Bài tiểu luận Hóa hữu cơ

HÓA HỮU CƠ Hóa học hữu ngành khoa học nghiên cứu cấu trúc, tính chất, thành phần, cách thức phản ứng, cách tổng hợp hợp chất hữu vật liệu hữu nhiều vật chất khác chứa nguyên tủ cacbon Hóa hữu nghiên cứu đặc tính lý hóa hợp chất, đánh giá mức độ phản ứng xác định tính chất chúng trạng thái tinh khiết, dung dịch, hỗn hợp dạng khác Các nghiên cứu phản ứng hữu kể đến bao gồm việc chuẩn bị cho phản ứng tổng hợp hữu cơ, nghiên cứu mức độ hoạt động phản ứng, nghiên cứu mô hình lý thuyết máy tính (in silico) Hợp chất hữu vật chất hình thành nên sống trái đất Chúng có cấu trúc vô đa dạng, vai trò to lớn Chúng giữ vai trò thành phần thiếu cấu thành cấu trúc quan trọng nhiều sản phẩm thường thấy nhựa plastic, thuốc, công nghiệp hóa dầu, thực phẩm, dạng vật liệu nổ công ngệ sơn Bài tiểu luận gồm có phần trình bày hợp chất hữu tiêu biểu -Một số dấn xuất halogen, hợp chất magie, hợp chất liti -Một số hợp chất cacbonhidrat, Aminoaxit, Protein -Một số hợp chất dị vòng, dị vòng canh, dị vòng cạnh Dù cố gắng để hoàn thiện tiểu luận cách tốt tránh khỏi sơ suất Mong thầy đóng góp ý kiến cho tiểu luận hoàn thiên Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ Sinh viên thực A.TÌM HIỂU DẪN SUẤT HALOGEN, HỢP CHẤT CƠ MAGIE, HỢP CHẤT CƠ LITI I Dẫn suất halogen 1.Khái niệm, phân loại, danh pháp, đồng phân:  Khái niệm: -Khi thay môt vài nguyên tử H phân tử H-C nguyên tử halogen thu hợp chất hữu chứa halogen , gọi dẫn suất halogen -Công thức tổng quát có dạng sau:R-X (với R:gốc H-C,X:halogen)  Căn vào đặc điểm cấu tạo phân tử phân loại dẫn xuất halogen theo nhiều cách khác nhau: -Dựa vào chất halogen: có loại dẫn xuất halogen (dẫn xuất florua,clorua,bromua,iotua) -Dựa vào chất mạch C phân tử: dẫn xuất halogen no,dẫn xuất halogen không no,dẫn xuất halogen vòng no,dẫn xuất halogen thơm… -Dựa vào số lượng nguyên tử halogen;dẫn xuất monohalogen dẫn xuất polihalogen,đihalogen,trihalogen,…,polihalogen  Danh pháp -Tên thông thường:đọc tên gốc H-C(R) thêm tên halogen tương ứng -Tên quốc tế IUPAC:vị trícủa hal-tên hal+tên H-C tương ứng Bảng:Danh pháp số dẫn xuất hal Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ Công thức Danh pháp thông thường Danh pháp quốc tế CH3-Cl Mety clorua Clo metan C2H5-Cl Ety clorua Clo etan CH3-CH2-CH2-Cl n- propyl iotua 1-iôt propan CH3—CH—CH3 izo-propyl iotua 2-iốt propan C6H5-Br phenyl bromua brom benzen CH2=CH-CL vinyl clorua clo eten | 2.Tính chất vật lý -Tính chất vật lý dẫn xuất hal phụ thuộc vào thành phần cấu tạo gốc H-C vào hal.Các ancyl halogen có khối lượng phân tử thấp chất khí,trung bình chất lỏng,cao chất rắn -Các dẫn xuất hal hợp chất cộng hóa trị nên thực tế không tan nước,chung tan dung môi hữu thân dẫn xuất hal dung môi hữu tốt.Bảng dẫn