Cơ chế của một số phản ứng hữu cơ

ghiên cứu sinh đang nghiên cứu về hóa học hữu cơ và có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy và nghiên cứu về hóa hữu cơ. Nội dung cuốn sách bao gồm các kiến thức cơ bản về liên kết hóa học, các hiệu ứng cấu trúc, hóa học lập thể, phản ứng chuyển vị

Giáo viên - Th.S Ngô Xuân Quỳnh - ĐT: 0979.817.885 Luyện Thi & Bồi Dưỡng Kiến Thức Mơn Hóa Học: Từ Hóa => Hóa 12 CƠ CHẾ CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG HỮU CƠ ĐẶC TRƯNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH HĨA HỌC PHỔ THƠNG Thầy giáo : Nguyễn Văn Thương Địa chỉ: Trường THPT Hậu lộc 4, Huyện Hậu Lộc, Tỉnh Thanh Hố ĐT : 01667216306 Email: nguyenvanthuongn@gmail.com Thanh Hóa , ngày11tháng năm 2013 Như biết phản ứng hóa học hữu thường xảy theo nhiều hướng khác nhau, tạo nhiều sản phẩm Cơ chế phản ứng giúp hiểu chất phương trình hóa học, nhận biết chiều hướng sản phẩm tạo phản ứng Do nội dung vấn đề tương đối dài nên viết giấy thiệu đến bạn đọc chế phản ứng thơng qua ví dụ cụ thể Còn lại chế phản ứng khác giấy thiệu với bạn độc viết sau A Lí thuyết cần nắm: I-Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng hóa học tồn trạng thái xảy nối tiếp nhau, đường chi tiết mà hệ chất phản ứng phải qua để tạo sản phẩm II-Sự phân cắt liên kết: → Sự phân cắt liên kết thường xảy theo kiểu sau: C X C + X (I) C X C + X (II) C X C + X (III) (I) gọi cacbocation (II) gọi cacbanion (III) gọi gốc tự III- Tác nhân phản ứng: -Gốc tự do(R): Là gốc trạng thái tự có chứa e độc thân Ví dụ: CH3 , C2H5 , CH2 , Cl , Br -Nucleophin(N): Thường ion hay phân tử có cặp electron khơng chia : Ví dụ: HO , I , C2H5O , H2O , C2H5OH , NH3 , CH3NH2 -Electrophin(E): Có thể ion dương hay phân tử có chứa ngun tử thiếu hụt electron như: Ví dụ: H3O , NH, , NO2 , C6H5N2 , SO3 , BF3 , AlCl3 “Our goal is simple: help you to reach yours” "Life is a race, if you don't run fast, you will get trampled" ☺1☺ © 2017 Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người để tự khẳng định ! IV-Các loại phản ứng: -Phản ứng (S) -Phản ứng cộng (A) -Phản ứng tách (E) -Phản ứng chuyển vị B.Cơ chế phản ứng thế: I-Phản ứng hiđrocacbon no nhánh no hiđrocacbon thơm theo chế gốc (cơ chế SR ): 1- Ví dụ chế: Ví dụ 1: Cơ chế phản ứng clo hóa metan (ánh sáng) theo tỉ lệ mol 1:1 Hướng dẫn: -Khơi mào phản ứng: as Cl Cl Cl Cl -Phát triển mạch: CH3 H Cl CH3 HCl CH3 Cl Cl CH3 Cl Cl -Tắt mạch: Cl CH3 CH3 Cl2 Cl Cl CH3Cl CH3 CH3 CH3 Ví dụ 2: Cơ chế phản ứng clo hóa propan (ánh