Vấn đề mới và khó trong sách Giáo khoa thí điểm

1

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỤC LỤC..............................................................................................................................1
NỘI DUNG.............................................................................................................................5
Phần 1. Tổng quan lý thuyết...............................................................................................5
Chương 1. Một số vấn đề lý thuyết có liên quan đến chương trình hoá hữu cơ ở
trung học phổ thông........................................................................................................5
1.Phân loại và đại cương về danh pháp hợp chất hữu cơ............................................5
1.1.Phân loại...........................................................................................................5
1.2.Danh pháp.........................................................................................................6
2.Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ............................................................................7
2.1.Thuyết cấu tạo hoá học.....................................................................................7
2.2.Các loại liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ...............................................9
2.3.Phương pháp biểu diễn công thức hợp chất hữu cơ........................................13
2.4.Cách mô tả cấu trúc không gian phân tử hữu cơ.............................................15
2.5.Đồng đẳng.......................................................................................................17
2.6.Đồng phân.......................................................................................................17
2.7.Cấu dạng.........................................................................................................19
3.Phản ứng của hợp chất hữu cơ...............................................................................19
3.1.Phân loại phản ứng hữu cơ..............................................................................19
3.2.Các kiểu phân cắt cộng hoá trị........................................................................21
3.3.Khái niệm về cơ chế phản ứng và các phương pháp xác định cơ chế phản ứng
...............................................................................................................................21
3.4.Phản ứng thế...................................................................................................22
3.5.Phản ứng tác (E)..............................................................................................30
3.6.Phản ứng cộng (A)..........................................................................................34
3.7.Phản ứng trùng hợp.........................................................................................38
3.8.Phản ứng trùng ngưng.....................................................................................42

Chương 2. Những điểm khó và mới của hoá hữu cơ trong chương trình sách giáo
khoa trung học phổ thông thí điểm...............................................................................43
1.So Sánh sách giáo khoa cũ và mới.........................................................................43
1.1.So sánh chương trình hoá hữu cơ ở sách giáo khoa cũ và mới.......................43
1.2.So sánh nội dung hóa hữu cơ ở sách giáo khoa cũ và mới.............................45
2.Những vấn đề hoá hữu cơ khó hoặc mới trong sách giáo khoa thí điểm (Ban
KHTN)......................................................................................................................48
2.1.Chương trình hoá hữu cơ lớp 11.....................................................................48
2.2.Chương trình hoá hữu cơ lớp 12.....................................................................49
Phần 2. Hướng giải quyết những vấn đề khó và mới trong chương trình hoá hữu cơ trung
học phổ thông....................................................................................................................49
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm.................................................................................49
1.Nội dung thực nghiệm sư phạm.............................................................................49
Đáp án.......................................................................................................................62

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


2
2.Kết quả thực nghiệm sư phạm...............................................................................62
Chương 4. Hướng giải quyết những vấn đề khó và mới trong chương trình hoá hữu cơ
trung học phổ thông......................................................................................................70
Sách giáo khoa thí điểm (Ban KHTN)..........................................................................70
1.Chương trình hoá hữu cơ lớp 11............................................................................70
1.1.Chương đại cương về hoá học hữu cơ............................................................70
1.2.Chương Hiđocacbon no..................................................................................87
1.3.Chương Anken – Ankadien – Ankin..............................................................91
1.4.Chương Anđehit – Xeton – Axit cacboxylic..................................................94