tính chất vật lý số dẫn xuất hal Bảng :Hằng số vật lý số dẫn xuất halogen CHPT Tên t0nc ts0 CH3-Cl clometan (metyl clorua) -97,00 -23,70 0,920 CH3-Br bro metan -93,00 4,600 1,932 CH3-L iôt metan -66,00 42,30 3,280 C2H5-Cl clo etan -139,0 12,00 0,898 CH3-CH2-CH2- 1-clo propan -122,8 47,20 0,890 d Cl 3.Tính chất hóa học Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ  Bản chất liên kết C-X Ttung tâm phản ứng dẫn suất halogen liên kết C-X Do χx > χc , nên liên kết C-X liên kết cộng hóa trị phân cực  Khả phản ứng dẫn suất halogen Khả phản ứng dẫn suất hal , trước hết phụ thuộc vào chất liên kết hal.Tùy theo chất hal, khả phản ứng dẫn suất hal xếp sau: R-I > R-Br > R-Cl>R-F Mặt khác khả liên kết dẫn suất hal phụ thuộc vào dặc diểm gốc H-C liên kết với hal.đứng mặt này,các dẫn suất hal chia làm loại:  Loại có khả phản ứng cao: gồm dẫn suất hal, nguyên tử hal dính với nguyên tử C bên cạnh nguyên tử C mang nối đôi, với nguyên tử C cạnh nhân thơm Thí dụ: CH2 = CH—CH2—Cl Alyl clorua  Loại có khả phản ứng trung bình :gồm ankyl xicloankyl hal Thí dụ: CH3—CH—CH3 2-clo propan | Cl  Loại có khả phản ứng : gồm ankenyl xiclo Ankyl hal a)Phản ứng Chủ yếu xảy theo chế SN R-X + KOH → R-OH + KX R-X + R1ONa → R-O-R1 + NaX Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ R-X + 2NH3 DƯ → R-NH2 + NH4X R-X + KCN → R-CN + KX R-X + R1COONa → R1COOR + KX Tác nhân nucleophin Y(-) gọi anion hay phân tử trung hòa có cặp e tự nguyên tử Cl¯, Br¯, I¯, OH¯, CN¯…Nguyên tử hay nhóm nguyên tử X bị thay nhóm hút e (-Cl, -Br, -I,-OH, -NR3, …) Tùy theo số phân tủ tham gia vào giai đoạn định tốc độ phản ứng , ta phân biệt phản ứng S²N S¹N Có kết luận : “bậc gốc ankyl R cao khả tham gia phản ứng S²N giảm ,trong khả phản ứng S¹N tăng” thí dụ 1:phản ứng theo chế SN1: CH3 CH3 | | CH3 —C—Cl+OH → CH3—C—OH +Cl— | | CH3 CH3 b)Phản ưng tách HX Khi đun nóng dẫn suất hal với dung dịch kiềm etanol xảy phản ứng tách HX để tạo thành H-C không no thí dụ: CH3 – CH2 – Br ———› CH2 = CH2 + HBr Đặc điểm cấu tạo dẫn suất hal có ảnh hưởng rõ rệt đến khả phản ửng tách Đối với dẫn suất hal có gốc R , hal khác khả tách theo trật tự sau: Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ R – I > R – Br > R – Cl > R – F Phản ứng tách dẫn suất hal bậc thường tạo olephin , dó dẫn suất hal bậc bậc tương ứng tham gia phản ứng tách theo hai ba hướng khác tạo hai ba olephin đồng phân khác Hướng phản ứng tách HX tuân theo quy tắc chung gọi quy tắc Zaixep: Trong phản ứng tách nucleophin, hal bị tách với H nguyên tử C có bậc tương đối cao hơn, tạo olephin có tương đối nhiều nhóm hai nguyên tử C mang nối đôi c) Phản ứng với kim loại Dẫn suất hal phản ứng với kim loại tạo thành hợp chất kim: C2H5 – Br + 2Li → C2H5 – Br + Mg → etekhan etekhan C2H5- Li + liBr C2H5 – Mg – Br Với kim loại natri ta thu ankan ( phản ứng Wurtz): 2C2H5 – Br + 2Na → etekhan C2H5 – C2H5 + 2NaBr Phản ứng xảy : 2C2H5Br +2Na → 2Ċ2H5 + 2NaBr 2Ċ2H5 → C2H5 – C2H5 Khả tách theo trật tự sau: R – I > R – Br > R – Cl > R – F 4.