, phản ứng E2 chiếm ưu thế

- Phản ứng đơn phân tử: Khi mức độ cồng kềnh ở R tăng lên, tỉ lệ sảnphẩm E1/SN1 sẽ tăng

b) Tác nhân phản ứng Y(-)

- Phản ứng lưỡng phân tử:

+ Cả 2 phản ứng đều phụ thuộc nồng độ Y(-) E2 phụ thuộc lực bazơcủa Y(-), còn SN2 lại phụ thuộc lực nucleophin Cho nên nếu chọn bazơ yếu màtính nucleophin mạnh, thí dụ I- ta dễ dàng tăng hiệu suất sản phẩm thế vàngược lại

+ Cả 2 phản ứng đều chịu ảnh hưởng không gian của Y(-), song ảnhhưởng đó đối với SN2 lớn hơn rất nhiều so với E2 Vì vậy, chọn Y(-) rất cồngkềnh có thể khống chế chỉ cho E2 xảy ra

- Phản ứng đơn phân tử: Nói chung phản ứng đơn phân tử không phụthuộc nồng độ Y(-) Tuy vậy, lực bazơ càng lớn thì khả năng tách proton của

R(+) càng tăng do đó tỉ lệ E1/SN1 sẽ tăng Mặt khác, nếu tăng kích thước Y(-)

thì khả năng phản ứng SN1 sẽ giảm rõ rệt, trong khi đó khả năng phản ứng E2

ít thay đổi Vì vậy, chon Y(-) rất cồng kềnh có thể khống chế chỉ cho E1 xảy ra c) Dung môi

Nguyên tắc chung là nếu mức độ tập trung điện tích ở TTCT cao hơn

ở trạng thái ban đầu thì sự tăng độ phân cực của dung môi làm cho phản ứngthuận lợi hơn

- Phản ứng lưỡng phân tử: Tăng độ phân cực của dung môi sẽ gây bấtlợi cho E2 nhiều hơn, do đó tỉ lệ E2/SN2 sẽ giảm

- Phản ứng đơn phân tử: độ phân cực của dung môi xúc tiến mạnh giaiđoạn tạo R(+) nhưng lại kìm hãm giai đoạn tạo ra sản phẩm cuối, nhất là đốivới E1 Vì vậy tỉ lệ E1/SN1 sẽ giảm theo độ phân cực của dung môi

Vì những lẽ trên, khả năng đề hiđro halogen hoá của các hệ tác nhân –dung môi tăng theo thứ tự sau :

KOH < EtOK < t-BuOKHOH < EtOH < t-BuOHd) Nhiệt độ

Theo phương trình Arrhenius, khi nhiệt độ tăng phản ứng nào có nănglượng hoạt hóa (Ea) lớn hơn, tốc độ phản ứng sẽ tăng với mức độ nhanh hơn

Phản ứng tách có Ea lớn hơn phản ứng thế ~ 2Kcal/mol nên tốc độ phảnứng sẽ tăng nhanh hơn và với một nhiệt độ nào đó sản phẩm tách sẽ chiếm ưuthế

3.6 Phản ứng cộng (A)

3.6.1 Phản ứng cộng electronphin (AE )

a) Cơ chế

Phản ứng gồm 2 giai đoạn, quyết định tốc độ chung của phản ứng làgiai đoạn cộng tiểu phân mang điện dương tạo thành sản phẩm trung gian

XY : Hal2, Hal-Hal, HHal, HOH, H2SO4,…

Trước khi tạo thành R(+) có thể tạo thành phức π giữa C=C và XY Cơchế AE vào nối ba nói chung tương tự cơ chế AE vào nối đôi

 Phản ứng cộng vào đien liên hợp

Khả năng phản ứng cộng liên quan đến tác nhân, chất xúc tác và đặcbiệt là cấu trúc hợp chất chưa no.

- Ảnh hưởng của nhóm thế: nhóm thế đẩy electron (σ < 0) ở liên kếtkép làm tăng khả năng phản ứng AE, trái lại nhóm thế hút electron (σ > 0) làmgiảm khả năng phản ứng

- Khả năng phản ứng của liên kết ba kém hơn liên kết đôi

d) Hướng cộng electronphin

Phản ứng cộng electronphin luôn luôn xảy ra ưu tiên theo hướng hìnhthành cacbocation trung gian tương đối bền hơn, đây là qui tắc Maccopnhicop

đã được khái quát hoá

Maccopnhicop kinh nghiệm: Trong phản ứng cộng axit hoặc nước (kíhiệu chung là HA) vào liên kết C=C của anken, H (phần tử mang điện tíchdương) cộng vào C mang nhiều H hơn (cacbon bậc thấp hơn) còn A (phần tửmang điện âm) cộng vào C mang ít H hơn (cacbon bậc cao hơn)

3.6.2 Phản ứng cộng gốc tự do (AR )

Khác với phản ứng AE, phản ứng AR xảy ra khi chiếu sáng hoặc khi cóchất khơi mào như oxi, peoxit, có thể thực hiện phản ứng AR ở tướng khíhoặc trong dung môi không phân cực

- Phản ứng AR diễn ra theo hướng tạo thành gốc tự do trung gian tươngđối bền.

