Tài liệu học sinh giỏi Hóa học hữu cơ ii

Chương 20: Giới thiệu về hóa học các hợp chất carbonyl, hợp
chất cơ kim loại; phản ứng oxi hóa và phản ứng khử.
Phản ứng khử
[1] Phản ứng khử aldehyde và ketone thành alcohol bậc 1o và bậc 2o (20.4).

[2] Phản ứng aldehyde và ketone α,β khơng no (20.4C).

•
•
•

reduction of the C=O only (chỉ khử liên kết C=O).
reduction of the C=C only (chỉ khử liên kết C=C).
reduction of both π bonds (khử cả hai liên kết π).

[3] Phản ứng khử chọn lọc đối quang của ketone (20.6)


•

A single enantiomer is formed (Chỉ một đồng phân đối quang được tạo thành).

[4] Phản ứng khử của acid chlorides (20.7A)

•
•

LiAlH4, a strong reducing agent,reduces an acid chloride to a 1° alcohol (LiAlH4, một chất
khử mạnh, khử một acid chloride thành một alcohol bậc 1°).
With LiAlH[OC(CH3)3]3, a milder reducing agent, reduction stops at the aldehyde stage
(Với LiAlH[OC(CH3)3]3, một chất khử trung bình, phản ứng khử dừng tại bước tạo

aldehyde).

[5] Phản ứng khử của esters (20.7A).

•

LiAlH4, a strong reducing agent, reduces an ester to a 1° alcohol (LiAlH4, một chất khử
mạnh, khử một ester thành một alcohol bậc 1°).


With DIBAL-H, a milder reducing agent, reduction stops at the aldehyde stage (Với
DIBAL-H, một chất khử trung bình, phản ứng khử dừng tại bước tạo aldehyde).
[6] Reduction of carboxylic acids to 1° alcohols – Phản ứng khử acid carboxylic tạo alcohol bậc
1o (20.7B).
•

[7] Reduction of amides to amines – Phản ứng khử amide thành amine (20.7B).

Oxidation Reactions
Oxidation of aldehydes to carboxylic acids – Oxi hóa aldehyde thành acid carboxylic (20.8)

•

All Cr6+ reagents except PCC oxidize RCHO to RCOOH (Toàn bộ các chất phản ứng Cr6+
trừ PCC oxi hóa RCHO thành RCOOH)

•

Tollens reagent (Ag2O + NH4OH) oxidizes RCHO only. Primary (1°) and 2° alcohols do not
react with Tollens reagent (Cơ chất Tollens (Ag2O + NH4OH) chỉ oxi hóa RCHO. Alcohol

bậc 1o và bậc 2o không phản ứng với cơ chất Tollens).

Preparation of Organometallic Reagents – Điều chế hợp chất cơ kim loại
(20.9).
[1] Hợp chất cơ Lithi:

[2] Hợp chất cơ Grinard:


[3] Hợp chất cơ đồng cuprate:

[4] Lithium and sodium acetylides (Lithi và natri acetylides):

Reactions with Organometallic Reagents (Phản ứng với hợp chất cơ kim
loại).
[1] Reaction as a base – Phản ứng như một bazơ (20.9C)

•

This acid–base reaction occurs with H2O, ROH, RNH2, R2NH, RSH, RCOOH, RCONH2, and
RCONHR (Phản ứng acid-base xảy ra với H2O, ROH, RNH2, R2NH, RSH, RCOOH, RCONH2,
and RCONHR).

[2] Reaction with aldehydes and ketones to form 1°, 2°, and 3° alcohols – Phản với aldehyde và
ketone tạo alcohol bậc 1°, 2°, và 3° (20.10).


[3] Reaction with esters to form 3° alcohols – Phản ứng với ester tạo alcohol bậc 3o (20.13A).

[4] Reaction with acid chlorides – Phản ứng với acid chloride (20.13B).

•

Thuốc thử cơ kim hoạt động hơn — R''Li và R''MgX — thêm hai đương lượng của R ''
vào một clorua axit để tạo thành rượu 3 ° có hai nhóm R '' giống nhau.

•

Thuốc thử cơ kim ít hoạt động hơn - R'2CuLi - chỉ thêm một đương lượng của R 'vào
clorua axit để tạo xeton.

