Hóa Học Hữu Cơ - Chương 1 pdf

1
Hóa

HọcHữuCơ
TS Phan

Thanh

SơnNam
Bộ

môn

Kỹ

ThuậtHữuCơ
Khoa

Kỹ

ThuậtHóaHọc
Trường

ĐạiHọc

Bách

Khoa

TP. HCM
Điệnthoại: 8647256 ext. 5681

Email:
2
Tài

liệuthamkhảo
[1] Paula Y. Bruice, ‘Organic chemistry’,

fifth edition, Pearson
Prentice Hall, 2007
[2] Graham T.W. Solomons, Craig B. Fryhle, ‘Organic chemistry’,

eighth edition, John Wiley & Sons, 2004
[3] Francis A. Carey, ‘Organic chemistry’, fifth edition, McGraw-

Hill, 2003
[4] Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, ‘Oragnic

chemistry’,

sixth
edition, Prentice Hall, 1992
[5] TrầnThị

Việt

Hoa, Phan

Thanh

SơnNam, ‘Hóa

hữucơ’,

NXB
ĐạiHọcQuốc

Gia

–

HCM, 2007
[6] TrầnThị

ViệtHoa, TrầnVănThạnh, ‘Bài

tậphoáhữucơ’, NXB
ĐạiHọcQuốc

Gia

–

HCM, 2004
[8] Thái

Doãn

Tĩnh, ‘Cơ

sở

lý

thuyết

hoá

hữucơ’,

NXB Khoa

Học

Kỹ

Thuật, 2000
[9] TrầnQuốcSơn, ‘Cơ

sở

lý

thuyếthóahữucơ’,

NXB Giáo

Dục,
1979
3
NỘI DUNG CHÍNH

• Đồng

phân

củahợpchấthữucơ
• Hiệu

ứng

trong

hợpchấthữucơ
• Cơ

chế

các

phản

ứng

củahợpchấthữucơ
• Alkane
• Alkene
• Alkyne
• Alkadiene
• Hợpchất

hydrocarbon thơm

• Dẫn xuất halogen
• Alcohol –

Phenol
• Aldehyde –

Ketone
• Carboxylic acid
• Amine

–

Hợpchấtdiazonium
4
Chương 1:

ĐỒNG PHÂN
• Đồng

phân: những

hợpchấthữucơ

có

công

thức

phân

tử

giống

nhau, công

thức

cấutạokhácnhauÆ tính chất hóa học, vật
lý, sinh học khác nhau
• Phân

loại:
+ Đồng

phân

cấutạo(phẳng)
+ Đồng

phân

lậpthể: đồng

phân

hình

học

(cis, trans), đồng

phân

quay (cấudạng),
đồng

phân

quang

học
5
I.

Đồng

phân

cấutạo
Do có

sự

sắpxếp

khác

nhau

của

các

nguyên

tử

trong

mạch

C
I.1. Đồng

phân

mạch

C
C
6
H
12
n-butane
iso-butane
methyl cyclopentane
cyclohexane
6

I.2. Đồng

phân

do vị

trí

các

liên

kếtbội, nhóm

chức
OH
OH
OH
OH
OH
OH
C
4
H
8
butene-1 butene-2
1,2- 1,3- 1,4-
dihydroxy benzene
7
I.3. Đồng

phân

có

nhóm

định

chức

khác

nhau
O
CHO
C
3
H
6
O
dimethyl ketone
propan-2-one
acetone
propionaldehyde
propanal
propionic aldehyde
C
3
H

6
O
2
COOH
O
O
Propionic acid
methyl acetate
8
I.4. Đồng

phân

có

nhóm

thế

khácnhauliênkếtvới

nhóm

định

chức
O
O
C
4

H
10
O
diethyl ether
methyl propyl ether
9
II. Đồng

phân

lậpthể
II.1. Đồng

phân

hình

học
II.1.1. Điềukiệnxuấthiện

đồng

phân

hình

học
• Xuấthiện

khi

phân

tử

có

1 bộ

phậncứng

nhắc
Æ cảntrở sự quay tự do của các nguyên tửở
đó
• 2 nguyên

tử

liên

kếtvới

cùng

1 nguyên

tử

của

bộ

phậncứng

nhắcphải

khác

nhau
10
H
Cl Cl
H
• Thường

xuấthiện

ở

các

hợpchấtcóchứa:
C=C, C=N, N=N, hệ

liên

hợp, vòng

phẳng

3
hay 4 cạnh
abC=Ccd: a ≠

b, c ≠

d
11
II.1.2. Danh

pháp

của

đồng

phân

hình

học
a. Hệ

cis-trans:abC=Cab
• Nhóm

thế

tương

đương

nằm

cùng

phía

mặtphẳng

liên

kết

π Æ cis
• Khác

phía Æ trans
H
H
3
C CH
3
H
H
H
3
C H
CH
3

cis-butene-2 trans-butene-2
12
b. Hệ

Z-E: abC=Ccd a>b

c>d
Quy

tắc

Kahn-Ingold-Prelog: dựatheothứ

tựưutiêntrongbảng

HTTH của

nhóm

thế
a, c cùng

phía

so vớimặtphẳng

nối

đôi:

Z
(zusammen)
a, c khác

phía

so vớimặtphẳng

nối

đôi: E
(entgegen)
13
I
Br Cl
F
I
Br F
Cl
(E)-1-Bromo-2-chloro-2-fluoro-1-iodoethene
35
53
17
9
(Z)-1-Bromo-2-chloro-2-fluoro-1-iodoethene
•Lưu

