Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 31: Phản ứng hữu cơ (Bản hay)

Bài 31 (1 tiết) Phản ứng hữu cơ I - Phân loại phản ứng hữu cơ Dựa vào sự biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ khi tham gia phản ứng người ta phân phản ứng hữu cơ thành các loại sau đây. H3C-H + Cl-Cl H3C-Cl + HCl (1) H3C-OH + H-Br đ H3C-Br + HOH (2) HCºCH + 2H2 H3C - CH3 (3) H2C=CH2 + H2O (4) CH4 C + 2 H2 (5) C4H10 + 5F2 4C + 10HF (6) C6H12 + 9O2 6CO2 + 6H2O (7) Một hoặc một nhóm nguyên tử ở phân tử hữu cơ bị thế bởi một hoặc một nhóm nguyên tử khác. 2. Phản ứng cộng Phân tử hữu cơ kết hợp thêm với các nguyên tử hoặc phân tử khác. 3. Phản ứng tách Một vài nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử bị tách ra khỏi phân tử. Ngoài ra còn có phản ứng phân hủy: Phân tử hợp chất hữu cơ bị phá hủy hoàn toàn thành các nguyên tử hoặc các phân tử nhỏ. 1. Phản ứng thế BS: Có nhiều cách phân loại phản ứng hữu cơ [6]. Nếu lấy tiêu chí là sự biến đổi số oxi hóa ở phân tử hợp chất hữu cơ thì có 3 loại: Phản ứng oxi hóa hợp chất hữu cơ (tổng số oxi hóa của phân tử hữu cơ tăng); Phản ứng khử hợp chất hữu cơ (tổng số oxi hóa của phân tử hữu cơ giảm); Phản ứng không oxi hóa-khử hợp chất hữu cơ (tổng số oxi hóa của phân tử hữu cơ không đổi). Nếu lấy tiêu chí là sự biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ khi phản ứng, tức là so sánh sản phẩm thu được với phân tử hữu cơ băn đầu thì có 6 loại: Phản ứng thế; Phản ứng cộng; Phản ứng tách; Phản ứng phân hủy; Phản ứng ngưng tụ; Phản ứng đồng phân hóa. Trong phản ứng ngưng tụ, 2 hay nhiều phân tử tương tác với nhau tạo ra 1 phân tư lớn hơn đồng thời giả phóng ra một vài phân tử nhỏ. Thí dụ: C2H5OH + C2H5OH C2H5O C2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O CH3CHO + CH3CO CH3 CH3CH= CHCOCH3 + H2O Phản ứng đồng phân hoá là phản ứng trong đó xảy ra sự thay đổi vị trí các liên kết, hoặc vị trí các nhóm nguyên tử trong phân tử mà không làm thay đổi công thức phân tử. Thí dụ : Mỗi loại phản ứng trên lại được phân theo cơ chế phản ứng, ... Trong bài học ta chỉ xét 4 loại phản ứng hay gặp nhất ở phổ thông. II - Các kiểu phân cắt liên kết cộng hoá trị • Gốc tự do mà electron độc thân ở nguyên tử cacbon gọi là gốc cacbo tự do. • Gốc tự do thường được hình thành nhờ ánh sáng, nhiệt hoặc gốc tự do khác. MoPo-4. , File xx 2. Phân cắt dị li • Cation mà điện tích dương ở nguyên tử cacbon được gọi là cacbocation. • Cacbocation thường được hình thành do tác dụng của dung môi phân cực. MoPo-4. 1. Phân cắt đồng li 3. Đặc tính chung của gốc cacbo tự do và cacbocation Gốc cacbo tự do (kí hiệu là R. ), cacbocation (kí hiệu là R+ ) đều rất không bền, thời gian tồn tại rất ngắn, khả năng phản ứng cao. Chúng được sinh ra trong hỗn hợp phản ứng và chuyển hoá ngay thành các phân tử bền hơn, nên được gọi là các tiểu phân trung gian. GT: Cơ chế phản ứng là một trong những mảng quan trọng và lí thú của hóa học hữu cơ. Tuy nhiên nó là khó đối với HSPT vì vậy SGK chỉ đưa ra một vài nét sơ đẳng nhất. GV có thể đọc thêm ở tài liệu [2]. BS: Chiều diễn biến của phản ứng hữu cơ (thuận hay nghịch) Tiêu chuẩn để xét chiều diễn biến của một phản ứng hoá học ở nhiệt độ và áp suất đã cho là biến thiên năng lượng tự do (năng lượng Gip) DG tính theo biểu thức : DG = DH - TDS ở đây, DH là entanpi của phản ứng ; DS : biến thiên entropi ; T : nhiệt độ tuyệt đối. Đại lượng DH thể hiện chủ yếu xu hướng tương tác của các nguyên tử các phân tử hướng tới những phân tử mới có năng lượng (thế năng) thấp hơn. Đại lượng DS (biến thiên entropi) thể hiện cho một quy luật khác của tự nhiên là mọi vật luôn có xu hướng tiến tới phân bố hỗn loạn. Entropi (S) chính là thước đo mức độ hỗn loạn của một hệ : khi chuyển từ hệ trật tự sang hệ kém trật tự hơn (hỗn loạn hơn) hơn thì DS > 0. Như vậy, những phản ứng làm tăng thể tích thì có DS > 0 ; những phản ứng tách, phản ứng phân huỷ có DS > 0, còn phản ứng cộng hợp thì ngược lại, có DS < 0 ; đối với cùng một chất DSrắn < DSlỏng < DSkhí. Chiều diễn biến của phản ứng phụ thuộc vào dấu của DG. Nếu DG 0 thì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. Còn nếu DG = 0 thì phản ứng ở vào trạng thái cân bằng. Lấy thí dụ phản ứng sau: CH4 + H2O đ CO + 3H2 ở điều kiện thường, metan không phản ứng với nước vì DG > 0 (DH và DS đều > 0). Nhưng ở 1200 oC, do TDS lớn nên DG < 0, phản ứng trên xảy ra. Người ta dùng nó để sản xuất CO và H2. Hướng của phản ứng hữu cơ xem bổ sung ở bài 41. Christopher Kelk Ingold (1893– 1970) Nhà hoá học Anh, người đặt nền móng cho nghiên cứu cơ chế phản ứng. ĐT GV yêu cầu HS xem xét từng nhóm phản ứng (chẳng hạn,1 và 2) tập trung chú ý vào sự biến đổi của phân tử hữu cơ sau phản ứng so với trước phản ứng. H: a. Sau phản ứng phân tử CH4 và phân tử CH3OH bị biến đổi như thế nào so với trước phản ứng ? b. Phản ứng thế trong hóa hữu cơ khác với trong hóa vô cơ như thế nào ? c. Phản ứng phân hủy khác phản ứng tách như thế nào ? d. Phản phân hủy trong hóa hữu cơ khác với trong hóa vô cơ như thế nào ? e. Dựa trên cơ sở nào mà người ta phân loại phản ứng hữu cơ như trong bài học ? TL: e. Dựa vào "sự biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ khi tham gia phản ứng". GT: ở mức độ phổ thông, không nhất thiết phải đưa khái niệm "phản ứng ngưng tụ" vì phản ứng "ete hóa" và este hóa có thể tạm xếp vào loại phản ứng thế. Thế nhưng nếu thiếu khái niệm "phản ứng phân hủy" thì sẽ rất phiến diện vì sẽ không thể xếp hàng loạt phản ứng (như 5, 6, 7) vào 3 loại thế, cộng hay tách được. GY GV yêu cầu HS xem xét lần lượt mục 1 (phản ứng đồng li), 2 (phản ứng dị li) và đàm thoại với HS. Cần chú ý hướng dẫn HS khi viét công thức Liuyt cần chú ý viết đủ các electron hóa trị (có tài liệu gọi là công thức electron). Điều này rất có lợi cho việc hiểu biết về tính chất của các chất. ĐT H: a. Sự phân cắt liên kết Cl-Cl, C-H, C-C ở 3 phản ứng (trong cột bên trái) có gì giống nhau ? b. Gốc tự do thường được tạo thành do những tác nhân nào ? c. Cốc metyl và nhóm metyl giống và khác nhau như thế nào ? TL: a. Đôi electron dùng chung được chia đều cho hai nguyên tử liên kết tạo ra các tiểu phân mang electron độc thân. b. ánh sáng (phản ứng thứ nhất), nhiệt (phản ứng thứ ba) và gốc tự do khác (phản ứng thứ hai). c. Giống nhau: cùng thành phần CH3. Khác nhau: Gốc .CH3 là một tiểu phân tức là một hạt vất chất tồn tại độc lập, dấu chấm chỉ 1 electron độc thân; Nhóm -CH3 khi đứng riêng không có những điểm như trên mà chỉ là cách viết thu gọn của 3 nguyên tử H liên kết với 1 nguyên tử C, gạch ngang ở nhóm metyl không phải là 1 cặp electron mà chỉ để tượng trưng cho một hóa trị chưa được bão hòa. ĐT H: a. Sự phân cắt liên kết H-Cl, C-Br ở 2 phản ứng (trong cột bênphải) có gì giống nhau ? b. Cacbocation thường được tạo thành do những tác nhân nào ? c. Cacbocation giống và khác cation kim loại như thế nào ? TL: a. Nguyên tử có độ âm điện lớn hơn chiếm cả cặp electron dùng chung trở thành anion còn nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn bị mất một electron trở thành cation. b. Dung môi phân cực. c. Giống nhau: Cùng mang điện tích dương; Khác nhau: Cation kim loại là những tiểu phân bền, có ở chất đầu, chất trung gian và sản phẩm phản ứng. Cacbocation rất không bền, chỉ là tiểu phân trung gian trong phản ứng hóa học. SĐ S: Phản ứng: H3C-OH + H-Br đ H3C-Br + HOH (a) là phản ứng trao đổi, không phải phản ứng thế. Đ: Sự phân loại phản ứng hữu cơ và phản ứng vô cơ có nhiều điểm chung nhưng cũng có những điểm riêng. Đối với phản ứng vô cơ, người ta phải dựa vào sự biến đổi phân tử của cả 2 chất tham gia phản ứng, thí dụ: NaOH + HBr đ NaBr + HOH (b) căn cứ vào sự thay đổi phân tử 2 chất đầu, người ta gọi đó là phản ứng trao đổi. Về hình thức thì phản ứng (a) hoàn toàn giống phản ứng (b). Tuy nhiên tiêu điểm để phân loại phản ứng hữu cơ chỉ hướng vào phân tử hợp chất hữu cơ, do đó phản ứng (a) được gọi là phản ứng thế.