sáng) theo tỉ lệ mol 1:1 Tìm sản phẩm Hướng dẫn: -Khơi mào phản ứng: as Cl Cl Cl Cl -Phát triển mạch: CH CH3 CH3 Cl CH CH3 CH3 HCl (I) H CH3 CH CH3 Cl CH3 Cl CH CH3 Cl CH2 HCl Cl CH3 CH3 CH2 CH2 H CH2 CH2 Cl Cl CH3 Cl CH2 (II) CH2 CH3 CH2 Cl Cl -Tắt mạch: Cl + Cl R + Cl R +R Tạp Chí Hóa Học: www.hoahoc.org admin@hoahoc.org - hoahoc.org@gmail.com Cl2 R R Cl R Facebook.com/hoahoc.org Facebook.com/luyenthixuanquynh ☺2☺ Giáo viên - Th.S Ngô Xuân Quỳnh - ĐT: 0979.817.885 Luyện Thi & Bồi Dưỡng Kiến Thức Môn Hóa Học: Từ Hóa => Hóa 12 Gốc (I) bền có chứa nhóm đẩy e CH3- Gốc (II) bền chứa nhóm đẩy e C2H5(Mật độ e giải tỏa gốc có chứa e tự liên kết với nhóm đẩy e → Gốc bền hơn) Nên sản phẩm là: CH3 CH CH3 Cl Chú ý: Khi gốc tự liên kết trực tiếp với nhóm hút e làm giảm khả ví mật độ e tự khó giải tỏa *Quy tắc: Sản phẩm thu ưu tiên H cacbon bậc cao 2- Bài tập vận dụng: Bài 1: Cho isopentan tác dụng với Cl2 (askt), tỉ lệ mol 1:1 Viết phản ứng xảy xác định sản phẩm Hướng dẫn: CH3-C(Cl)(CH3)-CH2-CH3 CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 + Cl2 CH3-CH(CH3)-CH(Cl)-CH3 + HCl CH2(Cl)-CH(CH3)-CH2-CH3 CH3-CH(CH3)-CH2-CH2Cl → Theo chế quy tắc sản phẩm là: CH3-C(Cl)(CH3)-CH2-CH3 Bài 2: Cho cumen tác dụng với Cl2 (askt), tỉ lệ mol 1:1 Viết phản ứng xảy xác định sản phẩm Hướng dẫn: CH3 CCl CH3 CH3 CH CH3 + Cl2 CH3 CH CH2Cl + HCl CH3 CCl CH3 → Theo chế quy tắc sản phẩm là: Bài 3: Cho propylbenzen tác dụng với Br2 (tỉ lệ :1) có chiếu sáng, sản phẩm sau sản phẩm chính: Hướng dẫn: → Loại C cacbon bậc I → Loại D khơng nhánh Xét hai gốc sau “Our goal is simple: help you to reach yours” "Life is a race, if you don't run fast, you will get trampled" ☺3☺ © 2017 Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người để tự khẳng định ! CH CH3 CH2 CH2 CH CH3 (I) (II) Do nhóm C6H5- hút e liên kết trực tiếp với gốc e tư làm giảm giải tỏa e tự (I) → (I) bền (II) → Chon đáp án B II- Phản ứng vào nhân hiđrocacbon thơm theo chế electrophin (cơ chế S EAR): 1- Ví dụ chế: Ví dụ 1: Cơ chế phản ứng nitro hóa vòng benzen với xúc tác H2SO4 đậm đặc, t0 Hướng dẫn: OSO3H HO NO2 + HOSO3H O H NO2 H H O OSO3H NO2 + HOSO3H H3O NO2 (a) H  NO2 H   hay NO2 NO2 NO2 H H  Ví dụ 2: Cơ chế phản ứng Brom hóa vòng benzen với xúc tác Fe, t0 theo tỉ lệ mol 1:1 Hướng dẫn: 3Br2 + 2Fe FeBr3 + Br t0  Br  Br Br.FeBr3 (b) Br  FeBr3  Br H H   + Br Br.FeBr3  + Br.FeBr3 Hay   Br H  Br  + H  HBr +FeBr3 H + Br.FeBr3 Ví dụ 3: Cơ chế phản ứng Brom hóa toluen với xúc tác Fe, t theo tỉ lệ mol 1:1 Cho biết