Điều chế dẫn xuất hal a)Tác dụng trực tiếp hal với H – C tương ứng  Halogen hóa anken as CH3 – CH – CH3 + Cl2 → CH3 – CHCl – CH3 + HCl  Halogen hóa H – C thơm Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ C6H6 + 3Cl → as C6H6Cl6 b) Đi từ ancol Khi đun nóng ancol với HX ( HCl, HBr, HI ) có mặt cảm xúc ZnCl2, ancol chuyển hóa dễ dàng thành dẫn suất halogen tương ứng R –OH + HX → ZnCl2 R – X + H2O 5.Ứng dụng a) Làm dung môi Metylen clorua, clorofom, cacbon tetraclorua, 1,2- đicloetan chất lỏng hòa tan nhiều chất hữu đồng thời chúng dễ bay hơi, dễ giải phóng khỏi hỗn hợp, dùng làm dung môi để hòa tan để tinh chế chất phòng thí nghiệm công nghiệp b) Làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu Các dẫn xuất halogen etilen, butađien dùng làm monome để tổng hợp polime quan trọng Thí dụ CH2=CHCl tổng hợp PVC dùng chế tạo số loại ống dẫn, vải giả da, , CF2=CF2 tổng hợp teflon, polime siêu bền dùng làm vật liệu chịu kiềm, chịu axit, chịu mài mòn, Teflon bền với nhiệt tới 3000C nên dùng làm lớp che phủ chống bám dính cho xoong, chảo, thùng chứa c) Các ứng dụng khác Dẫn xuất halogen thường hợp chất có hoạt tính sinh học đa dạng Thí dụ CHCl3,ClBrCH−CF3 dùng làm chất gây mê phẫu thuật Nhiều dẫn xuất polihalogen có tác dụng diệt sâu bọ trước dùng nhiều công nghiệp, C6H6Cl6, chúng gây tác hại lâu dài Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ môi trường nên ngày không sử dụng Rất nhiều chất phòng trừ dịch hại, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng thực vật có chứa halogen (thường clo) sử dụng mang lợi ích sản xuất nông nghiệp CFCl3 CF2Cl2 trước dùng phổ biến máy lạnh, hộp xịt ngày bị cấm sử dụng, chúng gây tác hại cho tần ozon II.Hợp chất liti - Hợp chất liti (RLi) điều chế từ dẫn xuất halogen liti kim loại dung môi ete khan hexan RX + 2Li hexan RLi + LiX - Các hợp chất liti tham gia phản ứng tương tự hợp chất magie khả phản ứngcao -Hợp chất đồng (Liti điankylcuprat) -Liti điankylcuprat điều chế từ hợp chất liti muối Cu (I) halogenua: 2RLi + CuX→ R2CuLi + LiX (X Cl, Br, I) - R2CuLi (tương đối dễ tan nước)là hợp chất quan trọng tr ình tổng hợp, điều chế hiđrocacbon bất đối xứng (Phương pháp Corey – House) III.Hợp chất magie - Các hợp chất magie có cấu tạo phức tạp, song để đơn giản người ta dùng công thức RMgX (R gốc hidrocacbon, X halogen).