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, do xu thế chung của sự phát triển xã hội, vai trò của giáo dục
ngày càng được đề cao và được xem như một động lực trực tiếp nhất để bồi
dưỡng nhân lực, thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế xã hội. Do đó, nền giáo dục
Việt Nam đang có những bước đi mới nhằm đưa nền giáo dục nước nhà đi lên,
một trong những việc làm đó là cải cách, đổi mới nội dung và chương trình sách
giáo khoa phù hợp với sự phát triển của nền tri thức nhân loại. Tuy nhiên, trong
chương trình hóa học hữu cơ ở trường THPT còn rất nhiều vấn đề tồn tại nhưng
chưa thật sự được quan tâm để tìm ra hướng giải quyết. Chẳng hạn, do tính chất
đặc thù của bộ môn vừa mang tính thực nghiệm, vừa mang tính lý thuyết làm nảy
sinh vấn đề là đôi khi có sự không hoàn toàn thống nhất giữa các kiến thức lý
thuyết và kết quả thực hành. Hơn nữa, hệ thống kiến thức hóa học rất trừu tượng,
muốn tiếp thu được cần có hệ thống kiến thức bổ trợ của các môn học khác.
Đồng thời những kiến thức, khái niệm mang tính logic, có sự kế thừa và phát
triển, trong khi thời gian và trình độ phổ thông có hạn. Chính vì thế, nhiều lúc
giáo viên gặp khó khăn trong trong việc truyền đạt kiến thức đến học sinh. Có thể
nói, còn nhiều và rất nhiều những vấn đề còn tồn tại, mà đáng chú ý là những tồn
tại nảy sinh do sự bất cập về mặt phân phối chương trình và về mặt kiến thức: có
những kiến thức chương trình không đưa vào và có những kiến thức đưa ra

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


3

không đầy đủ dẫn đến giáo viên không có những cơ sở để giải quyết, gây lúng

túng cho giáo viên và gây nhầm lẫn cho học sinh.
Những tồn tại trên đều chưa hoàn toàn được quan tâm nghiên cứu để tìm
ra hướng giải quyết. Do đó, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ của mình để
nghiên cứu một số vấn đề còn tồn tại, khó khăn trong thực tiễn dạy học Hóa hữu
cơ, đồng thời để hạn chế phần nào những sai lầm về kiến thức mắc phải khi
giảng dạy Hóa hữu cơ ở chương trình hóa học phổ thông. Trong phạm vi của
luận văn tốt nghiệp, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu và đề xuất hướng giải
quyết các vấn đề khó và mới về hoá hữu cơ trong sách giáo khoa hoá học thí
điểm (Ban KHTN) ở Trung học phổ thông ”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu một số vấn đề khó của học phần Hóa hữu cơ ở trường THPT
mà chủ yếu là nghiên cứu vùng kiến thức gây nhiều khó khăn và nhầm lẫn cho
giáo viên và học sinh THPT nhất .
- Đề xuất một số biện pháp khắc phục làm cơ sở nghiên cứu cho các giáo
viên hóa học ở trường THPT, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc
dạy và học bộ môn hóa ở trường phổ thông.
- Chuẩn bị tốt kiến thức cho bản thân trước sự hoàn thiện và chính xác hóa
các kiến thức hóa học, đặc biệt là sự vận dụng các kiến thức đó vào công tác
giảng dạy của bản thân sau này, giảm sự sai sót về mặt kiến thức khi giảng dạy
một số kiến thức Hóa hữu cơ ở chương trình hóa học phổ thông.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu nội dung, cấu trúc chương trình hóa học phổ thông mà chủ
yếu dựa trên cấu trúc của một bài giảng hóa hữu cơ: cấu tạo, tính chất vật lý, tính
chất hóa học, ứng dụng, điều chế. Đồng thời so sánh sự khác nhau về nội dung
cấu trúc chương trình giữa sách giáo khoa cũ và sách giáo khoa thí điểm.
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

4

- Nghiên cứu những vấn đề mới và gây nhiều khó khăn cho giáo viên và
học sinh trong thực tiễn dạy và học Hóa hữu cơ ở sách giáo khoa thí điểm ở một
số trường THPT và ở các vùng miền khác nhau.
- Tìm, xử lý và giải quyết những vấn đề quan trọng được nhiều người quan
tâm nhất.
4. Đối tượng nghiên cứu
Tiến hành nghiên cứu trên đối tượng học sinh và giáo viên ở một số
trường THPT để từ đó rút ra những vấn đề khó và mới được nhiều người quan
tâm nhất.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài tiến hành nghiên cứu những vấn đề khó và mới trong hoá hữu cơ ở
sách giáo khoa thí điểm THPT dựa trên việc tiến hành thực nghiệm sư phạm ở
học sinh bằng bài kiểm tra trắc nghiệm trong 45’ soạn thảo dựa trên những vấn
đề khó và mới đã đưa ra trước và ở giáo viên thì sử dụng phiếu tham khảo ý kiến
và trao đổi trực tiếp. Dựa vào kết quả thực nghiệm sư phạm để đề xuất hướng
giải quyết một số vấn đề khó và mới được nhiều người quan tâm nhất trên cơ sở
tìm hiểu các tài liệu chuẩn nhất để giải thích hoặc trao đổi với các thầy cô thuộc
chuyên ngành Hóa hữu cơ.
6. Phạm vi của đề tài
Do điều kiện thời gian và hạn chế của một luận văn tốt nghiệp nên đề tài
chỉ có thể tiến hành nghiên cứu trên một phạm vi hẹp (chỉ một số trường THPT)
và chỉ tiến hành thực nghiệm được một lần, không có điều kiện điều chỉnh cho
phù hợp với điều kiện từng trường phổ thông và phù hợp với nội dung chương
trình phổ thông. Đồng thời, chỉ giải quyết một số vấn đề nổi trội nhất.

