(Sáng kiến kinh nghiệm) CHUYÊN đề môn hóa học HIDOCACBON

HỘI THẢO KHOA HỌC CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC TRUNG DU VÀ MIỀN NÚI PHÍA BẮC, NĂM 2018 CHUYÊN ĐỀ: HIDOCACBON ĐƠN VỊ: TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÀO CAI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hóa học hữu ngày có vai trị quan trọng sống người, từ chuyên ngành hẹp hóa hữu như: dược phẩm, thực phẩm, polime…ngày đóng góp nhiều sự phát triển xã hội Cùng với vấn đề đại cương hóa học hữu cơ, hidrocacbon tảng, chìa khóa quan trọng để nghiên cứu vấn đề khác hóa hữu Các hợp chất hữu dù đơn giản hay phức tạp xây dựng khung hidrocacbon Do đó, hệ thống kiến thức hóa hữu cơ, Hidrocacbon nghiên cứu sau đại cương hóa hữu Trong chương trình cấu trúc đề thi học sinh giỏi khu vực Duyên hải Bắc bộ, trại hè Hùng Vương, học sinh giỏi quốc gia quốc tế có nội dung hidrocacbon Với mục tiêu nhằm hệ thống lại vấn đề quan trọng hidrocacbon, giúp cho học sinh có nhìn tổng quan, đồng thời có hệ thống tập để luyện lại kĩ năng, lựa chọn chuyên đề: “Hidrocacbon” Mục đích đề tài : Với mục tiêu ôn luyện tổng hợp lại, chun đề khơng tóm tắt lại lý thuyết tài luyện chuyên khảo đề cập đầy đủ như: Tài liệu giáo khoa chuyên Hóa, sách Hóa học hữu GS Ngơ Thị Thuận; GS Trần Quốc Sơn; GS Nguyễn Hữu Đĩnh…mà em học sinh giáo viên dạy chuyên có Chuyên đề “Hidrocacbon” viết theo chương: + Chương I: Đồng phân – Danh pháp – Cấu trúc + Chương II: Các phản ứng quan trọng chế phản ứng + Chương III: Tổng hợp hidrocacbon + Chương IV: Xác định cấu trúc hidrocacbon Với chương, lại viết theo cấu trúc dọc theo trục chương trình từ hidrocacbon no, đến hidrocacbon không no đến hidrocacbon thơm Các vấn đề đưa theo trọng điểm quan trọng, tập đưa có phân tích, lưu ý giải tập lời giải Cuối chương có tập tương tự để học sinh tự luyện có đáp án kèm theo để kiểm tra CHƯƠNG I : ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP – CẤU TRÚC Bài Gọi tên theo IUPAC cho monoxicloankan sau: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Phân tích: HS cần nắm qui tắc gọi tên monoxicloankan: số vị trí + tên nhánh + xiclo + tên mạch + an Bài giải: (a) (b) 1,2-dimetylxiclobutan metylxiclopropan (d) (c) 1,2,4-trimetylxiclohexan 1,1-dimetylxiclopentan (e) (f) 1-sec-butyl-2-etylxiclooctan 1-isopropyl-2-metylxicloheptan (g) (h) metylenxiclohexan Bài Hãy gọi tên cho hợp chất sau 1-metyl-3-metylencyclopentan (a) (b) (c) (d) Bài giải: (b) (a) xiclobutylxiclobutan xiclopropylxiclopentan (d) (c) 1-xiclopentyl-4-metylcyclohexan (3-metylcyclopentyl)xiclohexan Bài Hãy gọi tên cho hợp chất sau (a) (b) (c) (d) (e) (f) Phân tích: HS cần nắm qui tắc gọi tên bixicloankan (hai vịng có chung cầu nối, kiểu bixiclo): Mạch cacbon đánh số nguyên tử chung (ở đỉnh), đến nguyên tử cầu nối dài nhất, tiếp đến cầu nối ngắn Tên hiđrocacbon kiểu gồm phận hợp thành theo thứ tự sau: bixiclo + [số nguyên tử C cầu nối (ghi từ số lớn đến số nhỏ)] + tên hiđrocacbon mạch hở tương ứng Ví dụ: bixiclo[4.3.0]nonan Bài giải: (b) (a) bixiclo[1.1.1]pentan bixiclo[2.1.1]hexan (d) (c) bixiclo[2.2.2]octan bixiclo[2.2.1]heptan (e) (f) bixiclo[4.1.1]octan bixiclo[3.1.1]heptan Bài 1/ Vẽ công thức cấu tạo hiđrocacbon hai vòng no sau: (a) Bixiclo[2.2.1]heptan (b) Bixiclo[5.2.0]nonan (c) Bixiclo[3.1.1]heptan (d) Bixiclo[3.3.0]octan 2/ Viết công thức cấu tạo gọi tên đồng phân bixiclooctan Phân tích: Đây loại tập ngược tập gọi tên, nhằm kiểm tra việc gọi tên viết công thức cấu tạo chất học sinh năm cách làm tập thuận khơng khó khăn cho dạng tập Bài giải: 1/ (b) (a) bixiclo[2.2.1]heptan bixiclo[5.2.0]nonan (c) (d) bixiclo[3,3,0]octan bixiclo[3.1.1]heptan 2/ Bixiclooctan có đồng phân sau: bixiclo[5.1.0]octan bixiclo[4.2.0]octan bixiclo[4.1.1]octan bixiclo[3.2.1]octan Bài Gọi tên hợp chất sau: (a) (b) (c) (d) (e) (f) bixiclo[3.3.0]octan bixiclo[2.2.2]octan Phân tích: Hai vịng có chung ngun tử mắt vịng, kiểu spiro Mạch cacbon đánh số hết vòng nhỏ đến vòng lớn, nguyên tử kề nguyên tử chung Tên hiđro kiểu spiro gồm phận hợp thành theo trình tự sau đây: spiro + [các số nguyên tử cacbon riêng (từ số lớn đến số nhỏ)] + tên hiđrocacbon mạch hở tương ứng Ví dụ: 6 10 spiro[4.5]decan Bài giải: (a) spiro[2.2]pentan (c) (b) spiro[2.3]hexan (d) spiro[2.4]heptan (e) spiro[3.4]octan (f) spiro[4.5]decan spiro[2.5]octan Bài Cho biết cơng thức cấu tạo chất có tên sau: (a) spiro[2,3]hexan (b) 1-metylspiro[2.3]hexan (c) spiro[3.4]octan (d) 5-etylspiro[3.4]octan (e) spiro[4.5]decan (f) 8-ipropylspiro[4.5]decan Bài giải: (a) spiro[2.3]hexan (b) 1-metylspiro[2.3]hexane (c) spiro[3.4]octan (d) 5-etylspiro[3.4]octan (e) Bài spiro[4.5]decan (f) 10 8-ipropylspiro[4.5]decan Đọc tên chất sau: (d) (c) (b) (a) Phân tích: Đây loại tập đề cập đến cấu trúc không gian nhóm vịng xicloankan Học sinh cần nhớ lại: Hai nhóm lớn phía đồng phân cis, cịn khác phía đồng phân trans Bài giải cis-1,2-dimetylxiclohexan trans-1,4-dimethylcyclohexan Bài cis-1,3-dimetylxiclohexan trans-1-etyl-3-mehylxiclopentae Gọi tên hợp chất sau: Bài giải a/ 3-metylpent – – en d/ 3,4-dimetylxiclopent-1-en Bài Gọi tên hợp chất sau: b/ 3-Etylhept-3-en c/ 2-Etyl-4-metylpent-1-en e/ 4-(tert-butyl)-2-metylxiclohexan Bài giải a/ 4-metylhex-1-en b/ 5-etyl-2-metyloct-2-en c/ 2-isopropyl-4-metylpent-1-en d/ 3,5-dimetylhex-2-en e/ 2-etyl-4-isopropylxiclohex-1-en f/ 1-metyl-2-(sec-butyl)xiclopent-1-en g/ 4-isopropylhept-4-en-3-ol h/ 5-(sec-butyl)xiclohex-2-en-1-ol Bài 10 Gọi tên theo danh pháp Z, E hợp chất sau: Bài giải a/ (E)-1-Brom-1-Cloprop-1-en c/ (E)-1-phenyl-2-(3-oxo-5-metoxixiclohex-4-en-1-yl) eten e/ (Z)-4-etyl-9,9-dimetyldec-3-en Bài 11 Gọi tên hợp chất sau: b/ (Z)-3-metylhex-3-en d/ (E)-3-bromhex-2-en Bài giải a/ 4,4-dipropylhept-1-in b/ 4-Clo-4-metylhex-2-in c/ 4-etyl-7,7-dimetyldec-1-en-5-in d/ hexa-1,3-diin e/ 5-metylhex-4-en-1-in f/ 2,5-dimetylhept-3-in g/Etinylxiclohexan Bài 12 Gọi tên hợp chất sau: Bài giải a/ Sec-butylbenzen b/ 1-Clo-3-metylbenzen (m-clometylbenzen) c/ 1-Clo4-metylbenzen (hay p-clometylbenzen hay p-Tolyl clorua) d/ o-cloanilin e/ o,m-dibromanilin f/ 2,5-dinitrophenol g/ 1-etyl-3-isopropyl-5-propylbenzen h/ (1R,2R)-1-Brom-2-phenylxiclohexan Bài 13 Cho biết cấu dạng vòng bền monoxicloankan: xiclopropan; xiclobutan; xiclopentan; xiclohexan? Phân tích: Để xác định cấu dạng bền, học sinh cần trang bị kiến thức sức căng Bayer lực đẩy Pitze: Xuất phát từ hai tiên đề vịng no có cấu trúc phẳng góc bình thường hiđrocacbon no 109028’, năm 1885, Baeyer cho ép nhỏ hay trương rộng góc vịng no dẫn đến sức căng làm cho tính bền vịng giảm Người ta gọi sức căng Baeyer Sức căng lớn, vịng tương