Bài giảng Chương 01 đại cương về hóa hữu cơ

Hóa học các hợp chất hữu cơ  Phần III HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ Hoá học hữu cơ là một ngành khoa học nghiên cứu về thành phần, cấu tạo, tính chất, ứng dụng của các hợp chất hữu cơ và các quá trình biến đổi (phản ứng) của chúng. Hợp chất hữu cơ là các hợp chất của cacbon trừ CO, CO2, axit cacbonic và các muối cacbonat. Hiện nay, con người đã biết đến khoảng dưới 1 triệu hợp chất vô cơ và khoảng 7 triệu hợp chất hữu cơ. 1. Những đặc điểm chung của hợp chất hữu cơ Mặc dù không có danh giới thật rõ rệt giữa chất hữu cơ và chất vô cơ, các hợp chất hữu cơ có một số đặc điểm chung sau đây : 1. Trong thành phần hợp chất hữu cơ có thể gặp hầu hết các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn, song số lượng các nguyên tố thường xuyên tạo nên chất hữu cơ thường không nhiều : nhất thiết phải có C, thường có H, hay gặp O, N, sau đó đến halogen, S, P,... 2. Liên kết hóa học chủ yếu trong hợp chất hữu cơ là liên kết cộng hóa trị. 3. Các hợp chất hữu cơ thường dễ bay hơi, kém bền đối với nhiệt và dễ cháy hơn hợp chất vô cơ. 4. Các phản ứng của hợp chất hữu cơ thường chậm và không hoàn toàn theo một hướng nhất định nên tạo thành hỗn hợp sản phẩm. 2. Phân loại các hợp chất hữu cơ a. Dựa vào mạch C: Chia thành 3 nhóm lớn: − Các hợp chất mạch hở gồm + Loại no: Mạch C chỉ chứa liên kết đơn. Ví dụ dãy đồng đẳng ankan CnH2n+2,… + Loại chưa no: Mạch C ngoài liên kết đơn còn chứa liên kết đôi và liên kết ba. Ví dụ anken CnH2n ; các ankin, ankađien CnH2n − 2 ;… − Các hợp chất mạch vòng gồm: + Vòng no Ví dụ: H2C - CH2 CH2 + Vòng không no Ví dụ: HC = CH CH2 + Hợp chất thơm: có nhân benzen − Hợp chất dị vòng: Ngoài C còn có các nguyên tố khác tham gia tạo vòng. b. Dựa vào nhóm chức Nhóm chức là nhóm nguyên tử gây ra những phản ứng hóa học đặc trưng cho phân tử hợp chất hữu cơ. Một số nhóm chức quan trọng. − Nhóm hyđroxyl: − OH − Nhóm nitro: − NO2 − Nhóm amin: − NH2 Hợp chất đơn chức: Trong phân tử có 1 nhóm chức. Hợp chất đa chức: Trong phân tử có nhiều nhóm chức giống nhau. Ví dụ: HOOC − R − COOH : Điaxit Đồng Đức Thiện #  78 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ Hợp chất tạp chức: Trong phân tử có nhiều nhóm chức khác nhau. Ví dụ: các aminoaxit H2N − R − COOH, HO − CH2 − CH2 − CHO,… 3. Thuyết cấu tạo hoá học Thuyết cấu tạo hoá học do nhà bác học Nga Butlêrôp đề ra năm 1861 gồm các luận điểm chính. 1. Trong phân tử chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hoá trị và theo một thứ tự nhất định. Thứ tự liên kết đó được gọi là cấu tạo hóa học. Sự thay đổi thứ tự liên kết đó sẽ tạo ra chất mới. Thí dụ: rượu etylic và ete metylic đều có công thức phân tử C2H6O, nhưng chúng có cấu tạo hóa học khác nhau: CH3 – CH2 – OH (rượu etylic - chất lỏng, tan vô hạn trong nước, tác dụng với Na). CH3 – O – CH3 (ete metylic- chất khí, gần như không tan trong nước, không tác dụng với Na 2. Trong phân tử chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4. Những nguyên tử cacbon có thể kết hợp không những với những nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn kết hợp trực tiếp với nhau thành những mạch cacbon khác nhau (mạch không nhánh, có nhánh và mạch vòng). Ví dụ: Mạch không nhánh (mạch thẳng) CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Mạch nhánh: CH3 – CH - CH2 – CH3 CH3 Mạch vòng: 3. Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất và số lượng các nguyên tử) và cấu tạo hóa học (thứ tự liên kết các nguyên tử). Thí dụ: - Phụ thuộc vào bản chất các nguyên tử: CH4 là chất khí dễ cháy, còn CCl4 là chất lỏng không cháy. - Phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử: C4H10 là chất khí, còn C5H12 là chất lỏng. - Phụ thuộc vào thứ tự liên kết các nguyên tử: trường hợp CH3 - CH2 - OH và CH3 - O - CH3 (đã nêu ở trên). 4. Các dạng công thức hoá học Các hợp chất hữu cơ có thể được biểu diễn bằng các dạng công thức sau: a. Công thức tổng quát (CTTQ): Cho biết thành phần định tính của hợp chất hữu cơ (thành phần nguyên tố cấu tạo nên hợp chất) Thí dụ : CxHyOz (x, y, z là những số nguyên chưa biết) chỉ cho biết trong phân tử có 3 nguyên tố : C, H và O. b. Công thức thực nghiệm (CTTN): Chỉ cho biết tỷ lệ số lượng các nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử. Đồng Đức Thiện # 79 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ Ví dụ: CTTN của etilen (CH2)n, của glucozơ (CH2O)n (n là số nguyên dương, chưa xác định). c. Công thức đơn giản nhất (CTĐGN): Chỉ cho biết tỷ lệ số lượng các nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử Ví dụ: CTĐGN của etilen CH2, của glucozơ CH2O d. Công thức phân tử (CTPT): Cho biết số lượng nguyên tử của từng nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ, tức là cho biết giá trị của n. Ví dụ: CTPT của etilen C2H4, của glucozơ C6H12O6, của benzen C6H6, … Liên hệ với CTĐGN ở trên, hệ số n đối với etilen : n = 2, với glucozơ: n = 6,… e. Công thức cấu tạo (CTCT): Nếu như công thức phân tử chỉ cho biết số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử thì công thức cấu tạo còn cho biết cả thứ tự kết hợp và cách liên kết các nguyên tử đó Có thể viết CTCT dưới dạng đầy đủ và rút gọn. Ví dụ: CTCT của axit axetic. Dạng rút gọn: CH3 – COOH 5. Liên kết hoá học trong hợp chất hữu cơ  O H3C OH Liên kết cộng hóa trị là loại liên kết chủ yếu và phổ biến nhất trong hóa học hữu cơ Có hai loại điển hình: a. Liên kết đơn do một cặp electron tạo nên và được biểu diễn bằng một gạch nối giữa hai nguyên tử. Ta gọi đó là liên kết σ. b. Liên kết đôi do 2 cặp electron tạo nên, được biểu diễn bằng 2 gạch nối song song giữa hai nguyên tử : một gạch tượng trưng cho liên kết σ bền vững và một gạch tượng trưng cho liên kết linh động hơn gọi là liên kết π. c. Liên kết ba do 3 cặp electron tạo nên, được biểu diễn bằng ba gạch nối song song giữa hai nguyên tử : một gạch tượng trưng cho liên kết σ và hai gạch tượng trưng cho hai liên kết π. Liên kết π kém bền so với liên kết σ . Trong các phản ứng hoá học, nó thường bị đứt ra để phân tử liên kết với 2 nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) của các nguyên tố khác (phân tử tham gia phản ứng cộng). Liên kết đơn có bản chất liên kết σ Liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π. Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π. − Khi nguyên tử cacbon chỉ tham gia liên kết đơn, các obitan nguyên tử lai hoá kiểu sp3 định hướng theo phương từ tâm (hạt nhân) đến 4 đỉnh hình tứ diện đều và đó là hướng của 4 mối liên kết đơn ( σ ). Ví dụ các liên kết trong phân tử metan Đồng Đức Thiện # 80 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ − Khi nguyên tử cacbon tham gia liên kết đôi, các obitan nguyên tử lai hoá kiểu sp2 nằm trong một mặt phẳng định hướng theo phương từ trọng tâm tam giác đều (hạt nhân) đến 3 đỉnh và đó là hướng của 3 liên kết đơn (liên kết σ ). Obitan p còn lại xen phủ với một obitan p của nguyên tử khác bên cạnh tạo thành liên kết π theo hướng vuông góc với mặt phẳng của tam giác. Ví dụ trong phân tử etilen: σ CH2 = CH2 π − Khi nguyên tử cacbon tham gia liên kết ba, các obitan nguyên tử hoá trị lai hoá kiểu sp tạo ra 2 obitan và tạo liên kết σ . Còn 2 liên kết π do 2 obitan p còn lại tham gia, vuông góc với nhau và vuông góc với trục liên kết σ . Ví dụ trong phân tử CH ≡ CH: σ CH ≡ CH π π 6. Hiện tượng đồng phân a. Định nghĩa: Đồng phân là hiện tượng các chất có cùng một công thức phân tử, nhưng có cấu tạo khác nhau nên có tính chất khác nhau. Các chất đó được gọi là những chất đồng phân. Ví dụ: C5H12 có 3 đồng phân. CH3 − CH2 − CH2 − CH2 − CH3 (1) CH3 – CH - CH2 – CH3 (2) CH3 CH3 CH3 – C - CH3 (3) CH3 b. Bậc của nguyên tử cacbon Bậc của nguyên tử cacbon trong một phân tử được xác định bằng số nguyên tử cacbon khác liên kết với nó. Bậc của cacbon được ký hiệu bằng chữ số La mã (I, II, III,…) Ví dụ: I III II I CH3 – CH - CH2 – CH3 I CH3 c. Các trường hợp đồng phân * Đồng phân cấu tạo. Là hiện tượng đồng phân do thứ tự liên kết khác nhau của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong phân tử gây ra. Nhóm đồng phân này được chia thành 3 loại: 1) Đồng phân mạch cacbon: thay đổi thứ tự liên kết của các nguyên tử cacbon với nhau (mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng), các nhóm thế, nhóm chức không thay đổi. Ví dụ: Butan C4H10 có 2 đồng phân. CH3 − CH2 − CH2 − CH3 : n - butan CH3 – CH - CH3 iso – butan CH3 2) Đồng phân vị trí của nối đôi, nối ba, nhóm thế, nhóm chức Nhóm đồng phân này do: Sự khác nhau vị trí của nối đôi, nối ba Ví dụ: Đồng Đức Thiện # 81 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ CH2 = CH − CH2 − CH3 CH3 − CH = CH − CH3 buten -1 buten - 2 Khác nhau vị trí của nhóm thế Ví dụ: CH3– CH2 – CH2 Cl CH3 – CH – CH3 Cl 1 – clo propan (propyl clorua) 2 – clo propan (isopropyl clorua) Khác nhau vị trí của nhóm chức Ví dụ: CH3 − CH2 − CH2 − CH2 − OH : butanol -1 CH3 – CH – CH2 – CH3 Rượu iso – butylic (butanol - 2) OH 3) Đồng phân nhóm chức Các đồng phân của nhóm này khác nhau về nhóm chức, do đó tính chất hoá học hoàn toàn khác nhau. Những đồng phân nhóm chức quan trọng là: + Anken - xicloankan Ví dụ C3H6 có thể là CH2 = CH – CH3 (Propen) H2C – CH2 (xiclo propan) CH2 + Ankađien - ankin - xicloanken Ví dụ C4H6 có những đồng phân sau: CH2 = CH − CH = CH2 CH2 = C = CH − CH3 butađien -1,3 