ý: Khi

dùng

Z-E, chú

ý Z, E

không

phải

luôn

trùng

với

cis, trans
H
Cl Cl
Br
E-, cis-
F
Cl Cl
H
Z-, cis-
14
II.1.3. Đồng

phân

hình

họccủaabC=Ndvà

aN=Nb
a.

abC=Nd
• Trước

đây, dùng

hệ

syn-, anti-,

nhưng

không

chính

xác

nên

hiện

nay dùng

hệ

Z-E
• a>b: a, d khác

phía

so vớimặtphẳng

nối

đôi Æ E, cùng phía Æ Z
• Đốivới

aldoxime
CN
H
H
3
COH
CN
H
H
3
C
OH
anti-acetaldoxime
(Z)-acetaldoxime
syn-acetaldoxime
(E)-acetaldoxime
15

• Đốivới

ketoxime: Cùng

1 chất, có

thể

gọilà

syn-

hay anti-

!!!
CN
OH
H
3
C
CN
OH
anti-phenyl-p-tolylketoxime
syn-p-tolyl-phenylketoxime
syn-phenyl-p-tolylketoxime
anti-p-tolyl-phenylketoxime
H
3
C
Æ hệ syn-anti không chính xác Æ

chuyển sang hệ Z-E
16
b. aN=Nb
NN
C
6
H
5
C
6
H
5
NN
C
6
H
5
C
6
H
5
anti-azobenzene
syn-azobenzene
17
II.1.4. Đồng

phân

hình

họccủahợpchấtchứaC=C


liên

hợp
a(HC=CH)
n

b
H
H
C
6
H
5
C
6
H
5
H
H
H
C
6
H
5
H
H
C

6
H
5
H
H
C
6
H
5
H
C
6
H
5
H
H
trans,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene
cis,cis-1,4-diphenyl-1,3-butadiene
cis,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene
* Sốđphìnhhọccủahệ

liên

hợpC=C
N = 2
n-1

+ 2
p-1
n: số

nối

đôi

liên

hợp
p = n/2 nếun chẵn
p = (n + 1)/2 nếun lẻ
18
II.1.5. Đồng

phân

hình

họccủa

vòng

no 3, 4
cạnh
• Đượcbố

trí

trên

1 mặtphẳng Æ các nhóm thế

không thể quay tự do Æ xuấthiện đồng phân
hình học
* Các

nhóm

thế

tương

đương

cùng

phía

mặtphẳng
Æ cis, khác phía Æ trans
HOOC
H
COOH
H
HOOC
H
H
COOH
cis-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid trans-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid
19
II.1.6. Cách

xác

định

và

so sánh

các

đồng

phân

hình

học
a. xác

định

khoảng

cách

giữa

các

nhóm

thế
Khoảng

cách

giữa

2 nhóm

thế

tương

đương

trong

đồng

phân

cis

< trans
Cl
H H
Cl
Cl
H Cl

H
3.7 Å
4.7 Å
20
b. Moment lưỡng

cực
• 2 nhóm

thế

giống

nhau

aHC=CHa
Cl
H H
Cl
Cl
H Cl
H
μcis

(1.89D) > μtrans

(0D)
• 2 nhóm

thế

khác

nhau

aHC=CHb

(a ≠

b)
•2 nhóm

thế

cùng

hút

hay cùng

đẩy

điệntử:
μcis

> μtrans
•2 nhóm

thế

có

tính

chất

điệntử

ngược

nhau:
μcis

< μtrans
21
c. Nhiệt

độ

nóng

chảy
• Đồng

phân

trans-: đốixứng Æ mạng lưới
tinh thể chặtchẽ
Æ
t

o
nc cis < t
o
nc trans
• Lưuý: mốiliênhệ

giữat
o

sôi

và

đồng

phânhìnhhọc

không

chặtchẽ
Ví

dụ:
CHCl=CHCl

t
o
sôi

của

cis-: 60.3
o
C, t
o
sôi

của

trans-: 48.4
o
C
CH
3

CH=CHCl

t
o
sôi

của

cis-: 32.8
o
C, t
o
sôi

của

trans-: 37.4
o
C
22
II.2. Đồng

phân

cấudạng

(đồng

phân

quay)
• Là

những

cấu

trúc

không

gian

sinh

ra

do 1 nhóm

thế

quay xung

quanh

trục

C-C (không

làm

đứtC-C)


so với

1 nhóm

nguyên

tử

khác
• Thường

cầnnăng

lượng

3-4 Kcal/mol
• Chỉ

tồntạinhững

cấudạng

tương

đốibền
• Không

thể

tách

thành

những

đồng

phân

riêng

rẽ!!!
• Đồng

phân

cấudạng

là

các

dạng

khác

nhau

trong

không

gian

củacùng1 cấu

hình!!!
23
II.2.1. Cách

biểudiễn

a. Công

thứcphốicảnh

(không

gian

3 chiều)
c
b
c
a
b
a
a
b
c
a
b
c
c
b
a
che

khuất

xen

kẽ
• Liên

kết

C-C: đường

chéo

trái

qua phải, xa

dầnngười

quan

sát
24
b. Công

thứcNewman
•

Quan

sát

dọctheoC-C Æ 2 nguyên tử C ở
dạng che khuất, biểudiễnbằng vòng tròn

Æ chiếu các nhóm thế lên mặtphẳng vuông
góc vớiC-C
a
a
bc
aa
b
b
c
c
c
b
che

khuất

xen

kẽ
25
II.2.2. Cấudạng

của

các

hợpchấtmạch

hở
a. Ethane

• Quay 1 nhóm

CH
3

& cốđịnh

nhóm

còn

lại Æ
2 đồng phân cấudạng tớihạn
• Che

khuất: khoảng

cách

giữa

các

H gần

nhau Æ năng lượng cao nhất Æ kém bền
nhất