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

5

NỘI DUNG
Phần 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 1. Một số vấn đề lý thuyết có liên quan đến chương
trình hoá hữu cơ ở trung học phổ thông
1. Phân loại và đại cương về danh pháp hợp chất hữu cơ
1.1. Phân loại
Các hợp chất hữu cơ có thể được phân chia thành hai loại chính là
hiđrocacbon (phân tử được cấu thành chỉ bởi hai nguyên tố C và H) và các dẫn
xuất của các hiđrocacbon (một hay nhiều phân tử hiđro trong phân tử
hiđrocacbon được thay thế bằng một hay nhiều nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử
khác).
1.1.1. Phân loại theo mạch cacbon
Các hợp chất hữu cơ bao gồm cả hiđrocacbon lẫn dẫn xuất của
hiđrocacbon, đều có thể được phân loại theo mạch cacbon như ở sơ đồ sau đây:
Hợp chất hữu cơ
Hợp chất không vòng
(Hợp chất mạch hở hay aliphatic)

Hợp chất no

Hợp chất không no

Không thơm
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

Hợp chất vòng

Hợp chất đồng vòng
(isoxiclic)

Thơm

Hợp chất dị vòng
(heteroxiclic)

Không thơm Thơm

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


6

No

Không no

No

Không no

1.1.2. Phân loại theo nhóm chức
Hiđrocacbon và các dẫn xuất của hiđrocacbon là những hợp chất có chứa
nhóm định chức hay nhóm chức. Nhóm chức là nhóm nguyên tử hoặc nguyên tử
quyết định tính chất đặc trưng của hợp chất. Sau đây là một số nhóm chức chính:
a) Các nhóm chức nằm trong mạch cacbon:

C C

(anken),

C C

(ankin).
b) Các nhóm chức chứa oxi: -OH (ancol), phenol,

CH O (anđehit), -COOH

(axit cacboxylic),…
c) Các nhóm chức chứa nitơ: -NH2 (amin),

C N (nitrin), …

d) Các nhóm chức chứa cả oxi lẫn nitơ: -CO-NH 2 (amit), -NO2 (hợp chất nitro),
…
e) Các nhóm chức chứa lưu huỳnh: -SH (thiol), -S- (thioete), ...
g) Nhóm chức là nguyên tử halogen: -Cl (dẫn xuất clo), -Br (dẫn xuất brom),…
Khi xét các hợp chất hữu cơ cần xem xét cả nhóm chức lẫn mạch cacbon,
hai bộ phận này của phân tử có ảnh hưởng lẫn nhau.
1.2.

Danh pháp

1.2.1. Danh pháp thường
Danh pháp thường hay danh pháp thông thường là loại danh pháp được
hình thành dựa theo nguồn gốc tìm ra hoặc theo tính chất bề ngoài (màu sắc, mùi
vị,…) hoặc một yếu tố khác không có tính hệ thống. Thí dụ: ure có nguồn gốc từ

urine (tiếng Pháp có nghĩa là nước tiểu) vì ure lần đầu tiên đựơc tách ra từ nước
tiểu (1778).
1.2.2. Danh pháp IUPAC
a) Tên gốc - chức:
Tên gốc - chức bao gồm: Tên phần gốc + Tên phần định chức.
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