- Hợp chất magie tổng hợp Barbier vào năm 1899 Năm 1900 học tr ò Barbier Grignard đả đưa quy tr ình tổng hợp hợp chất Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ -magie từ dẫn xuất halogen trongmôi tr ường ete khan cho hiệu suất cao (Thuốc thử Grignard) RX + Mg été RMgX R- gốc ankyl bậc 1, bậc hay gốc ankyl bậc Nó gốc xycloankyl, ankenyl,aryl Đietyl ete khan dung môi thường sử dụng phản ứng điều chế hợp chất magie theo phương pháp trên, nhiên trường hợp vinyl- arylclorua dung môi sử dụng THF(tetrahiđrofuran) - Nhờ có khả phản ứng cao tính chất hóa học đa dạng hợp chất -magie đượcứng dụng rộng rãi tổng hợp điều chế hữu - Hai phản ứng hợp chất -magie là: Phản ứng MgX H linh động phản ứng cộng RMgX vào liên k ết >C=O hợp chất cacbonyl Nhược điểm thuốc thử Grignard tính bazơ mạnh phảnứng hóa học dễ bị thủy phân axit yếu (HOH, ROH, RNH2 ) B.TÌM HIỂU MỘT SỐ CACBONHIDRAT, AMINOAXIT, PROTEIN I.Các hợp chất cacbon hidrat 1.GLUCOZO a) Trạng thái tự nhiên tính chất vật lý - Glucozơ chất kết tinh, không màu, nóng chảy 146oC (dạng α) 150oC (dạng β), dễ tan nước Bùi Thị Mơ HÓA HỮU CƠ - Có vị ngọt, có hầu hết phận (lá, hoa, rễ…) đặc biệt chín (còn gọi đường nho) - Trong máu người có lượng nhỏ glucozơ, không đổi (khoảng 0,1 %) b) Cấu tạo phân tử (C6H12O6) - Dạng mạch hở Hoặc viết gọn là: CH2OH[CHOH]4CHO - Dạng mạch vòng - Nhóm – OH C5 cộng vào nhóm C = O tạo hai dạng vòng cạnh α β α-glucozơ (≈ 36%) dạng mạch hở (0,003%) β-glucozơ (≈ 64%) C) Tính chất hóa học Bùi Thị Mơ 10 HÓA HỮU CƠ Theo quan điểm thuyết obitan nguyên tử phân tử (Furan), pirol thiophen mô tả hệ thống cấu trúc phẳng với nguyên tử cacbon trạng thái lai tạo sp2 dị tố oxi, nito hay lưu huỳnh Mỗi nguyên tử cacbon sử dụng obitan lai tạo sp2 để tạo liên kết σ với hai nguyên tư cacbon bên cạnh (hoặc vói nguyên tử cacbon nguyên tủ dị tố) với nguyên tử hiđrô.Dị tố nito sử dụng obitan kiểu lai hóa sp2 để tạo liên kết với hai nguyên tử cacbon bên cạnh với nguyên tử hiđrô.Như nguyên tử cacbon electron p nằm obitan vuông gốc với mặt phẳng vòng, đồng thời dị tố nito electron tự do.Tất electron họp thành mạch kín, bao trùm toàn phân tử Còn theo quan điểm phương pháp sơ đồ hóa trị phân tử xem dạng lai tạo cộng hưởng dãy cấu trúc giới hạn: 3.Các phương pháp tổng hợp Bùi Thị Mơ 30 HÓA HỮU CƠ a) Điều chế công nghiệp  Furan: Furan nhận dễ dàng từ frufrual lại điều chế deex dàng thủy phân môi trường axit polisacarit ( vỏ trấu, lõi ngô ) hay chất thiên nhiên khác có chúa đương pentozo Từ furfural nhận furran nhiệt phân tướng xúc tác Ni ( 180℃) hay với xút ( 350℃)  Pirol: Nhận pirol cất nhựa than đá hay nhựa xương tác dụng furan với amoniac nhôm nhiệt độ 400-450℃ (phản ứng lurev)  Thiophen: Thiophen tổng hợp dựa đồng hóa butan, butaddien hay butan với lưu huỳnh Các hợp phần đun nóng sơ rùi nhanh chóng chạy qua lò phản ứng, sản phẩm lamflanhj đột ngột thiophen ngưng tụ thành chất Bùi Thị Mơ 31 HÓA HỮU CƠ lỏng.Còn hỗn hợp cưa phản