Bài giảng hóa hữu cơ chương 1 các loại tác nhân phản ứng

KHÁI NIỆM VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG
1. Các kiểu gẫy liên kết hố học trong
q trình phản ứng
2. Các loại tác nhân phản ứng


KHÁI NIỆM VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG
1. Các kiểu gẫy liên kết hố học trong
q trình phản ứng
Phản ứng hố học của các hợp chất hữu cơ (còn gọi
là phản ứng hữu cơ, organic reaction) được căn cứ
vào sự biến đổi các liên kết trong phân tử ở mức độ
phá vỡ liên kết cũ và hình thành liên kết mới dưới tác
dụng của các điều kiện và tác nhân phản ứng.

Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Trong quá trình phản ứng thì liên kết cũ (A-B) bị bẻ gãy
và hình thành liên kết mới (A-C).


1. Các kiểu gãy liên kết hoá học trong quá trình phản ứng
Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'

Việc bẻ gẫy liên kết hố học có thể diễn ra
theo hai cách:
Phân cắt đồng ly: gãy liên kết A-B tạo thành hai gốc

tự do A , B

Sự đứt liên kết theo kiểu đồng ly thường là đứt liên kết cộng hóa trị đối xứng

Gốc tự do là tiểu phân trung gian, thường không bền và có
thời gian sống ngắn


1. Các kiểu gãy liên kết hoá học trong quá trình phản ứng

Việc bẻ gẫy liên kết hố học có thể diễn ra
theo hai cách:
Phân cắt đồng ly: gãy liên kết A-B tạo thành hai gốc tự do A , B

Phân cắt dị ly: gãy liên kết A-B tạo thành ion âm và
ion dương.

A

A

: B

: B

A+
−
A

+

−
B

+ B+

Sự đứt liên kết theo kiểu dị ly thường là đứt liên kết cộng hóa trị khơng đối xứng


2. Các loại tác nhân phản ứng
Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Sự phá vỡ liên kết cũ (A-B) và hình thành liên kết mới (A-C)
tạo sản phẩm phản ứng:

Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu đồng ly (1) thì để hình
thành liên kết mới C phải là tác nhân gốc tự do.

Tác nhân gốc tự do (R) là nguyên tử hay
nhóm nguyên tử trung hồ về điện và có
một electron lẻ (electron độc thân)
Ví dụ: Cl , Br , R …
Tác nhân gốc tự do tấn cơng vào vị trí có chỉ số hoá trị tự do cao nhất.


2. Các loại tác nhân phản ứng
Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (2) thì để hình thành
liên kết mới C phải là tác nhân dư electron (Tác nhân
nucleophil - tác nhân ái hạt nhân)

A

: B

A+ + B−

(2)

Tác nhân nucleophil (Nu-) là nguyên tử hay
nhóm nguyên tử mang điện tích âm (anion)
hoặc mang cặp electron không chia.
Tác nhân nucleophyl tấn công vào nơi tập trung điện tích (+) lớn nhất trong phân tử.


2. Các loại tác nhân phản ứng
Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (2) thì để hình thành liên kết mới C phải là tác nhân dư
electron (Tác nhân nucleophil - tác nhân ái hạt nhân)

A

: B

A+

+ B

−

(2)

Tác nhân nucleophil (Nu-) là nguyên tử hay nhóm ngun tử mang điện tích
âm hoặc mang cặp electron khơng chia.

Ví dụ: - Các anion: Cl-, C2H5O-, NH2-….
- Phân tử trung hịa có chứa cặp electron
khơng chia:
- Phân tử có chứa electron p linh động:


2. Các loại tác nhân phản ứng
Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (3) thì để hình thành
liên kết mới C phải là tác nhân thiếu electron (Tác nhân

electrophil - tác nhân ái điện tử)

A

: B

A − + B+

(3)

Tác nhân electrophil (E) là nguyên tử hay
nhóm ngun tử mang điện tích dương
(catioin) hoặc thiếu một cặp electron
không chia
Tác nhân electrophil tấn công vào nơi tập trung điện tích (-) lớn nhất
trong phân tử


2. Các loại tác nhân phản ứng

Xét phản ứng: A - B + C = A - C + B'
Nếu liên kết A-B gãy theo kiểu dị ly (3) thì để hình thành liên kết mới C phải là tác
nhân thiếu electron (Tác nhân electrophil - tác nhân ái điện tử)