7

Ví dụ: CH3CH2-Cl: Etyl clorua.
b) Tên thay thế:
Tên thay thế được viết liền (không viết cách như tên gốc - chức) nhưng có
thể được phân chia làm ba phần như sau:
Tên phần thế
+ Tên mạch cacbon chính + Tên phần định chức.
(có thể không có)
(bắt buộc phải có)
(bắt buộc phải có)
Ví dụ: H3C – CH3 : Etan.
CH3-CH2-OH : Etanol.
1.2.3. Danh pháp nửa hệ thống hay nửa thông thường
Loại danh pháp này có tính cách trung gian giữa hai loại trên, vì nó chỉ có
một vài yếu tố hệ thống. Ví dụ: stiren (C 6H5CH=CH2) có nguồn gốc là stirax (tên
loại nhựa cây cho ta stiren) và chỉ có hậu tố -en (nói lên sự có mặt của nối đôi
C=C) là yếu tố hệ thống.
2. Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ
2.1. Thuyết cấu tạo hoá học

2.1.1. Thuyết cấu tạo hoá học
Thuyết cấu tạo hoá học do Butlerop đề ra vào năm 1865 dựa trên các kết
quả nghiên cứu của bản thân ông và của một số nhà hoá học khác như Couper,
Kékulé, … Nhờ có thuyết này người ta đã giải thích và tiên đoán được nhiều hiện
tượng quan trọng trong hoá hữu cơ, nhất là hồi cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX.
Nội dung cơ bản của thuyết cấu tạo hoá học bao gồm những luận điểm
chính sau đây:
a) Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử kết hợp với nhau theo
một thứ tự nhất định và theo đúng hoá trị của chúng. Thứ tự kết hợp đó được gọi
là cấu tạo hoá học. Sự thay đổi thứ tự kết hợp của các nguyên tử sẽ dẫn tới hợp
chất mới.

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


8

b) Cacbon trong phân tử hữu cơ luôn luôn có hoá trị 4. Các nguyên tử
cacbon có thể kết hợp không những với những nguyên tử của các nguyên tố khác
mà còn kết hợp trực tiếp với nhau thành những mạch cacbon có dạng khác nhau
(mạch không nhánh, mạch có nhánh, mạch vòng,…).
c) Tính chất của hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản
chất và số lượng nguyên tử) và cấu tạo hoá học (thú tự kết hợp các nguyên tử).
Các nguyên tử trong phân tử có ảnh hưởng lẫn nhau.
Từ những luận điểm sơ về cấu tạo hoá học của thế kỷ XIX hiện nay hoá
học hữu cơ đã có thuyết cấu trúc hiện đại bao gồm cả cấu trúc electron, cấu trúc
không gian và các hiệu ứng cấu trúc.
2.1.2.

Công thức cấu tạo

Công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ đã ra đời dựa vào các cơ sở chính
yếu là: thuyết hoá trị Frankland (1852), các phát hiện của Kékulé và Couper (độc
lập) năm 1858, các tổng kết của Alexandre Mikhailovie Butlerop (1864).
Hiện nay công thức cấu tạo thể hiện trật tự kết hợp và đặc tính các liên kết
giữa các nguyên tử trong phân tử, thể hiện cấu tạo hoá học trong mặt phẳng của
chất khảo sát.
Công thức cấu tạo được biểu hiện theo các nguyên tắc sau:
a) Mỗi nguyên tố biểu thị bằng một kí hiệu hoá học, mỗi hoá trị của các
nguyên tố biểu thị bởi một vạch từ kí hiệu nguyên tố đi ra, số vạch bằng hoá trị
của nguyên tố, không có nguyên tố nào có hoá trị dư.
b) Mạch cacbon trong phân tử có thể thẳng, nhánh, vòng.
c) Các nguyên tử có thể liên kết nhau theo liên kết đơn, liên kết đôi, liên
kết ba.
d) Hướng của các mạch hoá trị không cần quá chặt chẽ.
e) Công thức cấu tạo có thể viết thu gọn thành từng nhóm nguyên tử.
Ví dụ:

H

H
C C

Khoá luận tốt nghiệpHĐHSP H

CH2 CH2

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

9

2.2.