uwgs lại đưa vào đông vòng tiêp theo.Cuối ta thu thiophen với độ inh khiết 99% b) Tính chất Cả dị vòng furan, pirol, thiophen tồn trạng thái lỏng điều kiện bình thường :  Phản ứng electrophin (SE) Furan, pirol thiophin có khả phản ứng cao với tác nhân electrophin, tương đương phenol anilin Khả dị vòng giảm dần furan > pirol > thiophen -Sunfonic hóa Thiophen dẽ dàng sunfonic hóa axit sunfuric 95% nhiệt độ phòng với tạo thành axit thiophen-2-sunfnic (hiệu suất 69 – 76 %): Furan pirol sunfonic hóa trực tiếp axit sunfunic.Người ta thường sử dụng piridinsunfotrioxit làm tác nhân sunfonic hóa nhận dẫn suát 2-sufoaxit tương ứng với hiệu suất cao -Haolgen hóa Bùi Thị Mơ 32 HÓA HỮU CƠ Halogen hóa trực tiếp furran halogen phân tử thường diễn với tốc độ cao, đồng thời hidrohalogenua thoát lại gây nên polime hóa nhanh chóng toàn sản phẩm, tách chúng Pirol dễ dàng phản ứng với tác nhân halogen hóa, thường cho sản phẩm polihalogenua Thiophen phản ứng clo brom nhanh chóng sản phản hỗn hợp monohalogenua với polihalogenua, mà khó tách thành từn hợp chất riêng biệt - Nitro hóa Không thể nitro hóa furan, pirol, thiophen tác nhân điều kiên thông thường benzen,tác nhân thích hợp để nitro hóa dị vòng axetylnitrat-một loại anhidrit hỗn hợp, nhận từ axit nitric khói anhjdrit axeyic  Phản ứng kim loại hóa Furan thiophen dẽ dàng tác dụng với n-butyllithi dẫn suất 2furyllithi va 2-thienyllithi với hiệu suất cao Pirol dễ dàng phản ứng với tác nhân Grignard để tạo thành hợp chất kim loại.cấy trúc hợp chất kim loai xác định dạng ion:  Các phản ứng mở vòng cộng hợp Bùi Thị Mơ 33 HÓA HỮU CƠ Furan, pirol thiophen khác khả bị mở vòng Sự mở vòng furran có đươc cách sử dụng tác nhân khác axit vô chẳng hạn Pirol tác dụng axit hay bazo khó bị vòng hơn.Nhưng đun sôi với dung dịch rượu hidrooxylamin clohidrat tì pirol chuyển thành sucxindiandoxin Thiophen bền vững pirol furan phản ứng mở vòng Một trường hợp quan trọng mở vòng ddeessunfua hóa tác dụng NiRaney.Không tham gia phản ứng cộng hợp với tác nhân “đienophin” III.DỊ VÒNG CẠNH– PIRIĐIN Pirđin dị vòng cạch chứa dị tố nito Nó nhiều dẫn suất có nhựa than đá thành phần phaan tử cảu nhiều hợp chất thiên nhiên.Về nhiều mặt giống với benzen, mặt khác giống với pirol 1.Cấu tạo khả phản ứng Piridin có cấu tạo vòng thẳng, chứa cacbon dị tố nito.Gía trị lượng ổn định cao(134.4Kj/mol) Khác với benzen.