butađien -1,2 CH ≡ C − CH2 − CH3 CH3 − C ≡ C − CH3. butin -1 butin - 2 CH = CH CH2– CH2 xiclobuten HC = C – CH3 CH2 1 – metyl xiclopren HC = CH xiclopren - 1 xiclopran  CH – CH3 3 – metyl CH2 1 – metylen – 1 H2C - C = CH2 + Rượu - ete Ví dụ C3H8O có những đồng phân. CH3 − CH2 − CH2 − OH : propanol - 1 CH3 – CH – CH3 propanol - 2 OH CH3 − CH2 − O − CH3 : etyl metylete + Anđehit – xeton Ví dụ C3H6O có 2 đồng phân CH3 − CH2 − CHO : propanal Đồng Đức Thiện # 82 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ CH3 − CO − CH3 : đimetylxeton (axeton hoặc propanon). + Axit - este Ví dụ C3H6O2 có 3 đồng phân CH3 − CH2 − COOH : axit propionic CH3 − COO − CH3 : metyl axetat H − COO − C2H5 : etyl fomiat + Nitro - aminoaxit Ví dụ C2H5NO2 có hai đồng phân H2N − CH2 − COOH : axit aminoaxetic và CH3 − CH2 − NO2 : nitroetan. * Nhóm đồng phân hình học: Đây là loại đồng phân mà thứ tự liên kết của các nguyên tử trong phân tử hoàn toàn giống nhau, nhưng khác nhau ở sự phân bố các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong không gian. Để có loại đồng phân này. Điều kiện cần là trong phân tử phải có nối đôi. Điều kiện đủ là mỗi nguyên tử cacbon ở nối đôi phải liên kết với hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau: a b C = C với a ≠ b và c ≠ d c d Tùy theo vị trí của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử mà người ta phân biệt hai loại đồng phân: đồng phân dạng cis hoặc đồng phân dạng trans. − Cách xác định dạng cis, dạng trans: + Khi hai nhóm thể lớn nằm cùng phía so với mặt phẳng chứa lk đôi thì ta có dạng cis - + Khi hai nhóm thể lớn nằm khác phía so với mặt phẳng chứa lk đôi thì ta có dạng trans Ví dụ1: buten - 2 (CH3 − CH = CH − CH3) cis – buten - 2 CH3 CH3 C = C H H CH3 H C = C CH3 H trans – buten - 2 • Vậy để viết nhanh và đầy đủ đồng phân của một chất bất kỳ thì chúng ta cần: Bước 1: Xác định xem chất đó thuộc loại hợp chất gì, no hay không no. Bước 2: Viết đồng phân mạch cacbon. Bước 3: Viết đồng phân vị trí của liên kết kép và của nhóm chức. Bước 4: Viết đồng phân nhóm chức. Bước 5: Kiểm tra xem trong các đồng phân vừa viết đồng phân nào có dạng đồng phân cis-trans không 7. Hiện tượng đồng đẳng Đồng đẳng là hiện tượng các chất có cấu tạo và tính chất tương tự nhau, nhưng về thành phần phân tử khác nhau một hay nhiều nhóm CH2. Những chất đó được gọi là những chất đồng đẳng với nhau, chúng hợp thành một dãy gọi là dãy đồng đẳng Ví dụ: − Dãy đồng đẳng ankan: CH4, C2H6, C3H8,…(CTPT chung CnH2n+2). − Dãy đồng đẳng anken: C2H4, C3H6, C4H8,…(CTPT chung CnH2n). Đồng Đức Thiện #  83 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ Chú ý: Không phải tất cả các chất có cùng công thức chung đều là đồng đẳng của nhau. Ví dụ: không phải tất cả các rượu no đơn chức có công thức chung CnH2n+1OH là đồng đẳng. Chẳng hạn CH3 − CH2 − OH rượu bậc 1 CH3 – CH – CH3 Rượu bậc 2 OH Hơn kém nhau 1 nhóm CH2 nhưng có tính chất hoá học không hoàn toàn giống nhau - không phải là đồng đẳng của nhau. Hai chất đồng đẳng liên tiếp (kề nhau) có số nguyên tử cacbon Cn và Cn+1 hoặc Cn-1. Sự biến đổi tính chất vật lý của