[5] Reaction with carbon dioxide—Carboxylation _ Phản ứng với carbon dioxide tạo – Sự
carboxyl hóa (20.14A).


[6] Reaction with epoxides – Phản ứng với epoxides (20.14B).

[7] Reaction with α,β-unsaturated aldehydes and ketones – Phản ứng với aldehydes và ketones
α,β khơng no (20.15B).

•

Hợp chất cơ kim hoạt động mạnh hơn-R’Li và R’MgX phản ứng với aldehydes và ketones
α,β khơng no bằng cách cộng hợp 1,2.

•

Hợp chất cơ kim hoạt động yếu hơn-R’2CuLi và R’MgX phản ứng với aldehydes và
ketones α,β không no bằng cách cộng hợp 1,2.

Protecting Groups – Bảo vệ nhóm chức (20.12).
[1] Protecting an alcohol as a tert-butyldimethylsilyl ether (Bảo vệ một alcohol bằng cách
chuyển hóa nó thành một tert-butyldimethylsilyl ether).


[2] Deprotecting a tert-butyldimethylsilyl ether to re-form an alcohol (Phá bảo vệ nhóm chức tái
tạo nhóm chức alcohol).


Chapter 21. Aldehydes and Ketones—
Nucleophilic Addition.
Chương 21. Aldehydes và Ketones-Phản
ứng cộng nucleophiles.
General Facts.
• Aldehydes and ketones contain a carbonyl group bonded to only H
atoms or R groups. The carbonyl carbon is sp2 hybridized and trigonal
planar (21.1) – Aldehydes và ketones chứa một nhóm carbonyl chỉ
liên kết với nguyên tử H hoặc nhóm R (alkyl hoặc aryl). Carbon
carbonyl lai hóa sp2 và hình học phân tử là tam giác phẳng.
• Aldehydes are identified by the suffix -al, whereas ketones are
identified by the suffix -one (21.2) - Aldehydes được định danh bởi
hậu tố -al, trong khi ketones được định danh bởi hậu tố -one.
• Aldehydes and ketones are polar compounds that exhibit dipole dipole interactions (21.3) – Aldehydes và ketones là những hợp chất
phân cực, tồn tại tương tác lưỡng cực – lưỡng cực giữa chúng.

Summary of Spectroscopic Absorptions of RCHO and
R2CO – Tóm tắt về phổ hấp thụ của RCHO và R2CO
(21.4).

IR absorptions – Phổ hồng ngoại IR

+ C=O:


• ~1715 cm–1 for ketones (increasing frequency with decreasing ring
size) - ~1715 cm–1 đối với ketones (tần số tăng khi giảm kích thước
vịng).
• ~1730 cm–1 for aldehydes - ~1730 cm–1 với aldehydes.
• For both RCHO and R2CO, the frequency decreases with conjugation
– Cả RCHO và R2CO, tần số giảm khi xuất hiện liên hợp.

+ Csp2–H of CHO (Csp2–H của CHO): ~2700–2830 cm–1 (one or two peaks –
một hoặc hai đỉnh hấp thụ).

1

H NMR absorptions – Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR.

+ CHO: 9–10 ppm (highly deshielded proton)
+ C – Hα to C=O: 2–2.5 ppm (somewhat deshielded Csp3 – H)

13

C NMR absorption – Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C NMR.

C=O: 190–215 ppm.

Nucleophilic Addition Reactions – Phản ứng cộng
nuclephiles.
[1] Addition of hydride (H–) – Cộng hiđrua (H-) (21.8)

• The mechanism has two steps – Cơ chế 2 bước.


• H:– adds to the planar C=O from both sides – H:- cộng vào mặt phẳng
liên kết C=O theo cả hai phía.
[2] Addition of organometallic reagents (R–) – Cộng hợp chất cơ kim (21.8).