độ dài liên kết vòng piriđin khong dều cấu trúc không hoàn toàn đối xứng , phân bố diện tích không đều.Các nguyên tử liên kết với liên kết σ obitan lai tạo sp2 Bùi Thị Mơ 34 HÓA HỮU CƠ Nhờ có cặp electron tự mà piridin có tính bazo ma dễ dàng tạo phức với liuyt nhiều ion kim loại.phân tử pridin trung hòa điện 2.Các phương pháp tổng hợp a)Ngưng tụ đóng vòng axetilen với amoniac hay axit xianhidric b)Đóng vòng hợp chất 1,5-đicacbonyl với amoniac c) Tổng hợp từ etylaxetoaxetat, andehit amoniac (tổng hợpHabtzch) Bản chất tổng hợp ngưng tụ phân tử andehit với hai phân tử hợp chất β-đicacbonyl phân tử amoniac.San phẩm trung gian trình dẫn suất đihiđropidin sau dễ dàng oxi hóa thành dấn suất piridin tương ứng d) Tổng hợp từ hợp chất 𝜷- đicacbonyl 𝜷- enamincacbonyl hay nitrin Bùi Thị Mơ 35 HÓA HỮU CƠ Sự tương tác hợp chất β-đicacbonyl với hợp chất β- enamincacbonyl hay nitri tới hình thành piridin có chứa nhóm không đối xứng Phương pháp từ nguyên liệu đầu đơn giản e)Tổng hợp từ oxazol đienophin Tổng hợp Diels-Alder với tham gia oxazol đenophin môt phương pháp đại Tính chất Pỉiddin chất lỏng,không màu,có mùi đặc trưng khó chịu,rấ độc,tan dễ dàng ancol,ete nhiều dung môi hửu khác a) tính bazơ va phản ứng dị tố nito Dị tố nito cũa vòng piradin đôi electron tự nên thể tính bazo tiếp nhận công tác nhân electrophin.Piridi tạo muối kết tinh bền vữn với đa số axit protonic:  Phản ứng Nitro hóa Sự tương tác piridin vói muối nitro như: O2N(+) BF4(-)  Sunfonic hóa Piridin phản ứng với anhiđrit sunfuric (SO3) để tạo hợp chất piridin -1sunfonat dạng tinh thể.piridin sunfotrioxit có khả phản ứng cao,thường bị thủy phân nước nóng dùng làm tác nhân sunfonic hóa điêu kiện nhẹ nhàng  Halogen hóa Bùi Thị Mơ 36 HÓA HỮU CƠ Piridin dễ dàng tham gia phản ứng với halogen hợp chất halogen với hợp chất bền vững , hợp chất có liên kết thực b)Các phản ứng electrophin nguyên tử cacbon vòng piridin (SE) Piridin tham gia số phản ứng electrophin nguyên tử cacbon vòng điều kiện khó khăn nhiều so với benzen.Do nguyên nhân: - Dị tố nito có độ âm điện lớn cacbon nên hút electron phía làm cho cacbon trở nên dương điện so với nguyên tử cacbon vòng benzen - Piridin vào phản ứng không dạng bazo tự mà tực tế dạng cation c)Phản ứng nucleophin (SN) Phản ứng đặc trưng piridin.Là thay hidro vòng piridin tác nhân nucleophin với tách ion hidrua -Amin hóa theo Chichibabin -Hidroxyl hóa -Ankul hóa aryl hóa -Thế nuclophin halogen hay nhóm nitro vòng piridin Bùi Thị Mơ 37 HÓA HỮU CƠ MỤC LỤC Trang A.Tìm hiểu số dẫn xuất halogen hợp chất hữu cơ, hợp chất liti, hợp chất magie I.Dẫn xuất halogen hợp chất hữu II.Hợp chất liti III.Hợp chất magie .4 B :Tìm hiểu số hợp chất cacbonhidrat, aminoaxit, protein I.Một số hợp chất cacbonhidrat .6 o A.1.Glucozơ o A.2 Saccarozơ 10 o A.3 Tinh bột 13 o A.4 Xenlulozơ 17 II Aminoaxit 20 III.Protein 23 C :Tìm hiểu số hợp chất dị vòng : Dị vòng cạnh, cạnh 28 I.Tìm hiểu số hợp chất dị vòng 28 II.Dị vòng cánh 30 III.Dị vòng cánh 30 Bùi Thị Mơ 38 HÓA HỮU CƠ KẾT LUẬN Bùi Thị Mơ 39 HÓA HỮU CƠ Bùi Thị Mơ 40 HÓA HỮU CƠ Bùi Thị Mơ 41 HÓA HỮU CƠ Bùi Thị Mơ 42 HÓA HỮU CƠ Bùi Thị Mơ 43 HÓA HỮU CƠ Bùi Thị Mơ 44