các chất trong dãy đồng đẳng thường tuân theo một quy luật chung. Ví dụ mạch cacbon càng dài thì nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần, độ tan trong nước giảm dần. 8. Cách gọi tên các hợp chất hữu cơ a. Tên gọi thông thường: Không tuân theo quy tắc khoa học nào, thường xuất hiện từ xưa và bắt nguồn từ nguyên liệu hoặc tên nhà bác học tìm ra, hoặc một địa điểm tìm ra hợp chất đó,... Ví dụ: Axitfomic (axit kiến); olefin (khí dầu); axit axetic (axit giấm),… b. Danh pháp quốc tế (danh pháp IUPAC): Để gọi tên một hợp chất hữu cơ theo danh pháp quốc tế, chúng ta cần tiến hành theo các bước sau: − Bước 1: Chọn mạch C chính là mạch C dài nhất có chứa nối đôi, nối ba, nhóm thế, nhóm chức, … − Bước 2 : Đánh số thứ tự các nguyên tử C trên mạch chính (bằng chữ số ả rập) xuất phát từ phía gần nhóm chức, nối đôi, nối ba, nhóm thế, mạch nhánh. Quy tắc đánh số. Ưu tiên đánh số lần lượt theo thứ tự. Nhóm chức → nối đôi → nối ba → mạch nhánh. Đối với hợp chất tạp chức thì ưu tiền lần lượt: Axit → anđehit → rượu. − Bước 3: Gọi tên.: Tên = vị trí nhóm thế + tên nhóm thế + tên mạch chính (có đuôi phù hợp với từng loại chất) + vị trí lk bội. + Nếu có nhiều nhóm thế giống nhau thì gộp chúng lại và thêm các tiếp đầu ngữ: đi (2), tri (3), tetra (4), penta (5),… + Ngăn cách giữa số và chữ là dấu “–’’ Chú ý: Hiện nay cũng tồn tại một số cách gọi khác tùy trường hợp và điều kiện nghiên cứu mà chúng ta nên sử dụng cách gọi tên cho phù hợp. * Tên mạch chính: xuất phát từ các hiđrocacbon no mạch thẳng. Các hợp chất cùng loại (cùng dãy đồng đẳng), cùng nhóm chức thì có đuôi giống nhau. Cụ thể: Hiđrocacbon no (ankan) có đuôi an: CH3 − CH2 − CH3 : propan Hiđrocacbon có nối đôi (anken) có đuôi en: CH2 = CH − CH3 : propen Hiđrocacbon có nối ba (ankin) có đuôi in: CH ≡ C − CH3 : propin Hợp chất anđehit có đuôi al: CH3 − CH2 − CHO : propanal Hợp chất rượu có đuôi ol: Đồng Đức Thiện # 84 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ CH3 − CH2 − CH2 − OH : propanol Hợp chất axit hữu cơ có đuôi oic: CH3 − CH2 − COOH : propanoic. Hợp chất xeton có đuôi on: CH3 – C – CH3 propanon (axeton) O − Để chỉ số nguyên tử C có trong mạch chính, người ta dùng các phần nền (phần đầu) sau: Bảng 5: Phần nền để gọi tên các hợp chất hữu cơ Số nguyên tử C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Phần nền Met Et Prop But Pen Hex Hep Oct Non dec * Tên của nhóm thế: Trong hoá hữu cơ, tất cả những nguyên tử khác hiđro (như Cl, Br, …) hoặc nhóm nguyên tử (như − NO2, − NH2,…, các gốc hiđrocacbon CH3 −, C2H5 −,…) đều được coi là nhóm thế. − Νhóm thế là các nguyên tử thì tên gọi là tên nguyên tố. − Tên gốc hiđrocacbon đều xuất phát từ tên hiđrocacbon tương ứng với phần đuôi khác nhau. + Gốc hiđrocacbon no hoá trị 1 gọi theo tên của ankan tương ứng bằng cách thay đuôi −an bằng đuôi −yl và được gọi chung là gốc ankyl. Ví dụ: CH3 − : metyl, C2H5 − : etyl,… + Gốc hiđrocacbon chưa no hoá trị 1 có đuôi −enyl đối với anken, đuôi −nyl đối với ankin và đuôi -đienyl đối với đien. Ví dụ: CH2 = CH −: etilenyl (thường gọi là gốc vinyl) CH ≡ C −: axetilenyl hay etinyl. + Gốc hoá trị 2 tạo thành khi tách 2 nguyên tử H khỏi 1 nguyên tử C hoặc tách nguyên tử O khỏi anđehit hay xeton. Gốc hoá trị 2 có đuôi từ -yliđen. Ví dụ: CH3 −CH2 −CH = : propyliđen. 