phản ung the theo co che goc

Lí do chọn đề tài Một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất trong hóa hữu cơ hiện đại là tìm tòi những lí thuyết định lượng khả năng phản ứng, bao gồm đồng thời cả vấn đề ảnh hưởng của cấu tạ

Phản ứng thế theo cơ chế gốc tự do

Đề tài:

MỞ ĐẦU

• 1 Lí do chọn đề tài

Một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất trong hóa hữu cơ hiện đại là tìm tòi những lí thuyết định lượng khả năng phản ứng, bao gồm đồng thời cả vấn đề ảnh hưởng của cấu tạo và các yếu tố bên ngoài đến chiều hướng và tốc độ phản ứng Điều đó có liên quan mật thiết đến nghiên cứu cơ chế phản ứng tức là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi qua để tạo ra sản phẩm tương ứng.

Trong tiểu luận này chỉ trình bày về cơ chế của phản ứng thế theo cơ chế gốc.

• 2 Mục tiêu nghiên cứu

• - Đặc điểm của phản ứng thế theo cơ chế SR

• - Khả năng phản ứng với các halogen

• - Khả năng phản ứng của nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong hyđrocacbon no

• - Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng phản ứng

• 3 Phương pháp nghiên cứu

• Nghiên cứu tài liệu và tham khảo các nguồn thông tin trên internet

• 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Nghiên cứu phản ứng thế theo cơ chế gốc SR vào nguyên tử cacbon no (ankan)

1 Phản ứng thế gốc S R vào C no

•1.1 Đặc điểm của cơ chế gốc SR

• Nét đặc trưng của các hợp chất no, đặc biệt hyđrocacbon no, là tham gia phản ứng theo cơ chế gốc SR, trong đó nguyên tử hyđro đính vào cacbon no được thay thế bằng halogen hay một nhóm nguyên tử khác

Quan trọng hơn cả là phản ứng halogen hóa theo cơ chế gốc ngoài ra còn

có những phản ứng thế khác cũng theo cơ chế SR như nitro hóa, sunfoclo hóa, tự oxi hóa, v.v

• Sơ đồ các phản ứng theo cơ chế gốc tự do SR :

R-H + X-Y → R-X + H-Y

• XY thường là: Hal2; SO2Cl2; CCl3Br

• Phản ứng được xúc tiến khi có ánh sáng hay nhiệt

2 Phản ứng thế gốc S R vào C no

• 1.2 Cơ chế

• Phản ứng thế gốc SR còn được gọi là phản ứng dây chuyền (hay phản ứng chuỗi)là phản là

phả ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn mà trong đó giai đoạn này làm sinh ra những trung tâm có khả năng phản ứng mạnh để gây ra các phản ứng tiếp theo Đây cũng là phản ứng đặc trưng cho ankan

• Phản ứng xảy ra gồm 3 giai đoạn chính:

• + Giai đoạn tạo gốc – giai đoạn khơi mào

2 Phản ứng thế gốc S R vào C no

ví dụ:

Khơi mào:

Phát triển mạch:

Cl 2 as 2Cl

Cl + CH4 Châm CH3 + HCl

CH3 + CH3 C2H6

Giai đoạn chậm là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng

2 Phản ứng thế gốc S R vào C no

CH4 + Cl

E2

E3

CH3 + Cl2

CH3Cl + Cl

Nhận xét: Trên giản đồ năng lượng

của phản ứng clo hóa metan ta nhận thấy E2 > E3 có nghĩa là trong 2 phản ứng phát triển mạch, phản ứng (2) xảy ra chậm hơn

nhiều so với phản ứng (3) do đó phản ứng (2) có tính chất quyết định tốc độ phản ứng

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.1 Ảnh hưởng của tác nhân:

 Đối với F2 : xảy ra phản ứng phân hủy tạo sản phẩm CF4 + HF (không xảy ra phản

ứng thế )

 Đối với I2: khả năng phản ứng yếu, phản ứng thuận nghịch, cần xúc tác HIO3

 Với Cl2 và Br2 thì Cl2 có khả năng phản ứng mạnh hơn Br2 vì năng lượng hoạt hóa

của phản ứng Br2 lớn hơn

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.2 Ảnh hưởng của cấu tạo đến phản ứng thế SR

2.2.1

2.2.1 Ảnh hưởng của bậc C Ảnh hưởng của bậc C

CH3 - H < (CH3)2 - CH-H < (CH3)3C-H

C bậc III bền vững nhất vì có nhiều số liên kết C-H siêu liên hợp dương nhất

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.2 Ảnh hưởng của cấu tạo đến phản ứng thế SR

CH3-CH2-CH2-CH3

Khả năng phản ứng 1 3.6 3.6 1

Khả năng phản ứng 1 3.1 0.24

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

CH3-CH2-CH2- CH2-Cl

Nhận xét:

Cl có tính eletrophin nên khả năng thế S ở C thứ 3

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.3.Hóa lập thể

Giai đoạn quyết định cấu hình của sản phẩm là giai

đoạn 3 vì gốc R. là gốc tự do nên có cấu trúc phẳng hoặc

gần như phẳng; khi Cl2 tấn công vào CH tấn công vào CH3 thì nó sẽ tấn

công vào 2 phía với xác suất như nhau

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.3.Hóa lập thể

Ví dụ: Clo hóa n-butan

C2H5

H

CH3

+ Cl2

a

b

H Cl

C2H5

CH3

H Cl

CH3

C2H5

CH3

C2H5

Cl H

CH3

C2H5

H Cl

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

Khác với phản ứng ion, phản ứng gốc ít nhạy với tính phân cực của dung môi

Chẳng hạn khi chuyển từ dung môi hidrocacbon tới dung môi nitrometan thì tốc độ phản ứng chỉ tăng có 10

lần nhưng trong phản ứng ion tăng 102 - 1024 lần

3 Sự tương quan giữa khả năng phản ứng r i và

tỷ lệ của các chất đồng phân

Xét trong trường hợp mono halogen hóa ankan

Ở nhiệt độ nhất định và tác nhân halogen hóa nhất định, tỷ lệ % sản phẩm halogen hóa phụ thuộc vào 2 yếu tố:

 Năng lượng hoạt hóa Ea được thể hiện ở ri

 Xác suất va chạm giữa hidrocacbon và gốc X thể hiện ở sô lượng nguyên tử H cùng loại ni

3 Sự tương quan giữa khả năng phản ứng r i và

tỷ lệ của các chất đồng phân

Phần trăm sản phẩm ai = = ri.ni

• vd: CH3-CH2-CH3 → monoclo hóa Biết rI = 1 và rII = 4,3.Tính % sản phẩm

1*6/(1*6 + 4,3*2)*100 = 41,1 %

4,3*2/(1*6 + 4,3*2)*100 = 58,9 %

i

r

∑

KẾT LUẬN

Qua tiểu luận trên ta có hiểu rõ hơn về đặc điểm của cơ chế SR, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng, từ đó giải thích được khả năng tham gia phản ứng của các nguyên tử H trong phân tử ankan (hoặc dẫn xuất ankan), ta cũng có thể tính được phần trăm của sản phẩm thế nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong phân tử ankan

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• 1 Đào Hùng Cường, Hợp chất hữu cơ Hiđrocacbon, NXB khoa học và Kỹ thuật

HN,2009

• 2 Trần Quốc Sơn, Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, tập 2, NXB Giáo dục ,1997

• 3 Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở hóa hữu cơ, Tập 1, 2, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

2006