• The mechanism has two steps – Cơ chế 2 bước.
• (R”):– adds to the planar C=O from both sides – (R”):- cộng vào mặt
phẳng liên kết C=O theo cả hai phía.
[3] Addition of cyanide (–CN) – Cộng cyanide (21.9)

• The mechanism has two steps – Cơ chế 2 bước.
• :CN– adds to the planar C=O from both sides – :CN- cộng vào mặt
phẳng liên kết C=O theo cả hai phía.
[4] Wittig reaction – Phản ứng Wittig (21.10)


• The reaction forms a new C – C σ bond and a new C – C π bond –
Phản ứng hình thành một liên kết σ C – C mới và một liên kết π C-C
mới.
• Ph3P=O is formed as by-product - Ph3P=O là sản phẩm đi kèm.
[5] Addition of 1° amines – Cộng amine bậc 1o (21.11)

• The reaction is fastest at pH 4–5 (Phản ứng xảy ra nhanh nhất tại pH
4-5).
• The intermediate carbinolamine is unstable, and loses H2O to form
the C=N (Trạng thái trung gian carbinolamine không bền, mất nước
tạo liên kết C=N.
[6] Addition of 2° amines – Cộng amine bậc 2o (21.12)

• The reaction is fastest at pH 4–5 (Phản ứng xảy ra nhanh nhất tại pH
4-5).
• The intermediate carbinolamine is unstable, and loses H2O to form
the C=C (Trạng thái trung gian carbinolamine không bền, mất nước
tạo liên kết C=C).
[7] Addition of H2O—Hydration – Cộng nước – Hydrat hóa (21.13)


• The reaction is reversible. Equilibrium favors the product only with
less stable carbonyl compounds (e.g., H2CO and Cl3CCHO). – Phản
ứng này là một cân bằng thuận nghịch. Cân bằng chuyển dịch về
chiều tạo ra sản phẩm khi hợp chất carbonyl khơng bên (ví dụ, H2CO
and Cl3CCHO).
• The reaction is catalyzed by either H+ or –OH (Phản ứng được xúc bởi
H+ or –OH).
[8] Addition of alcohols – Cộng alcohols (21.14)

• The reaction is reversible (Phản ứng này là một cân bằng thuận
nghịch)
• The reaction is catalyzed by acid (Phản ứng này xúc tác bởi acid).
• Removal of H2O drives the equilibrium to favor the products (Loại
nước cân bằng sẽ thuận lợi cho việc tạo sản phẩm).

Other Reactions – Các phản ứng khác.
[1] Synthesis of Wittig reagents – Tổng hợp chất phản ứng Wittig (21.10A)


• Step [1] is best with CH3X and RCH2X because the reaction follows an
SN2 mechanism – Bước [1] tốt nhất với CH3X và RCH2X vì phản ứng

này theo cơ chế SN2.
• A strong base is needed for proton removal in Step [2] – Một base
cần được sử dụng trong bước 2 để loại proton.
[2] Conversion of cyanohydrins to aldehydes and ketones – Chuyển hóa
cyanohydrins thành aldehydes và ketones (21.9)

• This reaction is the reverse of cyanohydrin formation – Đây là phản
ứng nghịch đảo của phản ứng tạo cyanohydrin.
[3] Hydrolysis of nitriles – Phản ứng thủy phân nitriles (21.9)

[4] Hydrolysis of imines and enamines – Phản ứng thủy phân imines và
enamines (21.12)


[5] Hydrolysis of acetals – Phản ứng thủy phân acetals (21.14)

• The reaction is acid catalyzed and is the reverse of acetal synthesis –
Phản ứng là một phản ứng xúc tác acid và là phản ứng nghịch đảo
của phản ứng tổng hợp acetal.
• A large excess of H2O drives the equilibrium to favor the products –
Thêm dư nước cân bằng sẽ thuận lợi chiều tạo sản phẩm.


22. Carboxylic Acids and Their
Derivatives—Nucleophilic Acyl
Substitution.
22. Acid Carboxylic và dẫn xuất – Phản
ứng thế Acyl Nucleophiles.
Summary of Spectroscopic Absorptions of RCOZ (22.5) –
Tóm tắt về phổ hấp phụ của RCOZ.

IR absorptions – Phổ hấp thụ hồng ngoại (IR).
• All RCOZ compounds have a C=O absorption in the region 1600–
1850 cm–1 - Tồn bộ các hợp chất RCOZ có liên kết C=O hấp phụ
trong vùng 1600–1850 cm–1.
o RCOCl: 1800 cm–1
o (RCO)2O: 1820 and 1760 cm–1 (two peaks – 2 píc)
o RCOOR': 1735–1745 cm–1
o RCONR'2: 1630–1680 cm–1
• Additional amide absorptions occur at 3200–3400 cm–1 (N – H stretch
(dao động hóa trị)) and 1640 cm–1 (N – H bending (dao động biến
dạng)) – Thêm nữa hấp phụ amide xảy ra tại 3200–3400 cm–1
• Decreasing the ring size of a cyclic lactone, lactam, or anhydride
increases the frequency of the C = O absorption – Giảm kích thước
vịng lactone, lactam, anhydride thì tần số của hấp thụ C = O tăng.
• Conjugation shifts the C = O to lower wavenumber. – Liên hợp thay
đổi hấp thụ C = O thành số sóng thấp