9. Một số dạng phản ứng hoá học trong hoá hữu cơ a. Phản ứng thế: Là phản ứng trong đó nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) bị thay thế bởi nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) khác. Ví dụ: CH4 + Cl – Cl -> CH3Cl + HCl b. Phản ứng cộng hợp: Là phản ứng trong đó phân tử của một chất cộng hợp vào liên kết đôi hoặc liên kết ba trong phân tử của chất khác. Ví dụ: CH3 – CH = CH2 + Br2-> CH3 – CH = CH2 Br Br CH3 – CH = CH2 + Br2-> CH3 – CH – CH3 sản phẩm chính Br CH3 – CH2 – CH2 sản phẩm phụ Br Trong trường hợp phản ứng cộng hợp bất đối xứng, hướng cộng chủ yếu được xác định theo quy tắc cộng Maccopnhicop (hay quy tắc cộng hợp bất đối xứng): Đồng Đức Thiện # 85 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ Theo quy tắc Maccopnhicop, trong phản cộng HX vào liên kết bội bất đối xứng, nguyên tử H (hay là phần mang điện tích dương) cộng vào nguyên tử cacbon có nhiều H hơn, còn nguyên tử X (hay là phần mang điện tích âm) cộng vào nguyên tử cacbon có ít H hơn. Vì vậy sản phẩm chính trong phản ứng trên là iso-propyl clorua. Quy tắc cộng được hiểu rộng ra với các tác nhân là những phân tử bất đối xứng chung chứ không riêng HX. Sản phẩm thu được theo quy tắc này là sản phẩm chính chiếm phần lớn, còn sản phẩm thu được ngược quy tắc này là sản phẩm phụ, chiếm một tỷ lệ rất thấp. Chú ý: Khi phản ứng cộng hợp tác nhân bất đối có xúc tác là các peoxit thì sản phẩm tạo thành theo hướng ngược quy tắc cộng trên là sản phẩm chính (sản phẩm Hopman) c. Phản ứng tách HX (HCl, HBr, H2O,…): Là phản ứng tách một hay nhiều phân tử HX khỏi các phân tử hợp chất hữu cơ. Trong những phản ứng đó, X được tách ra với một H ở C bên cạnh C liên kết trực tiếp với X: Ví dụ: ⎯ CH3 – CH – CH3 Br ⎯K⎯OH⎯, RO⎯H ,t 0 → CH3 – CH = CH2 + HBr Trong những trường hợp phức tạp, có nhiều H có thể tách ra cùng X liên kết với các nguyên tử C có bậc khác nhau, sản phẩm tách chính sẽ được xác định theo quy tắc tách Zaixep: “Trong phản ứng tách HX khỏi phân tử hợp chất hữu cơ, nguyên tử X sẽ được ưu tiên tách ra cùng nguyên tử H ở C bậc cao hơn”. KOH , ROH ,t 0 CH3 – CH – CH2 – CH3 Br ⎯⎯⎯⎯⎯→ CH3 – CH = CH – CH3 + HBr sản phẩm chính CH2 = CH – CH2 – CH2 + HBr sản phẩm phụ d. Phản ứng trùng hợp: Là phản ứng cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ (monome) giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử lớn hay cao phân tử (polime) Phản ứng trùng hợp có thể xảy ra giữa hai loại monome khác nhau, khi đó gọi là phản ứng đồng trùng hợp. Điều kiện để các monome tham gia phản ứng trùng hợp là: phân tử phải có liên kết kép hoặc có vòng không bền. Ví dụ: 0 (- CH – CH - ) nCH2 = CH2 ⎯x⎯t ,t ⎯, p → 2 2 n e. Phản ứng trùng ngưng: Là phản ứng kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) tạo thành phân tử lớn polime, đồng thời tách ra nhiều phân tử nhỏ đơn giản như H2O, NH3, HCl,… Điều kiện để các monome tham gia phản ứng trùng ngưng