Câu hỏi lý thuyết hóa hữu cơ olympiavn

Câu hỏi lí thuyết
Hóa học Hữu cơ

OlympiaVN

Lời mở đầu

Thân chào quý độc giả.
Giai đoạn trước 2018, Tạp chí Olympiad Hóa học KEM (tiền thân là box Hóa
học OlympiaVN) có biên soạn một số chun đề Hóa học hữu cơ - từ chính các
câu hỏi được thảo luận trên diễn đàn hoặc bài tập do thành viên đề xuất - và
tổng hợp lại thành bộ sách Hóa học "Hữu cơ OlympiaVN".
Bộ sách này tuy có lượng kiến thức khá nhiều, nhưng lại có một số khiếm
khuyết tương đối quan trọng. Điểm đầu tiên là tài liệu chỉ mới dừng ở mức
"tổng hợp", chưa có sự sắp xếp về mặt nội dung và trình độ khó-dễ, gây ra
những khó khăn cho độc giả, đặc biệt là các bạn mới tiếp xúc với Hóa học hữu
cơ. Khiếm khuyết thứ hai là còn thiếu những phần kiến thức quan trọng (như
các chuyên đề hợp chất thiên nhiên) hoặc chưa bổ sung kiến thức mới (như ứng
dụng lí thuyết FMO).
Bởi vậy, trong năm 2019 này, đội ngũ biên tập viên của KEM đã nỗ lực để
hoàn thành bộ sách này - lấy tên là "Câu hỏi lí thuyết Hóa học Hữu cơ
OlympiaVN". Bên cạnh việc giữ lại những tinh túy của bộ sách "Hữu cơ
OlympiaVN" cũ (khoảng 20% các bài tập hay) thì KEM cịn bổ sung thêm rất
nhiều kiến thức mới, mà đa số được chọn lọc và sắp xếp lại từ các giáo trình,
bài giảng Hóa hữu cơ ở bậc Đại học hoặc tài liệu bồi dưỡng Olympiad của Nhật
Bản và các quốc gia khác. Tuy vẫn còn nhiều điểm hạn chế như sự thiếu thống
nhất về mặt danh pháp (sử dụng nhiều nguồn tài liệu khác nhau) và hình vẽ
chưa được trau chuốt, nhưng bộ sách này đã mang đến sự cải thiện rất lớn về
mặt nội dung lẫn bố cục - để giúp các bạn học sinh, sinh viên ngành Hóa đón
nhận kiến thức dễ dàng hơn.
Nhằm tránh sự trùng lặp nội dung với các bộ sách "50 chuyên đề Olympiad

Hóa học" và "Tự học Hóa" mà KEM đã biên soạn vào năm 2018, 2019 - trong
bộ sách này, KEM chỉ tập trung vào những vấn đề lớn mà các bộ sách trên cịn
thiếu, bao gồm 3 chủ đề chính:

- Cấu trúc hợp chất hữu cơ.
- Cơ chế phản ứng.
- Hợp chất tạp chức.
Nếu có vấn đề gì sai sót hoặc cần góp ý thêm cho KEM, độc giả vui lịng gửi
tới địa chỉ mail: Trân trọng cảm ơn!

1 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Các tài liệu tham khảo chính:
1) Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren (2012) Organic Chemistry,

2nd edition. ISBN: 9780199270293
2) Robert V. Hoffman (2004) Organic Chemistry: An Intermediate Text, 2nd

ddition. ISBN: 9780471450245
3) William Ogilvie, Nathan Ackroyd, Scott Browning, Ghislain

Deslongchamps, Felix Lee, Effie Sauer (2017) Organic Chemistry:
Mechanistic Patterns. ISBN: 9780176500269
4) David R. Klein (2016) Organic Chemistry, 3rd Edition. ISBN:
9781119110477
5) Hellwich, Karl-Heinz, Siebert, Carsten (2006) Stereochemistry – Workbook.
ISBN: 9783540329121
6) James M. Coxon and J.A. Gerrard (1997) Worked Solutions in Organic
Chemistry. ISBN: 9780751404227
7) Tài liệu của Hiệp hội Hóa học Tổng hợp Hữu cơ Nhật Bản. 有機合成化学

協会 (2015) 演習で学ぶ有機反応機構―大学院入試から最先端まで
8) Các bài tập và đề thi của các khóa học Chem 206 (GS. David Evans) và Chem
30 (GS. Andrew Myers) của khoa Hóa học và Hóa sinh, ĐH Harvard.
9) Đề thi Olympiad Hóa học Quốc gia và chọn đội tuyển đại diện Olympiad Hóa
học Thế giới (IChO) của Nhật Bản, Anh, Ấn Độ, Đức.