sản phẩm chiếm ưu thế? Tạp Chí Hóa Học: www.hoahoc.org admin@hoahoc.org - hoahoc.org@gmail.com Facebook.com/hoahoc.org Facebook.com/luyenthixuanquynh ☺4☺ Luyện Thi & Bồi Dưỡng Kiến Thức Mơn Hóa Học: Từ Hóa => Hóa 12 Giáo viên - Th.S Ngơ Xuân Quỳnh - ĐT: 0979.817.885 Hướng dẫn: Quá trình tạo (b) giống ví dụ H H C H CH3 H   Br Br Hay  (I) H  H CH3 H C H CH3     + Br Br.FeBr3  Br Hay Br  H + Br.FeBr3 H H CH3 H C H  Hay Br (II) H   (III) H Br  CH3 Br H (I) CH3 + H (II) Br CH3 + H (III) Br HBr +FeBr3 H + Br.FeBr3 Do CH3- nhóm đẩy e nên điện tích dương giải tỏa nhiều (I) (III) → (I),(III) ổn định (II) Nên sản phẩm chiếm ưu là: CH3 CH Br Và Br Ví dụ 4: Cơ chế phản ứng Nitrobezen với HNO3 đặc H2SO4 đậm đặc, t0 Cho biết sản phẩm chiếm ưu thế? Hướng dẫn: Q trình tạo (a) giống ví dụ “Our goal is simple: help you to reach yours” "Life is a race, if you don't run fast, you will get trampled" ☺5☺ © 2017 Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người để tự khẳng định !  NO2 NO2 Hay  NO2 NO2 NO2 + H NO2 O 2 N O  NO2 (II) H   +H NO2 Hay H (I)    NO2 O 2 N O + NO2 H   NO2   NO2 H NO2  O 2 N O NO2  Hay  NO2 H  +H (III) NO2 H NO2  Do nhóm NO2- hút e nên điện tich dương khơng giải tỏa mà ngược lại tăng lên Ở (I) (III), N 2  liên kết trực tiếp với C   nên làm cho (I) (III) ổn định (II) → Sản phẩm chiếm ưu là: NO2 NO2 *Quy tắc vòng benzen: Khi vòng benzen có sẵn nhóm đẩy e (-NH2 > -OR > -OH > R(ankyl) >-X(halogen) ), phản ứng vào vòng dễ dàng ưu tiên xảy vị trí ortho para Nhóm đẩy mạnh dễ Khi vòng benzen có sẵn nhóm hút e (-NO2 > -CN > -CHO > -COOH > -CH=CH2 ) phản ứng vào vòng khó khăn ưu tiên xảy vị trí meta Nhóm hút mạnh khó 2- Bài tập vận dụng: Bài 1: Trong sơ đồ sau, nhóm X, Y phù hợp X X Y A X(-CH3), Y(-NO2) C X (-NH2), Y (- CH3) Hướng dẫn: X, Y vị trí meta với nên X phải nhóm hút e → Chọn đáp án B Bài 2:Trong sơ đồ sau, nhóm X, Y phù hợp B X (-NO2), Y (-CH3) D Cả A, C X X Y Tạp Chí Hóa Học: www.hoahoc.org admin@hoahoc.org - hoahoc.org@gmail.com Facebook.com/hoahoc.org Facebook.com/luyenthixuanquynh ☺6☺ Luyện Thi & Bồi Dưỡng Kiến Thức Mơn Hóa Học: Từ Hóa => Hóa 12 Giáo viên - Th.S Ngơ Xn Quỳnh - ĐT: 0979.817.885 A X(-CH3), Y(-Cl) B X (CH3), Y (-NO2) C X (-Cl), Y (- CH3) D Cả A, B C Hướng dẫn: X, Y vị trí para với nên X phải nhóm đẩy e → Chọn đáp án D Bài 3: Trong chất sau khả phản ứng vòng benzen tăng theo thứ tự: NO2 (I) CH (II) CH2 (III) C2H5 CH3 (V) (IV) A (II) < (III) Br > Cl > F - Dung môi: Ảnh hưởng dung môi tương đối phức tạp nên thường bỏ qua 