1

H NMR absorptions – Phổ 1H NMR.
• C – Hα to the C = O absorbs at 2–2.5 ppm (C – Hα đối với liên kết C=O
hấp phụ tại 2–2.5 ppm)
• N – H of an amide absorbs at 7.5–8.5 ppm (N – H của một amide hấp
phụ tại 7.5–8.5 ppm)

13

C NMR absorption
• C = O absorbs at 160–180 ppm (C = O hấp thụ tại 160 – 180 ppm).

Summary of Spectroscopic Absorptions of RCN (22.5)
IR absorption
• C Ξ N absorbs at ~2250 cm–1. (C Ξ N hấp thụ tại ~ 2250 cm-1).
13

C NMR absorption
• C Ξ N absorbs at 115–120 ppm. (C Ξ N hấp thụ tại 115-120 ppm).

Summary: The Relationship between the Basicity of Z– and
the Properties of RCOZ – Tóm lược: Mối qua hệ giữa tính
base của Z– và tính chất của RCOZ.


Increasing basicity of the leaving group (22.2) – Tăng tính base của
nhóm tách loại.
Increasing resonance stabilization (22.2) – Tăng bề hóa của cộng
hưởng.
Increasing leaving group ability (22.7B) – Tăng khả năng tách loại
Increasing reactivity (22.7B) – Tăng khả năng phản ứng
Increasing frequency of the C–O absorption in the IR (22.5) – Tăng tần
số của hấp phụ C-O.

General Features of Nucleophilic Acyl Substitution
• The characteristic reaction of compounds having the general
structure RCOZ is nucleophilic acyl substitution (22.1) – Đặc trưng của
phản ứng của các phản ứng có cấu trúc chung là RCOZ là phản ứng
thế acyl nucleophiles.
• The mechanism consists of two steps (22.7A) – Cơ chế gồm 2 bước:
[1] Addition of a nucleophile to form a tetrahedral intermediate –

Nucleophile được cộng vào để tạo trạng thái trung gian tứ diện


[2] Elimination of a leaving group – Tách nhóm đi ra.
• More reactive acyl compounds can be used to prepare less reactive
acyl compounds. The reverse is not necessarily true (22.7B). – Các hợp
chất acyl phản ứng có thể được sử dụng để điều chế các hợp chất
acyl ít phản ứng. Điều ngược lại không phải lúc nào cũng đúng.

Nucleophilic Acyl Substitution Reactions.
[1] Reactions that produce acid chlorides (RCOCl) – Phản ứng tổng hợp acid
chlorides.
From RCOOH (22.10A) – Từ RCOOH:

[2] Reactions that produce anhydrides [(RCO)2O] – Phản ứng tổng hợp
anhydride.
a. From RCOCl (22.8) – Từ RCOCl:

b. From dicarboxylic acids (22.10B) – Từ acid dicarboxylic:


[3] Reactions that produce carboxylic acids (RCOOH) – Phản ứng tổng hợp
acid carboxylic.
a. From RCOCl (22.8) – Từ RCOCl:

b. From (RCO)2O (22.9):

[4] Reactions that produce esters (RCOOR') – Phản ứng tổng hợp esters
(RCOOR’).

[5] Reactions that produce amides (RCONH2) [The reactions are written with
NH3 as nucleophile to form RCONH2. Similar reactions occur with R'NH2 to
form RCONHR', and with R'2NH to form RCONR'2.] – Phản ứng tổng hợp
amides (RCONH2) [Các phản ứng được viết với NH3 là nucleophile để tạo
thành RCONH2. Các phản ứng tương tự vơi s R’NH2 tạo RCONHR’, và vơi
R’2NH tạo RCOR’2].

Nitrile Synthesis (22.18)
Nitriles are prepared by SN2 substitution using unhindered alkyl halides as
starting materials – Nitrile được điều chế bằng phản ứng thế SN2 với alkyl
halogen không bị án ngũ không gian như là chất đầu phản ứng.