2 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Mục lục

Cấu Trúc Phân Tử Hợp Chất Hữu Cơ 4

Nhiệt Động Hóa Học Và Động Hóa Học 55

Cấu Dạng 74

Liên Hợp, Cộng Hưởng Và Tính Thơm 124

Tính Acid – Base 180

Tương Tác Orbital Biên (Fmo) 260

Hóa Lập Thể 275

Hoạt Tính Của Hợp Chất Hữu Cơ 314

Cơ Bản Về Cơ Chế Phản Ứng 356

Giải Thích Cơ Chế Phản Ứng 374

Giải Thích Cơ Chế Phản Ứng 2 447

Xác Định Cấu Trúc Hợp Chất & Hoàn Thành Sơ Đồ Phản Ứng 661

Luyện Tập Viết Cơ Chế Phản Ứng 881

Monosaccharide 971

Di-, Tri- Và Polysaccharide 1058

Glycoside 1099

Amino Acid 1143

Peptide 1178

Phụ Lục 1: Bảng Thuật Ngữ 1259

Phụ Lục 2: Các Phản Ứng Mang Tên Người 1290

3 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Cấu trúc phân tử
hợp chất hữu cơ

Bài 1
Vẽ cấu trúc Lewis của các phân tử sau:

4 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Hướng dẫn

5 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 2
Bổ sung các cặp electron chưa liên kết cho các nguyên tử phù hợp trong những
cấu trúc Lewis sau:
Hướng dẫn

6 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 3
Vẽ cấu trúc một số mạch hydrocarbon no với 7 nguyên tử carbon có: a) mạch
thẳng; b) mạch phân nhánh; c) mạch vòng.
Dựa vào các cấu trúc ở trên, hãy vẽ công thức cấu tạo của một số hợp chất có
chứa cả nhóm chức ketone và carboxylic acid.

Hướng dẫn
CẤU TRÚC MỘT SỐ MẠCH HYDROCARBON
Mạch thẳng:
Mạch phân nhánh:

Mạch vòng:

CẤU TRÚC MỘT SỐ KETO-CACBOXYLIC ACID:
Mạch thẳng:

Mạch phân nhánh:

Mạch vịng:

7 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 4
Chuyển các mô tả cấu trúc sau đây thành công thức cấu tạo trực quan hơn:
(a) C6H5CH(OH)(CH2)4COC2H5
(b) O(CH2CH2)2O
(c) (CH3O)2CH=CHCH(OCH3)2
Hướng dẫn

8 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 5
Ngoại trừ các nhóm alkyl, hãy chỉ rõ và gọi tên các nhóm chức trong các phân tử
sau:

9 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Hướng dẫn

10 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

11 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 6
a) Xác định các nhóm chức có mặt trong mỗi hợp chất dưới đây và chỉ rõ kích

thước vịng.
b) Xác định các nhóm chức trong hai phân tử sau:

12 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Hướng dẫn
a) Các nhóm chức trong hợp chất:
Kích thước vịng của amoxycillin: 6-4-5; Tamiflu: 6.
b)

13 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 7
Xác định các nhóm chức trong các phân tử sau:
Hướng dẫn

14 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 8
Đề xuất ít nhất 6 cơng thức cấu tạo khác nhau có cùng cơng thức phân tử C4H7NO.
Xác định các nhóm chức trong mỗi cơng thức này.
Hướng dẫn
Một số gợi ý

15 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 9
Vẽ các orbital biểu diễn sự tạo thành các hợp chất sau: ethylene, aliene, 1,3-
butadiene, nitromethane, acrylonitrile và hydrazine.
Hướng dẫn
Ethylene, CH2=CH2

Orbital 2s và 2 trong số các orbital p của mỗi nguyên tử carbon của ethylene tổ

hợp thành 3 orbital lai hóa sp2. Một orbital sp2 từ mỗi carbon xen phủ với nhau
tạo thành liên kết σ carbon-carbon; mỗi orbital sp2 còn lại xen phủ với orbital 1s
của nguyên tử hydrogen tạo thành các liên kết σ carbon-hydrogen. Orbital p cịn
lại của các ngun tử carbon vng góc (trực giao) với các liên kết σ và xen phủ
với nhau tạo thành liên kết π carbon-carbon. Hệ quả là ethylene là phân tử phẳng.
Allene, CH2=CH=CH2