ứng bền Độ mạnh sức căng đánh giá θ θ tính theo cơng thức: θ= ví dụ: n 24 44’ θ 44’ 44’ 1 ( n − 2) × 180  109 28'−   2 n  -5 44’ 33’ 12 46’ -15006’ Trong vịng ngồi sức căng góc Baeyer có có lực đẩy lực đẩy nguyên tử hiđro trạng thái che khuất phần hay tồn phần gây nên, vài ngun cacbon vòng bị lệch khỏi mặt phẳng vòng Lực đẩy gọi lực đẩy Pitzer Bài giải Xiclopropan hợp chất vịng no có cấu tạo phẳng Theo quan niệm đại, phần xen phủ cực đại đám mây electron không nằm đường thẳng nối liên hai nguyên tử cacbon mà có uốn cong Sự uốn cong làm cho phần xen phủ đám mây electron có giảm đi, xếp có lợi mặt lượng Các liên kết C-C gọi “liên kết chuối”, mang tính chất trung gian liên kết σ π bình thường Do uốn cong vậy, thực tế góc liên kết vịng 1060 109028’ lớn nhiều so với góc cấu tạo phẳng tam giác (600) Xiclopropan dễ bị mở vòng tác dụng hiđrohalogenua, Br2 bị hiđro hố có chất xúc tác Theo quan niệm nay, xiclobutan có cấu tạo khơng phẳng góc gấp có giá trị khoảng 2025 Tính không phẳng xiclobutan chứng tỏ từ kiện thực nghiệm giản đồ Rơnghen, giản đồ electron, momen lưỡng cực, phổ cộng hưởng từ hạt nhân số phương pháp khác Nguyên nhân chủ yếu để xiclobutan tồn dạng không phẳng để giảm sức căng Pitzer Thực tế xiclopentan tồn hai cấu dạng khơng phẳng cấu dạng “phong bì mở” có mặt phẳng đối xứng Cấu dạng nửa ghế có trục đối xứng bậc hai cấu dạng “phong bì mở” Cấu dạng nửa ghế “phong bì mở” Xiclohexan: Cấu dạng ghế bền cấu dạng thuyền, thấp Nguyên nhân dẫn đến khác độ bền hai dạng ghế thuyền lực đẩy tương tác nguyên tử hiđro vòng Ở dạng ghế tất phân bố theo hình thể xen kẽ Trong dạng thuyền có hệ thống (C1-C2, C3-C4, C4-C5 C6-C1) phân bố xen kẽ, hai hệ thống lại C2-C3 C5-C6) phân bố che khuất Hơn nguyên tử H C1 C4 cách 1,84 A nên có lực đẩy khoảng kcal/mol Tổng cộng dạng thuyền lớn dạng ghế 6,9 kcal/mol Công thức Newman dạng ghế Cơng thức Newman dạng thuyền Hình Giản đồ lượng cấu dạng xiclohexan Bài 14 Xác định cấu dạng bền metylxiclohexan; tert butylxiclohexan; 4-tert butyl -1metyl xiclohexan? Phân tích: Trong xiclohexan, sau nguyên tử cacbon dạng ghế phân bố hai mặt phẳng song song Mặt phẳng thứ chứa C1, C3 C5 ; mặt phẳng thứ hai chứa C2, C4 C6 Trục đối xứng bậc ba phân tử thẳng góc với hai mặt phẳng 12 liên kết C-H chia làm hai nhóm: nhóm thứ gồm nguyên tử H song song với trục đối xứng bậc ba ( liên kết hướng lên liên kết hướng xuống) Ta gọi liên kết trục, ký hiệu a (axial) Nhóm thứ hai gồm liên kết cịn lại, chúng hướng ngồi biên phân tử (tạo với trục đối xứng góc 1090 gọi liên kết biên, kí hiệu e (equatorial) Nhóm lớn vị trí trục gây lực đẩy lớn làm tăng lượng hệ vòng Cấu dạng bền vòng 5,6 cạnh quan trọng việc xác định cấu dạng bền cho hợp chất cacbohidrat sau Bài giải: Bài 15 Viết đồng phân gọi tên hiđrocacbon có hai vịng khơng chứa nhóm ankyl có cơng thức phân tử C6H10 Phân tích: Học sinh cần nắm kỹ viết đồng phân, gọi tên hợp chất xicloankan: bixicloankan; spiro; xycloankylxiccloankan Bài giải spiro[2.3]hexan bixiclo[2,2,0]hexan bixiclo[3,1,0]hexan xiclopropylxiclopropan bixiclo[2,1,1]hexan Bài 16 Nhiệt đốt cháy số xicloankan sau: Xicloankan Xicloankan ∆H (kcal/mol) ∆H (kcal/mol) Xiclopropan 499,83 Xiclonoan 1429,50 Xiclobutan 655,86 Xiclođecan 1586,00 Xiclopentan 793,52 Xiclounđecan 1742,40 Xiclohexan 944,48 Xiclđođecan 