Các loại liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ

2.2.1. Liên kết cộng hoá trị
Liên kết hoá học là vấn đề cơ bản nhất của lý thuyết cấu tạo phân tử. Dựa
trên mẫu nguyên tử của Bohr, 1916 Lewis và Kossel đã đề ra thuyết điện tử với 2
loại liên kết được mô tả: Liên kết ion bởi Wather Kossel (Đức) và liên kết cộng
hoá trị bởi G.N.Lewisw (Mỹ). Cả hai ông đều cho rằng khi tham gia liên kết,
nguyên tử có khuynh hướng đạt đến độ bền của cấu hình điện tử khí trơ.
Theo Lewis, liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự góp chung
electron giữa các nguyên tử. Loại liên kết này để giải thích liên kết hoá học ở các
chất không điện giải: các hợp chất của cacbon. Đây là loại liên kết quan trọng
chủ yếu trong việc nghiên cứu hoá hữu cơ.
Bản chất liên kết cộng hóa trị theo quan niệm hiện đại: Liên kết cộng hoá
trị được hình thành bằng sự xen phủ các obitan nguyên tử (AO) tạo nên obitan
phân tử (MO) chung cho cả hai nguyên tử tham gia liên kết.
Có 2 kiểu xen phủ chính:
• Xen phủ trục: Trục của 2 obitan tham gia xen phủ trùng nhau, tạo thành
liên kết σ có độ bền lớn. Ví dụ:
s s

s

p

p

p

• Xen phủ bên: Trục của 2 obitan tham gia xen phủ song song trùng với
nhau tạo thành liên kết π kém bền, tương đối dễ bị đứt ra trong các phản
ứng hoá học. Ví dụ:

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


10

Obitan tham gia xen phủ có thể là obitan thuần nhất s, p, d…hoặc có thể là
obitan lai hoá sp, sp2, sp3 …Obitan lai hoá được tạo thành do sự tổ hợp lại các
obitan thuần nhất, có hình dạng khác obitan ban đầu và có khả năng xen phủ cao
hơn do đó liên kết hình thành cũng bền hơn.
Ví dụ: Cấu hình điện tử của cacbon:
-

Ở trạng thái cơ bản: 1s22s22p2.

-

Ở trạng thái kích thích: 1s22s12px12py12pz1.

Khi tạo thành liên kết, obitan 2s có thể tham gia lai hoá với một số obitan
2p theo các dạng sau:

a) Lai hoá sp3. Liên kết đơn:
Một obitan 2s tổ hợp với 3 obitan 2p sẽ hình thành 4 obitan lai hoá sp 3
đồng nhất hướng về 4 đỉnh của một hình tứ diện đều mà tâm là nhân nguyên tử
C.

2px

90
28

Lai hoá

sp3

10

2pz
2s
2py

sp3
sp3

sp3

Hình 1.1: Sự lai hoá sp3.
Trong phân tử hợp chất hữu cơ các obitan sp 3 sẽ xen phủ trục với obitan
của các nguyên tử khác tạo thành những liên kết đơn σ.
b) Lai hoá sp2. Liên kết đôi.
Một obitan 2s tổ hợp với 2 obitan 2p sẽ tạo thành 3 obitan lai hoá sp 2 đồng

nhất có trục nằm trên một mặt phẳng tạo nên những góc ≈1200 và hướng về 3
đỉnh của một tam giác mà tâm là hạt nhân nguyên tử C.

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


11

2s

sp2

2p

Lai hoá
2p

120

sp2

0

sp2

Hình 1.2: Lai hoá sp2.
Obitan lai hoá sp2 sẽ xen phủ với obitan của các nguyên tử khác tạo nên
những liên kết σ. Khi ấy ở mỗi nguyên tử cacbon sp 2 còn một obitan 2p. Obitan

2p này sẽ xen phủ bên với obitan 2p của nguyên tử cacbon khác tạo thành lên kết
π. Tập hợp 1 liên kết π và một liên kết σ giữa hai nguyên tử là liên kết đôi.
c) Lai hoá sp. Liên kết ba và liên kết đôi liền.
Một obitan 2s tổ hợp với một obitan 2p sẽ hình thành 2 obitan lai hoá sp
đồng nhất, có trục đối xứng cùng nằm trên một đường thẳng.
2s