Các nguyên tử carbon đầu mạch của allene tương tự như trong ethylene: lai hóa
sp2 và 1 orbital p khơng lai hóa. Ngun tử carbon trung tâm lai hóa sp và có 2
orbital p khơng lai hóa - chúng vng góc với nhau. Một orbital sp2 từ mỗi nguyên
tử carbon đầu mạch xen phủ với 1 orbital sp từ nguyên tử carbon trung tâm, tạo
thành 2 liên kết σ carbon-carbon. Các orbital p của các nguyên tử carbon đầu
mạch xen phủ với 2 orbital p của nguyên tử carbon trung tâm, tạo thành 2 liên kết
π (các liên kết này trực giao với nhau). Phân tử tạo thành có dạng hình học của
một tứ diện kéo dài. Dạng hình học này gây ra tính quang hoạt trong một số allene
có nhóm thế.

16 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

1,3-butadiene, CH2=CH-CH=CH2

Có 4 nguyên tử carbon lai hóa sp2, như ethylene. Có 2 orbital phân tử bị chiếm
biểu diễn 2 liên kết π (I và II ở trên). Sự xen phủ mở rộng trong orbital phân tử
có năng lượng thấp hơn (I) dẫn đến liên kết trung tâm từ C-2 đến C-3 có một phần
đặc tính của liên kết đơi (được thể hiện qua độ dài liên kết ngắn hơn liên kết σ
carbon-carbon “thông thường”, 0.146 nm so với 0.154 nm).
Nitromethane, CH3NO2

Nguyên tử nitrogen lai hóa sp2 và tạo thành 3 liên kết σ (1 liên kết carbon-nitrogen
và 2 liên kết nitrogen-oxygen) tương tự như mơ hình của các ngun tử carbon

trong ethylene. Orbital p còn lại xen phủ với các orbital p của mỗi nguyên tử
oxygen, tạo thành 2 orbital phân tử liên kết (I và II ở trên), mỗi orbital có 2
electron. Trong orbital phân tử có năng lượng thấp hơn (I), 2 electron này được
phân bố trên cả 3 nguyên tử, trong khi orbital phân tử có năng lượng cao hơn (II)
thì 2 electron chỉ định xứ trên các nguyên tử oxygen. Có thể được biểu diễn trực
quan bởi 2 dạng cấu trúc cộng hưởng cổ điển theo mơ hình liên kết cộng hóa trị
(VB). Do các cấu trúc này cùng biểu diễn phân tử nên chúng được vẽ trong các
dấu ngoặc vuông:

Acrylonitrile, CH2=CH-C≡N

17 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Liên kết đôi carbon-carbon của acrylonitrile gần như tương đồng với liên kết
trong ethylene. Carbon và nitrogen của nhóm nitrile đều lai hóa sp và các orbital
lai hóa xen phủ với nhau tạo thành một liên kết σ carbon-nitrogen. 2 orbital p còn
lại của mỗi nguyên tử xen phu tạo thành 2 liên kết π, hoàn thành liên kết ba
carbon-nitrogen.
Hydrazine, H2N-NH2

2 nguyên tử nitrogen trong hydrazine lai hóa sp3. 1 orbital sp3 từ mỗi nguyên tử
nitrogen xen phủ với nhau tạo thành liên kết σ nitrogen-nitrogen. 2 orbital sp3 từ
mỗi nguyên tử nitrogen xen phủ với orbital 1s từ hydrogen tạo thành các liên kết
σ nitrogen-hydrogen. Orbital sp3 còn lại của mỗi nitrogen chứa 1 cặp electron
chưa liên kết (lone pair), tương tác đẩy giữa các cặp lone pair này phần nào giải
thích cho sự kém bền của liên kết đơn nitrogen-nitrogen.

18 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN

Bài 10

1) Xác định trạng thái lai hóa và dạng hình học của mỗi nguyên tử carbon trong

các phân tử sau.

2) Vẽ cấu trúc các phân tử sau và dự đốn dạng hình học của chúng:
CO2, CH2=NCH3, CHF3, CH2=C=CH2, (CH2)2O
3) Vẽ cấu trúc các phân tử sau và dự đốn giá trị các góc liên kết trong đó: (a)

hydrogen peroxide, H2O2 (b) methyl isocyanate CH3NCO (c) hydrazine,
NH2NH2 (d) diimide, N2H2 (e) the azide anion, N3-
4) Vẽ cấu trúc các phân tử sau: (a) nước, (b) acetone (Me2C=O), và (c) nitrogen
(N2)
Hướng dẫn
1) tetrahedral = tứ diện; trigonal = tam giác; linear = thẳng.

2)

19 | Câu hỏi lí thuyết Hóa học hữu cơ OlympiaVN