Reactions of Nitriles – Phản ứng nitriles.
[1] Hydrolysis (22.18A) – Thủy phân.


[2] Reduction (22.18B) – Phản ứng khử.

[3] Reaction with organometallic reagents (22.18C) – Phản ứng với hợp chất
cơ kim.


23. Substitution Reactions of Carbonyl
Compounds at the α Carbon
23. Phản ứng thế của hợp chất carbonyl tại
α Carbon
Kinetic Versus Thermodynamic Enolates (23.4) – So sánh
giữa enolates động học với enolates nhiệt động học.

Kinetic enolate – enolate động học
• The less substituted enolate – Enolate ít nhóm thế hơn.
• Favored by strong base, polar aprotic solvent, low temperature: LDA, THF,
–78 °C – Thuận lợi bởi base mạnh, dung môi phân cực không cho proton,
nhiệt độ thấp: LDA, THF, –78 °C.
Thermodynamic enolate – Enolate nhiệt động học
• The more substituted enolate – Enolate nhiều nhóm thế hơn.
• Favored by strong base, protic solvent, higher temperature: NaOCH2CH3,
CH3CH2OH, room temperature - Thuận lợi bởi base mạnh, dung môi cho
proton, nhiệt độ cao hơn: NaOCH2CH3, CH3CH2OH, nhiệt độ phòng.

Halogenation at the α Carbon – Halogen hóa tại Carbon α.


[1] Halogenation in acid (23.7A) – Halogen hóa trong mơi trường acid.

• The reaction occurs via enol intermediates. – Phản ứng xảy ra thơng qua
enol trung gian.
• Monosubstitution of X for H occurs on the α carbon. – Thế đơn (thế
mono) của X thay H xảy ra tại carbon α.
[2] Halogenation in base (23.7B) – Halogen hóa trong mơi trường base.

• The reaction occurs via enolate intermediates. – Phản ứng xảy ra thơng
qua enolate trung gian.
• Polysubstitution of X for H occurs on the α carbon – Thế poly của X thay
H xảy ra trên α carbon.
[3] Halogenation of methyl ketones in base—The haloform reaction (23.7B)
– Phản ứng halogen hóa của methyl ketone trong môi trường base – Phản
ứng haloform.

• The reaction occurs with methyl ketones and results in cleavage of a
carbon–carbon σ bond. – Phản ứng xảy ra với methyl ketones và kết quả là
cắt một liên kết σ carbon–carbon.

Reactions of α - Halo Carbonyl Compounds (23.7C) –
Phản ứng của các hợp chất α – Halo carbonyl.
[1] Elimination to form α,β-unsaturated carbonyl compounds – Phản ứng
tách để hình thành các hợp chất α,β-carbonyl khơng no.

• Elimination of the elements of Br and H forms a new π bond, giving an
α,β-unsaturated carbonyl compound – Phản ứng tách các nguyên tố H và
Br hình thành liên kết π mới, cho hợp chất α,β-carbonyl không no.
[2] Nucleophilic substitution – Phản ứng thế nucleophile.

• The reaction follows an SN2 mechanism, generating an α-substituted
carbonyl compound. – Phản ứng chạy cơ chế SN2, tạo ra hợp chất carbonyl
thế α.


Alkylation Reactions at the α Carbon – Alkyl hóa tại carbon
α.
[1] Direct alkylation at the α carbon (23.8) – Akyl hóa trực tiếp tại carbon α.

• The reaction forms a new C–C bond to the α carbon. – Phản ứng hình
thành liên kết C-C mới tại carbon α.
• LDA is a common base used to form an intermediate enolate. – LDA là
base thường được sử dụng để hình thành enolate trung gian.
• The alkylation in Step [2] follows an SN2 mechanism. – Alkyl hóa trong
bước [2] theo cơ chế SN2.

[2] Malonic ester synthesis (23.9) – Tổng hợp malonic ester.

• The reaction is used to prepare carboxylic acids with one or two alkyl
groups on the α carbon. – Phản ứng này được sử dụng để điều chế acids
carboxylic với một hoặc hai nhóm alkyl trên ngun tử carbon α.
• The alkylation in Step [2] follows an SN2 mechanism. – Alkyl hóa trong
bước [2] theo cơ chế SN2.