1892,40 Xicloheptan 1108,20 Xicltriđecan 2051,40 Xiclooctan 1269,20 Xiclotetrađecan 2203,60 H2C CH2 H2C CH2 - E tác dụng chậm với Br2/CCl4, nên E là: CH2 H2C CH CH3 - Vì A, B, C hiđro hoá cho sản phẩm G chứng tỏ A, B, C có khung C nhau, nên lại D: CH3 C CH2 CH3 Vì B, C tác dụng với Br2/CCl4 cho đồng phân quang học khơng đối quang nhau(có 2*C), nên B C đồng phân cis - trans Do B có nhiệt độ sơi cao C nên B đồng phân cis (phân cực hơn) B: CH3 C CH3 C: CH3 C C H H H H C CH3 → A: CH3 - CH2 - CH = CH2 Bài Phân tích nguyên tố hợp chất A B cho thấy C chiếm 85.71% H chiếm 14.29% khối lượng Dữ kiện phổ khối lượng khối lượng phân tử tương đối A B 84 Ở nhiệt độ phịng, A B làm nhạt màu nước brom, làm màu dung dịch KMnO4 A tác dụng với HCl tạo thành 2,3-dimethyl-2-chlorobutane Tiến hành hydrogen hố có xúc tác A thu 2,3-dimethylbutane B tác dụng với HCl tạo thành 2-methyl-3-chloropentane, Tiến hành hydrogen hố có xúc tác B thu 2,3-dimethylbutane 1/ Xác định công thức cấu tạo A B 2/ Hãy viết tất đồng phân có khung carbocyclic A B, viết sản phẩm phản ứng đồng phân với HCl Bài giải A: B: Các đồng phân A, B sản phẩm phản ứng cộng với HCl: Bài Các hợp chất A, B, C đồng phân Phân tích ngun tố ta thấy hàm lượng carbon chiếm 92,3% hydrogen chiếm 7,7% Đốt cháy hoàn toàn mol A oxygen thu 179.2 L carbon dioxide (điều kiện chuẩn) Biết rằng: A hợp chất thơm, tất nguyên tử phân tử A nằm mặt phẳng B hợp chất mạch thẳng có hai nhánh, có hai loại nguyên tử hydrogen phân tử, moment lưỡng cực phân tử C ankan, có loại carbon phân tử 1/ Viết công thức phân tử hợp chất A, B C 2/ Viết công thức cấu tạo hợp chất A, B C Bài giải 1/ Công thức phân tử hợp chất A, B C: C8H8 2/ CTCT A: CTCT B: CTCT C: Bài Năm 1964, Woodward đề nghị sử dụng hợp chất A (C10H10) làm tiền chất để tổng hợp nên hợp chất đặc biệt B (C10H6) Hợp chất A có ba loại nguyên tử hydrogen khác theo tỉ lệ 6:3:1 Tuy nhiên nguyên tử hydrogen hợp chất B thuộc loại, B có thời gian tồn khoảng microgiây vùng tự máy khối phổ phân lập nhiệt độ phòng Sau ba thập niên, nhà hoá học cuối tổng hợp dianion thơm [C10H6]2từ A Các nguyên tử hydrogen hợp chất C có tính chất hố học (cùng loại) chuyển hố thành B điều kiện thích hợp Qúa trình chuyển hố từ A thành C thể sơ đồ sau: a/ Xác định công thức cấu tạo hợp chất A, B, C? b/ Hợp chất B có tính thơm hay không ? Tại sao? Bài giải a/ CTCT A: CTCT B: CTCT C: b/ B hệ thơm không thỏa mãn quy tắc Huckel Bài 10 Kim cương - khoáng vật – dạng thù hình cacbon Các hợp chất A (C10H16) B (C14H20) hiđrocacbon có cấu trúc kim cương.A thu đun nóng hợp chấtC, có cơng thức phân tử C10H16, với nhôm bromua Mặt khác C sản phẩm q trình hiđro hố hợp chất D (C10H12) Dcó nhiều tính chất thú vị, chẳng hạn, đun nóng, chuyển hố thành hợp chất E (có nhiệt độ sơi 410C), để nguội lại thu chất D ban đầu Phản ứng E với etilen đun nóng tạo thành hiđrocacbon F (C7H10) Đimer hố chất nhờ gốc tự do, thu sản phẩm G G bị đồng phân hoá tạo thành chất Bkhi xử lí với nhơm bromua 1) Hãy cho biết dạng thù hình khác cacbon ? 2) Xác định cấu trúc gọi tên hợp chất A B 3) Xác định cấu trúc gọi tên hợp chất C, D, E, F G 4) Q trình đồng phân hố C thành A G thành B có diện nhôm bromua diễn ? Hãy cho biết động lực trình đồng phân hoá ? 5) Cho biết tên gọi phản ứng E với etilen ? 6) Hãy cho biết điểm khác biệt chủ yếu phản ứng đime hoá E thành D F thành G? Bài giải: 1/ Các dạng thù hình carbon kim cương, graphite, carbyne fullerene 2/ Hydrocarbon A B adamantane diamantane (congressane) Congressane tổng hợp lần vào năm 1957 bở Paul von Ragué Schleyer Hợp chất đặt tên theo Hội hghị quốc tế hoá học lý thuyết ứng dụng (London, 1963) Công thức congressane chấp nhận làm logo cho hội nghị 3/ Các tiền chất tổng hợp adamantane dimer cyclopentadiene hydrogen hoá sản phẩm phản ứng dimer hoá norbornene ánh sáng Những chất điều chế từ cyclopentadiene E theo chuỗi phản ứng sau E tự dimer hoá thành D Khi nhiệt phân D thu E nhờ phản ứng retro-Diels Alder Cấu trúc hợp chất có vịng cyclohexane khơng bị cản trở Trong chỗi đồng phân hydrocarbon có thành phần C10H16 C14H20, chất có độ bền nhiệt động cao có sức căng vịng Kết là, xử lý hợp chất tricyclic đồng phần C10H16 với nhơm bromua bị đồng phân hoá thành adamantane Carbocation 1-adamatyl tạo thành dạng bền so với carbocation đồng phân khác Phản ứng đồng phân hoá congressane xảy theo cách tương tự 5) Sự dimer hoá cyclopentadiene phản ứng ứng tạo thành F ví dụ điển hình phản ứng Diels-Alder – cộng đóng vịng 2+4 đồng Các chất tham gia vào phản ứng gồm diene (trong trường hợp cyclopentadiene) dienophile (trong trường hợp cyclopentadiene ethylene) Phản ứng Diels-Alder dẫn tới tạo thành vòng cạnh 6) Phản ứng dimer hoá tác dụng ánh sáng q trình cộng đóng vòng 2+2 đồng Trong trường hợp dẫn đến tạo thành vịng cyclobutane Sự cộng đóng vịng 2+4 phép xảy mặt nhiệt học Ngược lại, cộng đóng vịng 2+2 bị cấm mặt nhiệt học Các chuyển hoá từ E → F E → D diễn với cách thức tương tự Bài 11 Ankin A có cơng thức phân tử C6H10, có đồng phân quang học Hidro hóa hồn tồn A thu A1 a Viết cơng thức cấu tạo A A1 Cho biết A1 có đồng phân quang học hay không? b Ankin B có cơng thức phân tử C 6H10 B tác dụng với H2 (xúc tác Ni, t0) thu 2metylpentan B không tác dụng với dung dịch AgNO 3/NH3 B tác dụng với H2O (xúc tác HgSO4, t0) tạo chất C6H12O (B1) Xác định công thức cấu tạo B B1 c Hidro hóa B (xúc tác Pd/PbCO 3, t0) thu chất C Chất C tác dụng với H 2SO4 thủy phân tạo chất D Viết công thức cấu tạo C D Biết C D sản phẩm Cho biết C đồng phân cis hay trans? d Tách nước chất D với xúc tác H 2SO4 đặc đun nóng Viết phương trình hóa học nêu sản phẩm Cho biết tên chế phản ứng Bài giải: a/ A: CH3-CH2-CH(CH3)-C≡CH A1: CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3 A1 khơng có đồng phân quang học b/ B: (CH3)2CH-C≡C-CH3 B1: (CH3)2CH-CO-CH2-CH3 c/ C: (CH3)2CH-CH=CH-CH3 C có cấu hình cis D: (CH3)2CH-CH2-CH(OH)-CH3 d/ * Viết ptpư tạo: (CH3)2CH-CH=CH-CH3 (SPC) và: (CH3)2CH-CH2-CH=CH2 * Cơ chế tách E1 Bài 12 Có đồng phân cấu tạo C5H8 anken vịng khơng chứa nhóm etyl Lấy mẫu thử hợp chất cho vào chai dán nhãn A, B C không bi ết chất chai Dựa kết phản ứng sau với KMnO4 cho biết cấu tạo hợp chất từ A đến F - Hợp chất A tạo axit D quang hoạt - Hợp chất B tạo dixeton E không quang hoạt - Hợp chất C tạo xetoaxit F quang hoạt Bài giải: Hợp chất A phản ứng với KMnO4 cho axit cacboxylic quang hoạt � A có chứa C* có liên kết đôi cacbon bậc Hợp chất B tác dụng với KMnO4 tạo dixeton E không chứa C* Vậy B khơng chứa C bất đối có liên kết đôi hai cacbon bậc Hợp chất C tạo F vừa chứa nhóm cacboxyl vừa chứa nhóm xeton có C* � C có chứa C* có liên kết đơi cacbon bậc cacbon bậc Bài 13 Ozon phân chất A (C7H12) xử lý sản phẩm với Zn/HCl thu sản phẩm B: 3,3-dimetylpentan-1,5-dial Nếu cho A phản ứng với dung dịch KMnO4 loãng 0oC thu C (C7H14O2) khơng quang hoạt, cịn dung dịch KMnO4 đặc nóng thu D (C7H12O4) có tính axit Cuối cho A phản ứng với peraxit thủy phân thu hai đồng phân E F có cơng thức C7H14O2 quang hoạt Xác định cấu trúc lập thể tất chất Bài giải: Bài 14 1/ Ozon phân hydrocacbon X (C10H16) xử lý với bột kẽm HCl thu HCHO sản phẩm Y (C9H14O) Oxy hóa mạnh Y KMnO4 sau hydro hóa sản phẩm thu cho hỗn hợp gồm ba diaxit gồm axit 3-isopropyl-3-metylpentadioic, axit 3isopropyl-2-metylpentadioic axit 3-isopropylhexadioic Lập luận xác định cấu trúc X 2/ Xử lý hợp chất hai vịng A (cơng thức hình dưới) với LiAlH4, sau với KH thu B (C13H20O) Chất chuyển hóa tiếp qua CrO3, sau Al2O3 thu sản phẩm C (C13H18O) Hợp chất C phản ứng với Me2CuLi cuối [Ph3P+CH3] I-/ BuLi thu sesquiterpen D hay gặp tự nhiên Xác định cấu trúc chất chưa biết Bài giải: 1/ Ozon phân terpen C10H16 (∆ = 3) thu HCHO chất C9H14O chứng tỏ terpen phải có hai vịng nối đơi C = CH2 ngồi vịng Từ kiện oxy hóa sản phẩm thu xác định sản phẩm có chứa vịng xiclopropan Như terpen ban đầu sabinen (1-isopropyl-4-metylenbixiclo[3.1.0]hexan Phản ứng thứ nhất, ozon phân khử hóa ozonit tạo xeton có nguyên tử cacbon (Y) fomanđehit: Khi tác dụng với KMnO4/H+, Y bị oxi hóa tạo thành axit đicacboxylic: Axit tác dụng H2 có xúc tác niken, nung nóng tạo thành hỗn hợp ba diaxit hình vẽ: 2/ Các phản ứng xảy ra: Bài 15 (Đề đề xuất Duyên hải- Hạ long – 2017) Dewar đề nghị cấu trúc C cho benzen, cấu trúc gồm hai vồng xiclobutan ngưng tụ với nhau: Để làm giảm sức căng vòng, C dễ bị chuyển vị tác dụng nhiệt tạo thành hợp chất đơn vịng D a Xác định cơng thức cấu tạo hóa lập thể D Gọi tên D theo danh pháp IUPAC, sử dụng kí hiệu lập thể E/Z b Điều thú vị dù có sức căng lớn hợp chất C không chuyển hóa thành hợp chất E (gọi cấu trúc Kekule) vốn bền Cho C phản ứng với axit vô thu chất E Đề xuất chế phản ứng cho chuyển hóa c Dự đốn cơng thức cấu tạo hợp chất F (C 8H8O4) biết F có khả phản ứng với Chì tetraaxetat để tạo thành C d Ladenburg đề nghị cấu trúc khác benzen, sau biết đến với tên gọi Prismane H Cấu trúc cố gắng giải thích cho hình thành sản phẩm mono với benzen ba đồng phân lần benzen Quang phân G tạo thành lượng nhỏ H Xác định công thức cấu tạo H Xác định CTCT dạng Ladenburg tất đồng phân đibrombenzen e Một cấu trúc khác đề nghị cho benzen benzvalene I I điều chế theo sơ đồ sau, xác định chất J,K chuỗi tổng hợp đó: f Trimetylenxiclopropan N đồng phân khác benzen, tổng hợp từ chất L theo sơ đồ sau, xác định chất M,N Vẽ cấu trúc đồng phân lập thể L Dự đốn cơng thức cấu tạo sản phẩm O tạo thành từ phản ứng Diels-alder N axetilen Phân từ hidrocacbon G (C8H8) gồm liên kết đơn chứa cacbon bậc ba tương đương Cho chất G phản ứng với H2/Pd điều kiện khắc nghiệt, thu chất H (C 8H10) chất I (C8H14) Trong phân tử I Tỉ lệ số nguyên tử C bậc hai bậc ba 3:1 Chất G phản ứng với CBr4/NaOH 50% thu chất K (C 8H7Br) L (C8H6Br2) Đồng phân hóa G AgClO thu X Trong phân từ X chứa cacbon bậc ba chia làm ba nhóm tương đương Xác định cấu trúc chất G,H,I,K,L X Bài giải: a/ C + H+ -H+ H b/ + E H H COOH COOH H F c/ Br _ J Br Br Br H d/ e/ Br Li+ CHCl K Br f/ N Bài 16 (Đề đề xuất Duyên Hải – Nam Định 2017) Từ hiđrocacbon 5,5 – đimetylxiclopenta-1,3-đien (A), người ta tổng hợp xicloankan C D theo sơ đồ sau: Xác định công thức cấu tạo B, C, D Một hiđrocacbon X quang hoạt có chứa 89,55% khối lượng cacbon Hiđro hóa hồn tồn X H2 dư (xúc tác Ni, đun nóng) thu butylxiclohexan Mặt khác, khử X H2 với hệ xúc tác Lindlar, đun nóng, thu hiđrocacbon Y Cho Y phản ứng với O3 xử lý sản phẩm thu với dung dịch H2O2 môi trường kiềm thu axit tricacboxylic Z quang hoạt (C8H12O6) Đun nóng Z với xúc tác P2O5 thu hợp chất T (C8H10O5) Xác định công thức cấu tạo chất X, Y, Z, T Bài giải: Công thức chất: Hiđro hóa hồn tồn X H2 dư (xúc tác Ni, đun nóng) thu butylxiclohexan ⇒ X có 10 nguyên tử C Mà 89,55% khối lượng cacbon ⇒ Công thức phân tử X C10H14 (phân tử có độ khơng no k = 4) Mặt khác, khử X H2 với hệ xúc tác Lindlar, đun nóng, thu hiđrocacbon Y ⇒ Y có liên kết C≡C Ozon phân oxi hóa Y thu axit tricacboxylic Z quang hoạt (C8H12O6) ⇒ Phản ứng tách CH3COOH Đun nóng Z với xúc tác P2O5 thu hợp chất T (C8H10O5) → phản ứng tách nước anhiđrit Vậy công thức chất sau: Bài 17 (Đề đề xuất Duyên Hải - Bắc Ninh – 2017) Hidrocacbon A quang hoạt có cơng thức phân tử C8H12 Khi thực phản ứng hidro hóa A xúc tác Pt, đun nóng thu B[C8H18] khơng quang hoạt, dùng xúc tác Lindlar lại thu C[C8H14] quang hoạt Cho A phản ứng Na NH3 lỏng thu hợp chất D không quang hoạt có cơng thức phân tử C8H14 Xác định cấu trúc chất A, B, C, D Bài giải: Bài 18 ( Đề thi HSGQG - 2003) Ozon phân terpen A (C10H16) thu B có cơng thức cấu tạo: H3COCH2C CH2CHO a) Xác định công thức cấu tạo A b) Viết công thức cấu tạo sản phẩm hiđro hóa A H3C CH3 Bài giải: a) A b) Sản phẩm hidro hóa A : c) Cấu dạng bền A là: c) Viết công thức lập thể dạng bền A ; 1 (e e >a a) (e e >a a) ; (e e >a a) (a e >e a) (a e >e a) (a e >e a) Bài 19 Một hệ mạch vịng X (cơng thức tổng qt C10H14) tác dụng với hiđro, có bạch kim làm chất xúc tác, tạo thành hợp chất A (C10H18) Phản ứng ozon phân với X sau phản ứng khử oxi (Zn/ H3O+) dẫn đến hợp chất: O O O O HC CH2 CH2 CH2 C C CH2 CH2 CH2 CH a) Hãy cho biết X có cấu trúc vịng nào? Viết sơ đồ phản ứng với ozon b) Biết X tác dụng với anhiđrit maleic thành sản phẩm Diels − alder Hãy nêu cấu trúc X giải thích Trình bày phản ứng Diels −alder Bài giải: a) Có vịng thỏa mãn X cho sản phẩm bị ozon phân: vµ (X2) (X1) b) Chỉ có (X2)nhờ quay quanh liên kết đơn C − C đạt cấu hình dạng cis cần thiết (s-cis) tham gia phản ứng Diels-Alder Quay quanh trơc C-C CÊu d¹ ng s-trans CÊu d¹ ng s-cis c) Trong (X1) liên kết đôi bị cố định cấu dạng s-trans nên tham gia phản ứng Diels-Alder Bài tập tự giải: Bài Cho ba hiđrôcacbon có cơng thức phân tử: C9H12 Khi đun nóng với dung dịch KMnO4 ( lấy dư) H2SO4 lỗng A B cho sản phẩm có cơng thức C9H6O6 cịn C cho hợp chất C8H6O4 Khi đun nóng với Brơm có mặt bột sắt, A cho sản phẩm monobrơm, cịn B C chất cho sản phẩm monobrôm Hãy xác định công thức cấu tạo hiđrôcacbon Đáp số: CH3 A B là: C CH3 CH H3C H3C CH3 CH3 CH2CH3 Bài (Đề đề xuất Dun hải – Bắc Giang 2016) Oxi hóa hồn tồn 1,64 lít hiđrocacbon A 127 C 2,0 atm Sản phẩm cháy thu dẫn qua bình chứa nước vơi dư thu 80 gam kết tủa khối lượng bình tăng 47,8 gam Tìm cơng thức phân tử A Ozon phân khử A thu hỗn hợp chất CH3-CHO, (CH3)2C=O, OHC-COCH3 theo tỉ lệ mol 1:1:1 