Lai hoá

sp

1800

sp

2p

Hình 1.3: Lai hoá sp.
Các obitan sp sẽ xen phủ trục với obitan của hai nguyên tử khác tạo thành
2 liên kết σ với góc hoá trị 180 0. Còn lại 2 obitan 2p chưa lai hoá có trục thẳng
góc với nhau và cùng thẳng góc với trục đối xứng chung của 2 obitan 2p sẽ dùng
để xen phủ bên với obitan chưa lai hoá của nguyên tử khác tạo nên những liên
kết π. Nếu 2 nguyên tử nối với nhau bằng 2 liên kết π và 1 liên kết σ ta có liên
kết ba.
d) Một số đặc điểm của liên kết cộng hoá trị.
• Năng lượng liên kết:
Khi hình thành phân tử từ các nguyên tử (tạo nên các liên kết) năng lượng
được toả ra (H<0: toả nhiệt), trái lại khi phân tử bị phá vỡ tái tạo các nguyên tử
cấu thành (liên kết bị đứt ra) nó đòi hỏi phải cung cấp năng lượng (H>0: thu
nhiệt).

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


12

Người ta có thể tính được năng lượng liên kết từ thiêu nhiệt (nhiệt đốt
cháy) nếu biết sinh nhiệt (nhiệt hình thành) của các sản phẩm đốt cháy.
• Độ dài liên kết:
Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của 2 nguyên tử liên kết với nhau được gọi
là độ dài liên kết.
Ví dụ: Liên kết:
Độ dài:

C-C

C=C

1,54A0

1,34A0

C

C

1,20A0

Độ dài liên kết được xác định bằng các phương pháp vật lý như nhiễu xạ

tia X, phổ vi sóng …Cũng có thể tính một cách gần đúng độ dài d A-B của liên kết
giữa 2 nguyên tử A và B từ các bán kính cộng hoá trị r A và rB dựa theo biểu thức:
dA-B = rA +rB.
Nhìn chung bậc của liên kết (đơn, đôi hoặc ba) càng tăng thì liên kết càng
ngắn. Đối với liên kết đơn giữa cacbon với nguyên tử khác, độ dài liên kết giảm
khi tăng tỉ lệ obitan s trong obitan lai hoá (sp 3 > sp2 > sp) hay nói cách khác độ
dài liên kết giữa hai nguyên tử C càng giảm nếu liên kết π càng tăng.
• Các đặc điểm khác: Liên kết cộng hoá trị có sự định hướng với góc hoá trị
nhất định, đa số có sự phân cực,…
2.2.2. Liên kết hiđro
a) Khái niệm

δδ+
Liên kết hiđro được hình thành giữa một nhóm X
H phân cực và một
δ••
nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) Y mang cặp electron tự do, nhờ một tương tác
tĩnh điện yếu khoảng 20 – 25 kJ/mol.
δ-

δ+ δ-

X

H ... Y

Ở đây X cũng như Y thường là oxi, nitơ hoặc flo. Liên kết X-H càng phân
cực và khả năng nhường e của Y càng lớn thì liên kết hiđro càng bền vững.
b) Phân loại
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


13

• Liên kết hiđro liên phân tử: Đó là trường hợp mà X-H và Y thuộc về 2
phân tử riêng rẽ (giống nhau hoặc khác nhau). Ví dụ:
O H ...O H
H3C

(CH3 )3 N... O H
H

H3C

O ... H O
H3C C

O H ... O

C CH3

• Liên kết nội phân tử: Đó là liên kết giữa X-H và Y của cùng 1 phân tử.
Ví dụ:
CH2
O
H

CH2

.

O
..

O
H
F

..

H
.

c) Ảnh hưởng của liên kết hiđro đến tính chất vật lí.
Liên kết hiđro liên phân tử làm tăng mạnh nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng
chảy so với những chất có phân tử khối tương đương mà không có liên kết hiđro
hoặc chỉ có liên kết hiđro nội phân tử. Ví dụ: Nhiệt độ sôi của 3 chất có phân tử
khối gần bằng nhau: CH3CH2OH: 780C, (CH3)2O: -240C, CH3SH: 60C. Nhiệt độ
nóng chảy của nitrophenol là: para 1140C, ortho: 440C.
Sự hình thành liên kết hiđro giữa chất tan và dung môi làm tăng mạnh độ
tan trong dung môi đó. Độ tan sẽ tăng khi khả năng tạo liên kết hiđro của nhóm
chức tăng và giảm khi gốc hiđrocacbon (không có khả năng tạo liên kết hiđro)
càng lớn. Ví dụ: Độ tan trong nước (g/100g H2O): CH3COOH: ∞ , HCOOCH3:
30, C2H5OH: ∞ , n-C4H9OH: 7,4.
2.3.