là: phân tử phải có ít nhất 2 nhóm chức hoặc 2 nguyên tử linh động có thể tách khỏi phân tử. Phản ứng trùng ngưng có thể xảy ra giữa hai loại monome khác nhau. Ví dụ: 0 nHOOC – (CH2)5 – NH f. Phản ứng oxi hoá ⎯x⎯t ,t ⎯, p → (- CO – (CH2)5 – NH -)n + nH2O + Phản ứng cháy (oxi hóa hoàn toàn): tạo thành CO2, H2O và một số sản phẩm khác. Ví dụ: CH3OH + 3/2O2 -> CO2 + 2H2O + Phản ứng oxi hoá nhóm chức hoặc oxi hoá liên kết kép (oxi hoá không hoàn toàn). Ví dụ + Oxi hoá : rượu → anđehit → axit. Đồng Đức Thiện # 86 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ R – CH2OH -> R – CHO -> RCOOH g. Phản ứng khử hợp chất hữu cơ: Khử các nhóm chức để biến loại chất này thành loại chất khác. Ví dụ: R – CHO -> R – CH2OH h. Phản ứng este hóa: Là phản ứng giữa axit và rượu tạo thành este. Ví dụ: CH3COOH + C2H5OH ⎯H⎯2 SO⎯4 đ →  CH3COOC2H5 + H2O Muốn phản ứng este hoá xảy ra hoàn toàn, phải dùng chất hút nước (thường hay dùng H2SO4 đ, Al2O3,…) i. Phản ứng thuỷ phân: Là phản ứng giữa hợp chất hữu cơ và nước tạo thành hai hay nhiều hợp chất mới. Ví dụ: CH3COONa + H2O -> CH3COOH + Na+ + OH- CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH j. Phản ứng crackinh: Là quá trình bẻ gãy mạch cacbon của phân tử hiđrocacbon thành các phân tử nhỏ hơn dưới tác dụng của nhiệt hoặc chất xúc tác. C3H6 ⎯⎯crk → CH4+ C2H4 k. Phản ứng refominh: Là quá trình dùng nhiệt và chất xúc tác biến đổi cấu trúc mạch các hiđrocacbon: từ mạch hở thành mạch vòng, từ mạch ngắn thành mạch dài,… 10. Các hiệu ứng chuyển dịch electron a. Hiệu ứng cảm ứng + Định nghĩa: Hiệu ứng cảm ứng (ký hiệu là I) là sự dịch chuyển mây e dọc theo mạch C dưới tác dụng hút hoặc đẩy của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử.. Ví dụ: + Phân loại CH3 → CH2 → CH2 → Cl Quy ước: Trong liên kết σ (C − H) nguyên tử H có I = 0 - Nhóm thế có độ âm điện lớn hơn H sẽ hút e gây ra hiệu ứng cảm ứng âm (−I). Hiệu ứng −I tăng theo chiều tăng của độ âm điện của nhóm thế. − F > −Cl > −Br. − F > −OH > −NH2 - Nhóm thế có độ âm điện nhỏ hơn H, có +I. Hiệu ứng +I tăng theo bậc của ankyl − C(CH3)3 > −CH(CH)3 > −C2H5 > −CH3 - Hiệu ứng cảm ứng I giảm nhanh khi tăng chiều dài mạch các liên kết σ và sự án ngữ không gian. + Ứng dụng: Hiệu ứng cảm ứng I dùng để giải thích tính axit - bazơ của hợp chất hữu cơ: − Nhóm thế gây hiệu ứng −I càng mạnh, làm tính axit của hợp chất càng tăng. − Nhóm thế gây hiệu ứng +I càng mạnh làm tính bazơ của hợp chất càng tăng. b. Hiệu ứng liên hợp + Định nghĩa: Hiệu ứng liên hợp (ký hiệu là C) là hiệu ứng dịch chuyển mây electron π trong hệ liên hợp dưới tác dụng hút hoặc đẩy e của các nguyên tử nhóm thế. + Phân loại: − Nhóm thế hút electron π gây ra hiệu ứng -C. Đó là các nhóm thế không no. Ví dụ: CH2 = CH – CH = O Đồng Đức Thiện # 87 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ Hiệu ứng này giải thích sự thay đổi tính axit - bazơ của hợp chất hữu cơ có nhóm thế: Nhóm thế −C làm tăng độ phân cực của liên kết O − H, do đó làm tăng tính axit. - Nhóm thế +C (nhóm thế đẩy electron π) làm tăng tính bazơ (tức khả năng kết hợp proton nhờ cặp electron p không phân