A

: B

A− + B+

(3)

Tác nhân electrophil (E) là nguyên tử hay nhóm ngun tử mang
điện tích dương (catioin) hoặc thiếu một cặp electron khơng chia

Ví dụ: - Các ion dương hay cation: NO2+, CH3+,
SO3H+, H+…

- Phân tử có các nguyên tử còn chứa các
orbital trống: AlCl3, BF3, SO3,...
Nếu xác định được tác nhân phản ứng sẽ biết được phản ứng thuộc loại nào


NỘI DUNG CẦN NHỚ
VỀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG
1. Các kiểu gẫy liên kết hố học trong
q trình phản ứng:
- Phân cắt đồng ly
- Phân cắt dị ly
2. Các loại tác nhân phản ứng:

- Tác nhân gốc tự do (R)
- Tác nhân nucleophil (Nu-)
- Tác nhân electrophil (E)


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
1. Phân loại phản ứng hữu cơ
2. Cơ chế phản ứng hữu cơ


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

1. Phân loại phản ứng hữu cơ
Phân loại theo 3 cách:

1.Theo đặc điểm biến đổi liên kết;
2. Theo số phân tử tham gia vào giai đoạn quyết
định tốc độ phản ứng;

3. Theo hướng phản ứng.


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
❖ Theo đặc điểm biến đổi liên kết:
- Nếu gãy đồng ly: phản ứng đồng ly hay phản ứng gốc tự do.

- Nếu gãy dị ly: phản ứng dị ly hay phản ứng ion.
❖ Theo số phân tử tham gia vào giai đoạn quyết định tốc
độ phản ứng:
- Nếu có một phân tử tham gia: phản ứng đơn phân tử.

- Nếu có hai phân tử tham gia: phản ứng lưỡng phân tử.

- Nếu có nhiều phân tử tham gia: phản ứng đa phân tử.


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
❖ Phân loại phản ứng theo hướng của phản ứng.
- Phản ứng thế.
- Phản ứng cộng.
- Phản ứng tách loại.
- Phản ứng chuyển vị.
- Phản ứng oxy hóa-khử.


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
❖ Theo hướng phản ứng:
- Phản ứng thế (ký hiệu S; Subtitution): là phản ứng

trong đó một nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị thay thế
bởi một ngun tử hay nhóm ngun tử khác.
Ví dụ:
Phản ứng thế clo vào metan dưới tác dụng của ánh sáng

CH4 + Cl2
Metan

h

CH3

Cl + HCl

Metylclorua


1. Phân loại phản ứng hữu cơ

Tùy theo loại tác nhân thế mà chia thành:

+ Phản ứng thế electrophil (ký hiu SE)

R

X + Y+

R

Y + X+

Tác nhân
electrophil

+ Phn ng th nucleophil (ký hiệu SN)

R

X + Y− (hc Y: )

R

Y + X- (hoặc X: )

Tác nhân
nucleophil

+ Phn ng th gc t do (ký hiu SR)

R

X + Y.
Tác nhân
gốc tự do

.
R Y + X


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
- Phản ứng cộng (ký hiệu A; Addition): là phản ứng trong đó
hai hay nhiều phân tử kết hợp với nhau thành phân tử mới.
Ví dụ: Phản ứng cộng clo vào nối đơi của etylen

CH2

CH2 + Cl2

Etylen

Cl

CH2

CH2 Cl

1,2-Dicloetan

Tùy theo bản chất của tác nhân tấn công ở giai đoạn
quyết định của phản ứng mà chia thành:
+ Phản ứng cộng electrophil (ký hiệu AE)

+ Phản ứng cộng nucleophil (ký hiệu AN)
+ Phản ứng cộng gốc tự do (ký hiệu AR)


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
Phản ứng tách loại (ký hiệu E; Elimination): là

phản ứng trong đó hai nguyên tử hay nhóm
nguyên tử bị tách ra khỏi phân tử để tạo thành
liên kết bội.
Ví dụ: Phản ứng dehydrat hóa etanol ở 170oC
C – C
H

OH

H2SO4
1700C

C=C

+

HOH


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
- Phản ứng chuyển vị (Rearrangement): là phản
ứng trong đó có sự chuyển chỗ của một nguyên
tử hay nhóm nguyên tử nào đó trong phân tử.
A–B