- Gốc tự do X tấn công vào vị trí nào thuận lợi về mật độ e

Như vậy, sản phẩm phản ứng AR khác với sản phẩm phản ứng AE, tuy

cả 2 phản ứng đều diễn ra theo hướng tạo sản phẩm trung gian tương đối bền

C OX Y

TTCT của giai đoạn chậm:

C O Y

H

OR OH

- Xúc tác bazơ:

C O

C OR O

ROR

C OR OH

RO

b) Hoá lập thể

Bình thường phản ứng cộng XY vào R1R2C=O không có tính đặc thùlập thể, vì sẽ tạo ra biến thể raxemic R1R2C(OX)Y Tuy nhiên, nếu nhómC=O nối với C* thì sẽ ưu tiên tạo ra một đồng phân quang học không đốiquang nào đó, theo quy tắc Cram: Y  X 

 cộng vào nhóm C=O từ phía ít bị

án ngữ không gian và ứng với TTCT ổn định hơn

Ví dụ: RCOCLTbN trong đó L, Tb, N lần lượt là những nhóm lớn,trung bình và nhỏ.

Tỉ lệ 2 sản phẩm đồng phân phụ thuộc kích thước các nhóm thế tronghợp chất cacbonyl và tác nhân

c) Ảnh hưởng của cấu trúc đến khả năng phản ứng AN

- Hiệu ứng e: Theo cơ chế phản ứng, khả năng phản ứng của nhómC=O sẽ càng cao nếu δ+ ở cacbon càng lớn và điện tích âm ở TTCT càngđược giải toả Như vậy, nhóm thế hút e (CCl3, CF3,…) làm tăng khả năngphản ứng, trái lại, nhóm đẩy e (Me, Et,…) làm giảm khả năng phản ứng

- Hiệu ứng không gian: Tác nhân nucleophin thường có kích thước lớnnên kích thước của nhóm thế ở C=O có thể gây hiệu ứng SI: nhóm thế càngcồng kềnh, khả năng phản ứng của C=O càng giảm

n

nA  (A)Các hợp chất có khả năng trùng hợp là các hợp chất mà phân tử có liênkết bội, hoặc các hợp chất no có cấu tạo vòng kém bền có dị tố trong vòng(trường hợp này xảy ra sự mở vòng khi trùng hợp và tạo ra polime thẳng dịmạch)

O Tb

L

N YX

L R

OX

Y +

L R

OX

Y

Các chất polime thu được bằng phản ứng trùng hợp do một loạimonome tạo nên Sản phẩm của phản ứng gọi là homopolime.

d) Trùng hợp vòng (chuyển hóa vòng thành polime mạch thẳng)

3.7.2 Cơ chế phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp xảy ra theo cơ chế dây chuyền Căn cứ vào bản chấtcủa xúc tác được sử dụng, có thể phân biệt ba dạng cơ chế trùng hợp: trùnghợp gốc, trùng hợp cation và trùng hợp anion

b) Giai đoạn phát triển mạch

R n

Z +

+ Sự chuyển nguyên tử H giữa các gốc:

R

H2C CH2

R n

R

R n

Nhiều loại hợp chất không no có dạng CH2=CHR hoặc CH2=CR2, trong

đó R có thể là ankyl, phenyl, ankoxi,…Những nhóm R này có tác dụng đẩy e,làm phân cực hoá liên kết đôi, do đó chúng có thể tương tác với chất xúc tác

có khả năng nhận hoặc nhường e để trở thành cacbocation hoặc cacbaniontham gia phản ứng trùng hợp Các phản ứng trùng hợp loại này gọi là phảnứng trùng hợp ion

Tuỳ theo tính chất của xúc tác và điện tích của ion tạo thành mà người

ta phân biệt thành trùng hợp cation và trùng hợp anion

a) Cơ chế trùng hợp cation

Trùng hợp cation xảy ra khi có mặt xúc tác là HCl, H2SO4, AlCl3, BF3,

…và gồm 3 giai đoạn Ví dụ: phản ứng trùng hợp propen: