Bài giảng Cơ sở hóa học hữu cơ 1: Chương 4 - ThS. Nguyễn Văn Hiểu

Bài giảng Cơ sở hóa học hữu cơ 1: Chương 4 Hiđrocacbon thơm, cung cấp cho người học những kiến thức như: ben zen và các chất đồng đẳng; hợp chất thơm không chứa vòng benzen. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 4: HIĐROCACBON THƠM §4-1 BEN ZEN VÀ CÁC CHẤT ĐỒNG ĐẲNG §4-2 CÁC AREN KHÁC §4-3 HỢP CHẤT THƠM KHƠNG CHỨA VỊNG BENZEN Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 205 §4-1 BEN ZEN VÀ CÁC CHẤT ĐỒNG ĐẲNG 4.1.1 Cấu trúc phân tử bezen 4.1.1.1 Công thức Kekule (1885) - Benzen có cơng thức phân tử C6H6 Cơng thức tổng quát: CnH2n – (n ≥ 6) Công thức cấu tạo Kekule H H H viết gọn H Truong CDSP NhaTrang H H Nguyen Van Hieu 206 4.1.1.2 Tính chất khơng bình thường Benzen a.Tính chất hóa học - Thể tính chất khơng no, khó tham gia phản ứng cộng oxi hóa, dễ tham gia phản ứng b Độ dài liên kết: - Tất liên kết C-C có độ dài liên kết 1,40A0, liên kết C-H 1,09A0 góc hóa trị CCC CCH 1200 khác với xiclohexa-1,3,5-trien độ dài liên kết C-C 1,54A0 C=C 1,34A0 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 207 c Năng lượng bền vũng hóa (năng lượng ỗn định) Nhiệt hiđro hóa xiclohexen 119,5kJ/mol, xiclohexa -1,3,5-trien 358,5kJ/mol, benzen 208kJ/mol +H2 119,5kJ/mol +3H2 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 358,5kJ/mol 208 +3H2 - H = -358,5 kJ/mol H 208,1kJ/mol H = -208 kJ/mol - H = 358,6 - 208,1 = 150,5 kJ/mol lượng liên hợp thơm hay lượng liên hợp thơm hay lượng cộng hưởng benzen Thuyết obitan cấu trúc phân tử benzen Là phân tử mặt phẳng, nguyên tử C trạng Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 209 thái lai hóa sp2 nguyên tử C trang thái lai hóa sp2 tạo liết kết  với Csp2 bên cạnh với nguyên tử H, nguyên tử Csp2 cịn 1AO 2p tinh khết vng góc với mặt phẳng lục giác tạo thành MO không định chỗ H H H H H H Cách biểu diễn vòng benzen mặt phẳng giấy Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 210 H H H H H H 4.1-2 Đồng phân Đồng phân mạch cacbon Đồng phân cách chia mạch nhánh Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 211 CH2CH2CH3 CH(CH3)2 CH2CH3 CH3 CH3 Propylbenzen Izopropylbenzen Propylbenzen H3C Izopropylbenzen CH3 Đồng phân ví trí mạch nhánh CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 C2H5 1,2-Dietylbenzen o-Dietylbenzen Truong CDSP NhaTrang 1,3-Dietylbenzen m-Dietylbenzen Nguyen Van Hieu C2H5 1,4-Dietylbenzen p-Dietylbenzen 212 CH2(CH2)3CH3 CH2(CH2)2CH3 C2H5 CH3 C2H5 1-Etyl-4-pentylbenzen 4-Butyl-1-etyl-3-metylbenzen p-Etylpentylbenzen 4.4-Danh pháp a Gọi tên cách hệ thống dẫn xuất benzen Tên gốc Số vị trí (hay tiếp đầu nhữ o, m, p) gốc ankyl + Benzen Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 213 C2H5 C2H5 CH3 1-Etyl-2-metylbenzen o-Etyl,metylbenzen CH3 CH2CH2CH2CH3 CH3 C2H5 C2H5 1,4-Dietyl-2-metylbenzen 4-Butyl-1-etyl-3-metylbenzen p-Dietyl-o-metylbenzen p-Butyl,etyl-m-metylbenzen b Tên thông thường số gốc CH3 CH3 CH(CH3)2 Phenyl o-Tolyl Truong CDSP NhaTrang m-Cumenyl Nguyen Van Hieu CH3 2,3-Xilyl 214 b Cộng clo 0C hv/50 + 3Cl2 Benzen Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Phản ứng oxi hóa (666) a Oxi hóa hồn tồn Phản ứng cháy CnH(2n – 6) + (3n -3)/2 O2  nCO2 + (n-3)H2O C6H6 + 7,5O2  6CO2 + 3H2O H = -3350 kJ/mol b Oxi hóa khơng hồn Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 229 Benzen không tác dụng với dung dịch KMnO4 lỗng, nhiên nhiệt độ caocó mạt xúc tác V2O5 benzen bị oxi hóa oxi khơng khí cho sản phẩm sau: O + 4,5O2 V2O5 O + 2CO2 + 2H2O Benzen O c Phản ứng ozon phân O O O O + 3O3 O O O O O Benzen Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu Zn/CH3COOH CH=O CH=O 230 Các phản ứng xảy mạch nhánh ankylbenzen a Phản ứng halogen hóa mạch nhánh CH2CH3 + Br2 CH2CH3 + Cl2 as,1100C CHBrCH3 + HBr as,3500C CHClCH3 + HCl b Phản ứng oxi hóa thành axit thơm K Cr O + H SO Ar – R KMnO Ar - COOH HO C6H5-CH3 KMnO ,H O C6H5-COOK C6H5COOH K Cr O + H O C6H5CH2CH3 H SO ,t C C6H5COOH + HCOOH 2 4 2 2 Truong CDSP NhaTrang + Nguyen Van Hieu 231 Đối với C bậc khó xảy Ví dụ: C6H5C(CH3)3 + KMnO4 + H2O X KMnO ,H O HO C6H4(CH3)2 C6H4(COOK)2 C6H5(COOH)2 c Oxi hóa Hcủa cacbon bậc ba H SO O ,Na CO C6H5C(CH3)2 85 C C6H5COOH(CH3)2 H O C6H5-OH + (CH3)2C=O 1-5 Điều chế 1.Benzen - Tách từ nhựa chưng than đá dầu mỏ a.Đề hiđrohóa đóng vịng hexan Cr O /Al O CH3(CH2)4CH3 30-40atm,500 C C6H6 + 4H2 2 + 2 3 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 232 b Đồng phân hóa đề hiđrohóa MoO3/Al2O3 3H2 CH3 c Đề metyl hóa toluen Xt,580-760 C C6H5-CH3 + H2 C6H6 + CH4 Toluen đồng đẳng a Ankyl hóa benzen AlCl C6H5-H + X-R C6H5-R + HX b Ankyl hóa benzen anken AlCl C6H5-H + CH2 =CHR C6H5-CH(CH3)R 3 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 233 c Tổng hợp Uyêc-Pittic C6H5-H Cl ,xt Fe C6H5-Cl R-Cl, Na C6H5-R 4.1-6 Ứng dụng Dùng làm dung môi Tổng hợp monome cho công nghiệp cao phân tử Tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, chất giặt rửa tổng hợp Tổng hợp thuốc nỗ (TNT), thuốc trừ sâu (666), DDT 4.1-7 Giới thiệu riêng a.Benzen b Toluen C H (COSO )NH Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 234 §4-2 CÁC AREN KHÁC 4.2-1 Hiđrocacbon thơm mach nhánh khơng no Có hai nhóm ankenylbenzen (arylanken) C6H5CH=CH2, ankinylbenzen (arylankin) C6H6CCH, chúng có tính chất đặc trưng cho anken ankin 4.2-1.1 Phản ứng stiren: CH CH2 CH2 CH3 Truong CDSP NhaTrang H2,Ni 250C,2-3atm H2,Ni 1000C Nguyen Van Hieu CH2 CH3 CH2CH3 235 a Cộng nhâu khác C6H5 –CH=CH2 + HA C6H5CH(A)CH3 (HA: H2O, HHal, H2SO4, ) peoxit C6H5 –CH=CH2 + HBr C6H5CHX-CH2X (X2: Br2, Cl2) b Trùng hợp: T,H nCH=CH2 C6H5 CH - CH2 n C6H c Phản ứng oxi hóa ,H O C6H5CH=CH2 1.2 KMnO C6H5-COOH + CO2 HO C H CO H C6H5CH=CH2 O + Ag,200 C C6H5 CH–CH2 Truong CDSP NhaTrang + Nguyen Van Hieu O 236 4.2 Điều chế stiren - Tách từ nhựa chưng than đá, tổng hợp từ dẫn xuất halogen - Điều chế từ dẫn xuất halogen 4.2-2 Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vòng benzen riêng rẽ n R R Biphenyl  3' 2' 1' 4' 5' 6' Điphenylmetan C6H5 –CH2– C6H5 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 237 + H2 t0C CH H CH H Diphenylmetan Fluoren - Phản ứng oxi hóa nhóm metylen KMnO4 CH H C O Benzophenon + H2O Diphenylmetan (H3C)2N C O N(CH3)2 Xetomilơ Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 238 Điphenylmetan điều chế từ benzen benzyl clorua bàng phản ứng Friđen-Crap AlCl C6H6 + C6H5-CH2Cl Triphenylmetan NH3, l (C6H5)3C-H + NaNH2 (C6H5)3C-Na + NH3 Cl2 [O] (C6H5)3C-Cl (C6H5)3C-H (C6H5)3C-OH Điều chế: AlCl3 3C6H6 + HCCl3 (C6H5)3C-H + 3HCl 2-3.Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vòng benzen ngưng tụ Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 239 8 7 6 5 10 1.Naphtalen a Phản ứng electrophin1 Br2,CCl4 Truong CDSP NhaTrang Br HNO3, H2SOl4 NO2 Nguyen Van Hieu H2SO4, 800 SO3H CH3COCl, AlCl3, CS2 COCH3 240 b Phản ứng hiđro 5H2, 2000, 200atm Na, C5H11OH 3H2,2000, 200atm c Phản ứng oxi hóa O O2, V2O5,4500C Antraxen phenantren Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu O + 2CO2 + H2O O 241 K2Cr2O7, H2SO4 C2H5OH, Na O Br2 Br O Br Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu Br2, Fe Br 242 §4-3 HỢP CHẤT THƠM KHƠNG CHỨA VỊNG BENZEN 3-1 Tính thơm đặc điềm cấu trúc vịng thơm 3-2 Hợp chất thơm hệ có vịng cạnh 3-3 Hợp chất thơm có hệ vịng cạnh 3-4 Hợp chất thơm hệ có vịng cạnh 3-5 Hợp chất chứa vòng cạnh vòng cạnh ngưng tụ 3-6 Hợp chất thơm chứa vòng lớn Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 243 ... C2H5 C2H5 CH3 1-Etyl-2-metylbenzen o-Etyl,metylbenzen CH3 CH2CH2CH2CH3 CH3 C2H5 C2H5 1 , 4- Dietyl-2-metylbenzen 4- Butyl-1-etyl-3-metylbenzen p-Dietyl-o-metylbenzen p-Butyl,etyl-m-metylbenzen b... axyl hóa Friđen-Crap AlCl C6H5-H + X-CO-R → C6H5-CO-R + HX AlCl C6H5-H + (RCO)2O → C6H5-CO-R + RCOOH + Phản ứng sunfo hóa tC C6H5-H + HO-SO3H → C6H5-SO3H + H2O b Cơ chể ứng electrophin (SE) - Cation... H2O(+)NO2 + H2SO4 H3O+ + HSO4 (-) + NO2 (-) H H2SO4 + NO2(+) chậm NO2 + NO2 + H(+) nhanh - Cơ chế phản ứng sunfo hóa 2H2SO4 → SO3 + HSO 4- + H3O+ (-) SO (-) H SO3 O H3O(+) + S O H2SO4 + chậm nhanh O Truong