a) Xác định CTCT gọi tên A b) Viết công thức đồng phân lập thể ứng với CTCT A vừa tìm Xác định cấu hình chúng B đồng phân A B không làm mầu dung dịch Br2/CCl4 nhiệt độ thường, không tác dụng với H2 (Ni, toC) B phản ứng với Br2 khan đun nóng cho dẫn xuất monobrom đồng phân cấu tạo Xác định CTCT gọi tên B Đáp án: CTPT: C8H14 a) C8H14 O CH3 CH O + OHC H2O => CTCT A: C O + CH3 C CH3 CH3 CH CH C CH3 CH3 C CH3 CH3 O C CH3 (A1) CH3 CH C CH CH3 CH3 (A2) 2,3-dimtylhexa-2,4-dien 2,4-dimtylhexa-2,4-dien trans (E) b) A1: CH3 C C H C C H3C A2: CH3 cis (Z) H H CH3 CH3 H cis (Z) C C CH3 CH3 C C H H3C CTCT C B: H C C CH3 C C H3C H CH3 CH3 H trans(E) H C C CH3 H3C C C CH3 bixiclo[3.3.0]octan Bài Hiđrocacbon X có cơng thức phân tử C10H16 có tính chất sau: Tác dụng với H2 dư/Ni 1200C cho C10H22; tác dụng với Br2/CCl4 cho C10H16 Br6; mol X tác dụng với ozon thủy phân khử (nhờ Zn/HCl) thủy phân oxi hóa (nhờ H2O2) cho mol sản phẩm hữu Y có cơng thức phân tử C5H8O a Hãy xác định cơng thức cấu tạo có X b Viết phương trình phản ứng xảy với số công thức tìm X Đáp án: a/ b/ Bài Phản ứng natri axetilua với 1,12-dibromdodecan thu hợp chất A, công thức phân tử C14H25Br Khi xử lí với natri amiđua A bị chuyển thành B, C14H24 Ôzon phân B cho diaxit HO2C(CH2)12CO2H Hidro hóa B xúc tác Lindlar Pd cho chất C (C14H26), hidro hóa với xúc tác Pt cho chất D (C14H28) Khử B với Na/NH3 thu E Khi ozon phân C E cho O=CH(CH2)12CHO Viết phản ứng xác định công thức A đến E phù hợp với kiện Đáp án: KẾT LUẬN Trong chuyên đề “Hidrocacbon” này, xây dựng , sưu tầm để biên tập lại tài liệu giúp học sinh tự học kết hợp với cuấn sách giáo khoa lý thuyết hóa hữu Với 135 tập với chương, bao từ hidrocacbon no, hidrocacbon không no hidrocacbon thơm Trong chương lại có nội dung quan trọng khắc sâu với nhiều tập Chúng cố gắng để xây dựng chuyên đề giúp học sinh có tài liệu học tập tốt, nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Sơn (2009), Tài liệu giáo khoa chuyên hóa lớp 11, 12 tập NXB Giáo dục [2] Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng (2003), Hóa học hữu tập NXB Giáo dục [3] Trần Quốc Sơn (1985) Giáo trình sở lý thuyết hóa học hữu NXB Giáo dục [4] Ngơ Thị Thuận, Đặng Như Tại (2011), Hóa học hữu tập 1,2 NXB Giáo dục [5] Đặng Như Tại, Trần Quốc Sơn (1999) Hóa học hữu NXB Đại học quốc gia Hà Nội [6] Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu, Nguyễn Văn Tòng (2015) Câu hỏi tập sở hóa học hữu tập 1,2 NXB Đại học sư phạm [7] Đề thi học sinh giỏi quốc gia vòng 1, 2; đề thi học sinh giỏi quốc tế đề chuẩn bị mơn hóa học từ năm 2000 đến năm 2017 [8] Đề thi học sinh giỏi khu vực Duyên hải đồng Bắc Bộ; Trại hè Hùng Vương mơn hóa học từ năm 2011 đến năm 2017 ... chun đề khơng tóm tắt lại lý thuyết tài luyện chuyên khảo đề cập đầy đủ như: Tài liệu giáo khoa chuyên Hóa, sách Hóa học hữu GS Ngơ Thị Thuận; GS Trần Quốc Sơn; GS Nguyễn Hữu Đĩnh…mà em học sinh... chọn đề tài Hóa học hữu ngày có vai trị quan trọng sống người, từ chuyên ngành hẹp hóa hữu như: dược phẩm, thực phẩm, polime…ngày đóng góp nhiều sự phát triển xã hội Cùng với vấn đề đại cương hóa. .. cương hóa học hữu cơ, hidrocacbon tảng, chìa khóa quan trọng để nghiên cứu vấn đề khác hóa hữu Các hợp chất hữu dù đơn giản hay phức tạp xây dựng khung hidrocacbon Do đó, hệ thống kiến thức hóa hữu