Phương pháp biểu diễn công thức hợp chất hữu cơ
Theo thuyết cấu tạo hoá học, mỗi chất hữu cơ có một thành phần nguyên

tố và cấu tạo xác định, có thể biểu diễn bằng các công thức hoá học.
2.3.1. Công thức đơn giản

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


14

Công thức đơn giản hay công thức kinh nghiệm chỉ rõ thành phần các
nguyên tố và tỷ lệ nguyên tử giữa các nguyên tố. Chẳng hạn, công thức phân tử
của axit axetic là C2H4O2 nên công thức đơn giản hay kinh nghiệm là (CH2O).
2.3.2. Công thức phân tử
Công thức phân tử cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên tử
của mỗi nguyên tố có trong phân tử.
Khi viết công thức phân tử, phải viết theo quy ước: Trước hết là nguyên tố
C sau đến nguyên tố H, còn các nguyên tố tiếp theo viết theo thứ tự vần chữ cái.
Ví dụ: CxHyNzOn
Muốn xác định công thức đơn giản hay công thức phân tử phải dựa vào
kết quả phân tích nguyên tố theo phương pháp Lavoisier-Liebig hay Fritz Pregl
của phản ứng đốt cháy hay oxi hoá.
2.3.3. Công thức cấu tạo phẳng
Công thức cấu tạo phẳng biểu diễn cấu trúc của phân tử quy ước trên một
mặt phẳng thường là mặt phẳng giấy.
a) Công thức Lewis
Công thức Lewis biểu diễn các liên kết giữa các phân tử hay số electron
hoá trị của mỗi nguyên tử bằng electron. Số electron là bằng tổng electron của
các nguyên tử đóng góp vào và các nguyên tử có xu hướng tạo trạng thái electron

lớn nhất có thể có để có vòng electron bền vững của khí trơ. Ví dụ:

H

H

C

C

H

H C

C H

..
..
..
..
..

H

H

.. ..
..
..
.. ..

..
..

H

..H
C
..

H

b) Công thức Kékulé
Để đơn giản trong cách biểu diễn của Lewis, người ta qui ước biểu diễn
các liên kết trong phân tử bằng vạch ngang thay cho cặp electron liên kết . Ví dụ:
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


15

H

H

H
H C C H

C C

H C H
H

H

H

Để đơn giản trong cách biểu diễn công thức, có thể ẩn các gạch liên kết, ẩn
một phần hay toàn phần tuỳ thuộc vào yêu cầu cách biểu diễn, đồng thời cũng bỏ
qua cặp electron không liên kết gọi là công thức rút gọn.
2.4.

Cách mô tả cấu trúc không gian phân tử hữu cơ

2.4.1. Mô hình
a) Mô hình rỗng
Các quả cầu tượng trưng cho các nguyên tử, các thanh
nối tượng trưng cho các liên kết giữa chúng. Góc giữa các
thanh nối bằng góc lai hoá.

CH3CH3

b) Mô hình đặc
Các quả cầu cắt vát tượng trưng cho các nguyên tử
được ghép với nhau theo đúng vị trí không gian của chúng.
CH3 CH3

2.4.2. Công thức
a) Công thức tứ diện

Công thức tứ diện được biểu diễn trong không gian dưới một hình tứ diện
mà 4 đỉnh là 4 nhóm thế và trung tâm là nguyên tử C. Chẳng hạn, phân tử metan
có công thức tứ diện như hình vẽ:
H

C
H

H
H

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


16

Công thức tứ diện được biểu diễn ở dạng khai triển theo chiều người quan sát.
- Đường mũi tên đậm ở phía trước mặt phẳng giấy hay ở gần người quan
sát.
- Đường hay mũi tên chấm chấm ở phía sau mặt phẳng giấy hay ở xa
người quan sát.
- Đường nét thường nằm trên mặt phẳng giấy.
H