chia) và làm giảm tính axit. Ví dụ các nguyên tử H ở vị trí ortho và para trong phân tử phenol dễ bị thế do hiệu ứng +C gây ra bởi oxi của nhóm OH làm mật độ e ở các vị trí này cao hơn. OH Chương 2 HIĐROCACBON Hiđrocacbon là những hợp chất hữu cơ mà phân tử chỉ chứa các nguyên tử cacbon và hiđro. Dựa vào cấu tạo mạch cacbon và bản chất liên kết giữa các nguyên tử cacbon, người ta thường phân ra ba loại lớn: − Hiđrocacbon no (bão hoà, trong phân tử chỉ có liên kết đơn - liên kết σ ). − Hiđrocacbon không no (chưa bão hoà, trong phân tử ngoài liên kết đơn, còn có liên kết đôi và liên kết ba - nghĩa là có cả liên kết σ và π). − Hiđrocacbon thơm − Đối với hiđrocacbon no mạch hở, ta thấy số liên kết giữa các nguyên tử C bằng số nguyên tử cacbon trừ đi 1. Vì mỗi nguyên tử C có 4e hoá trị (C có hoá trị IV) mà mỗi liên kết cần 2e hoá trị, nên nếu phân tử có n nguyên tử C thì số e hoá trị còn để liên kết với H là 4n − 2 (n − 1) = 2n + 2. Do vậy công thức chung của hiđrocacbon no mạch hở là CnH2n+2. − Đối với hiđrocacbon không no mạch hở có một liên kết đôi (ví dụ anken), ngoài liên kết σ còn cần 2e hoá trị để tạo thành liên kết π giữa 2 nguyên tử C. Do số e hoá trị cần để liên kết với H giảm đi 2 đơn vị. Do đó công thức của anken là CnH2n. Nếu anken có a liên kết đôi thì công thức chung sẽ là CnH2n+2−2a. − Đối với hiđrocacbon mạch hở có một liên kết ba (ankin, ví dụ CH3 − C ≡ CH) thì ngoài liên kết σ còn 2 liên kết π dùng hết 4e hoá trị. Do đó số nguyên tử H liên kết cũng giảm đi 4 đơn vị (so với hiđrocacbon no). Công thức chung của ankin sẽ là CnH2n+2−4 = CnH2n−2. − Đối với hiđrocacbon vòng no: Khi tạo thành vòng đã dùng mất 2e hoá trị nên số e hoá trị để liên kết với H giảm nên số e hoá trị để liên kết với H giảm 2 đơn vị (so với hiđrocacbon no mạch hở). Do đó, công thức hiđrocacbon vòng no (xicloankan) là CnH2n (đồng phân của anken). Vậy công thức chung của mọi hiđrocacbon là: CnH2n+2−2a. n: Số nguyên tử C trong phân tử. a = Số liên kết π + số vòng I. Hiđrocacbon no mạch hở _Ankan 1. Đồng đẳng – đồng phân – danh pháp a. Đồng đẳng: Công thức chung của dãy là CnH2n+2 với n ≥ 1.Tên gọi chung là ankan hay parafin Chất đơn giản nhất là metan CH4 (metan). Tất cả các hợp chất có cùng công thức chung hợp thành một dãy đồng đẳng của metan CH4. b. Đồng phân: Từ C1- C3: không có hiện tượng đồng phân Từ C4: có đồng phân mạch cacbon: không nhánh (thẳng) và có nhánh. Ví dụ: Đồng Đức Thiện # 88 " Trường THPT Sơn Động số 3 Hóa học các hợp chất hữu cơ C4H10: có hai đồng phân: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 và CH3 – CH(CH3) – CH3 c. Danh pháp: + Danh pháp thường: Tất cả các ankan đều tận cùng bằng đuôi “an”. Bốn ankan đầu dãy có tên gọi xuất phát từ nguồn gốc lịch sử. Các ankan khác có tên gọi xuất phát từ các số đếm. Tên gọi của một số ankan đầu dãy được giới thiệu trong bảng sau: Bảng 5: Tên gọi một số ankan đầu dãy Công thức Tên gọi Công thức Tên gọi CH4 Metan C6H14 Hexan C2H6 Etan C7H16 Heptan C3H8 Propan C8H18 Octan C4H10 Butan C9H20 Nonan C5H12 Pentan C10H22 Decan • Với ankan mạch nhánh: Tên gọi của một số ankan mạch nhá