2- Bài tập vận dụng: Bài 1: Cho chất sau: C2H5OH, CH3OH, HI tác dụng với đơi điều kiện thích hợp Có cặp xảy phản ứng: A.4 B.3 C.2 D.1 Hướng dẫn: C2H5OH + CH3OH → C2H5OCH3 + H2O C2H5OH + HI → C2H5I + H2O CH3OH + HI → CH3I + H2O → Chọn đáp án B Bài 2: Viết phương trình hồn thành dãy biết hóa sau: (1) (2) (3) CH3I   CH3NH2   (CH3)2NH   (CH3)2N-C2H5 Tạp Chí Hóa Học: www.hoahoc.org admin@hoahoc.org - hoahoc.org@gmail.com Facebook.com/hoahoc.org Facebook.com/luyenthixuanquynh ☺8☺ Giáo viên - Th.S Ngô Xuân Quỳnh - ĐT: 0979.817.885 Luyện Thi & Bồi Dưỡng Kiến Thức Mơn Hóa Học: Từ Hóa => Hóa 12 Hướng dẫn: (1) CH3I + NH3 → CH3NH2 + HI (2) CH3NH2 + CH3I → (CH3)2NH + HI (3) (CH3)2NH + C2H5I → (CH3)2N-C2H5 + HI Bài 3: Hoàn thành phản ứng sau: CH3I + (CH3)2CHO- → C6H5CH2Br + (CH3)2CHCH2O- → CH2=CH-CH2Cl + OH- → 4.CH3COOH + C2H5OH → NH2 C2H5 C + OH O Hướng dẫn: CH3I + (CH3)2CHO- → CH3OCH(CH3)2 + I2 C6H5CH2Br + (CH3)2CHCH2O- → C6H5CH2OCH2CH(CH3)2 + Br3 CH2=CH-CH2Cl + OH- → CH2=CH-CH2OH + Cl4.CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O OH NH2 C2H5 C + OH O C2H5 + NH2 C O Bài 3: Khả phản ứng chất C2H5I (1), C2H5Br (2), C2H5Cl (3), C2H5F (4) với NaOH tăng dần theo theo thứ tự sau A.4 < < < B < < < C.3 < < < D < < < Hướng dẫn: Do bán kính F < Cl < Br < I nên khả phân cực liên kết C-F < C-Cl < C- Br < C- I Nên khả phản ứng tăng dần → Chọn đáp án A Bài 4: Khả phản ứng C2H5OH với F- (1), Cl- (2), Br- (3), I- (4) điều kiện tăng dần theo thứ tự sau A.3 < < < B.2 < < < C.1 < < < D.4 < < < Hướng dẫn: Do lực nucleophin (ái lực electron) F- < Cl- < Br- < I- → Chọn đáp án C .Hết Hi vọng nhận phản hồi Xin chân thành cảm ơn ! Thầy giáo : Nguyễn Văn Thương Địa chỉ: Trường THPT Hậu lộc 4, Huyện Hậu Lộc, Tỉnh Thanh Hoá ĐT : 01667216306 Email: nguyenvanthuongn@gmail.com “Our goal is simple: help you to reach yours” "Life is a race, if you don't run fast, you will get trampled" ☺9☺ ... học để chung sống, học để làm người để tự khẳng định ! IV-Các loại phản ứng: -Phản ứng (S) -Phản ứng cộng (A) -Phản ứng tách (E) -Phản ứng chuyển vị B .Cơ chế phản ứng thế: I -Phản ứng hiđrocacbon... nhánh no hiđrocacbon thơm theo chế gốc (cơ chế SR ): 1- Ví dụ chế: Ví dụ 1: Cơ chế phản ứng clo hóa metan (ánh sáng) theo tỉ lệ mol 1:1 Hướng dẫn: -Khơi mào phản ứng: as Cl Cl Cl Cl -Phát triển... NO2 → Chọn đáp án A III -Phản ứng dẫn xuất halogen, ancol, axit cacboxylic… theo chế nucleophin (Cơ chế SN) → Cơ chế SN thường gồm hai loại SN1 SN2 1- Ví dụ chế: Ví dụ 1: Cơ chế SN1 cho (CH3)3C-Br