A– B

R

R

Ví dụ: Phản ứng chuyển vị n-pentan thành iso-pentan

CH3 CH2

CH2 CH2 CH3

n-Pentan

xt
to

CH3 CH

CH3

CH2

CH3

iso-Pentan


1. Phân loại phản ứng hữu cơ
- Phản ứng oxy hóa-khử (Oxidation-Reduction

reaction). là phản ứng hữu cơ trong đó có sự thay
đổi số oxy hóa ở phân tử hợp chất hữu cơ.
Ví dụ:
- Phản ứng oxy hóa toluene:
-3

+7

C6H5CH3 + 2KMnO4
Toluen

to
H2SO4

+3
C6H5COOK

+4

+ 2MnO2 + KOH + H2O

Kalibenzoat

Cách tính số oxy hóa cho mỗi nguyên tử cũng tuân theo quy
tắc như đối với các hợp chất vô cơ.


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
2. Cơ chế phản ứng hữu cơ
Ví dụ phản ứng: CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
Phương trình phản ứng chỉ cho biết trạng thái đầu và cuối
của hệ, nhưng không cho biết quá trình phản ứng hố học
xảy ra như thế nào, nói cách khác phản ứng hoá học xảy ra
theo cơ chế nào?

Cơ chế phản ứng là con đường chi tiết
mà hệ chất đầu đi qua để tạo ra sản phẩm
Cơ chế phản ứng cho biết quá trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo
thành liên kết mới và toàn bộ trạng thái của hệ được hình
thành như thế nào trong quá trình phản ứng. Trong đó giai
đoạn có tốc độ chậm quan trọng nhất - sẽ quyết định tốc
độ và cơ chế phản ứng.


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
2. Cơ chế phản ứng hữu cơ
Cơ chế phản ứng cho biết quá trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo thành liên kết mới và tồn
bộ trạng thái của hệ được hình thành như thế nào trong q trình phản ứng

Có 2 loại cơ chế phản ứng:

1) Cơ chế xảy ra do sự gãy liên kết theo kiểu dị ly của
phân tử tham gia phn ng
R : X + Y (hoặc Y: )

Phân tử
tham gia
phản ứng

(2)

Tác nhân
phản ứng
nucleophil

Phân tử
tham gia
phản ứng

R :X

R : Y + X (hoặc X: )

+

Y+
Tác nhân
phản ứng

electrophil

R : Y + X+

(3)


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
2. Cơ chế phản ứng hữu cơ
Cơ chế phản ứng cho biết quá trình bẻ gãy liên kết cũ, tạo thành liên kết mới và tồn
bộ trạng thái của hệ được hình thành như thế nào trong q trình phản ứng

Có 2 loại cơ chế phản ứng:

1) Cơ chế xảy ra do sự gãy liên kết theo kiểu dị ly của
phân tử tham gia phn ng
Vớ d:

CH3: Cl + OH

Metyl clorua Tác nhân
(Chất phản øng) nucleophil

CH3 : OH + Cl−
Metanol
(S¶n phÈm)


KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
2. Cơ chế phản ứng hữu cơ

Có 2 loại cơ chế phản ứng:
1)

Cơ chế xảy ra do sự gãy liên kết theo kiểu dị ly của phân tử tham gia phản
ứng

2) Cơ chế xảy ra do sự gãy liên kết theo kiểu đồng ly
của phân tử tham gia phản ứng

.
R: X + Y

R

: Y + X.

(1)

Phân tử
Tác nhân
tham gia phản ứng
phản ứng gốc tự do

Ví dụ:

CH3: H +

.
Cl

.
CH

3

+ H :Cl


Để dễ xác định cơ chế và tùy theo loại bản chất của
tác nhân tấn công ở giai đoạn quyết định của phản
ứng mà chia thành:
+ Phản ứng thế electrophil (ký hiu SE)

R

X + Y+

R

Y + X+

Tác nhân
electrophil

+ Phn ng thế nucleophil (ký hiệu SN)

R

X + Y− (hc Y: )

R

Y + X- (hoặc X: )

Tác nhân
nucleophil

+ Phn ng th gc t do (ký hiu SR)

R

X + Y.
Tác nhân
gốc tự do

.
R Y + X