H
C

C
H

H

H

H

H

H

Hình 1.4. Công thức tứ diện phân tử metan.
b) Công thức Fisher
Là hình chiếu của công thức tứ diện lên một mặt phẳng chứa C bất đối.
Trước khi chiếu phải xoay tứ diện sao cho có một cạnh nằm ngang hướng về
người quan sát.
c

c
b

a
d

a

b
d

a, b: thường là nhóm chức.
c, d : mạch cacbon phân tử, c có bậc oxi hoá cao hơn d.
Lưu ý : Chỉ xoay công thức Fisher 180 0 trong mặt phẳng giấy, nếu xoay
900 trong mặt phẳng giấy hoặc 180 0 ngoài mặt phẳng sẽ dẫn đến công thức chất
đối quang.
c) Công thức phối cảnh

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


17

Được mô tả trong không gian ba chiều, liên kết giữa 2 nguyên tử C hướng
theo đường chéo từ trái sang phải và xa dần người quan sát.
a

a
b

c
a

b

a

b

a

b
c

c

b

c
b

c

c

d) Công thức Newman

a

Che khuất

Xen kẽ

Ta nhìn phân tử theo trục liên kết C 1-C2, khi ấy 2 nguyên tử C che khuất
nhau, ta biểu diễn C2 bị khuất bằng vòng tròn, C 1 ở tâm. Ba liên kết xuất phát từ
mỗi nguyên tử C tạo nên những góc 1200 trên mặt phẳng giấy.
a

a
b

a
b

c

bb

a

c

a

b

b
a

Che khuất
2.5.

a

c

b

c
c c

c

b

a
c

Xen kẽ

Đồng đẳng
Những hợp chất có tính chất vật lý và hoá học gần giống nhau nhưng khác

nhau một hay nhiều nhóm metylen (CH2) nằm trong một dãy đồng đẳng. Những
chất nằm trong dãy đó gọi là chất đồng đẳng.
Các hợp chất trong dãy đồng đẳng có tính chất vật lý như nhiệt độ sôi,
nhiệt độ nóng chảy tăng khi tăng số nhóm metylen. Do đó, khái niệm đồng đẳng
thường dùng để dự đoán sự thay đổi tính chất vật lý khi thay đổi thành phần
nhóm metylen nên nói chung ít được nghiên cứu.
2.6.

Đồng phân

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

18

Đồng phân là những hợp chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưng
khác nhau về cấu trúc, do đó tính chất vật lý và hoá học khác nhau.
2.6.1. Đồng phân cấu tạo
Các đồng phân khác nhau về cấu trúc phẳng gọi là đồng phân cấu tạo.
Loại đồng phân này thường gặp các dạng sau:
- Đồng phân về mạch cacbon nghĩa là chỉ khác nhau về cách sắp xếp mạch
cacbon.
- Đồng phân về vị trí nhóm chức: các hợp chất này có cùng nhóm chức
nhưng khác nhau về sự phân bố vị trí nhóm chức.
- Đồng phân về nhóm chức.
2.6.2. Đồng phân lập thể
Những hợp chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưng có tính chất
khác nhau do phân bố các nhóm thế trong không gian khác nhau gọi là đồng
phân lập thể.
Đồng phân lập thể bao gồm:
- Đồng phân cấu hình: sinh ra do sự sắp xếp khác nhau trong không gian
gồm có đồng phân hình học và đồng phân quang học.
- Đồng phân cấu dạng: sinh ra do sự quay xung quanh liên kết đơn.
a) Đồng phân hình học
Còn gọi là đồng phân cis - trans, là loại đồng phân không gian sinh ra do
sự phân bố khác nhau của các nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) đối với phần cố
định (cứng nhắc) của phân tử. Phần cứng nhắc có thể là nối đôi hoặc vòng no có
từ 3 - 9 cacbon.
Điều kiện để có đồng phân hình học:

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

19

- Điều kiện cần: Phân tử hữu cơ có bộ phận cứng nhắc (nối đôi: C=C,
C=N, N=N; vong no,…) làm cản trở quay tự do của các nguyên tử hay nhóm
nguyên tử xung quanh bộ phận cứng nhắc.
- Điều kiện đủ: 2 nguyên tử hay hai nhóm nguyên tử của mỗi nguyên tử
C ở nối đôi hoặc vòng no phải khác nhau.
b) Đồng phân quang học
Những hợp chất có cấu trúc và tính chất vật lý và hoá học giống nhau
nhưng khác nhau về khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực gọi là đồng
phân quang học.
Nguyên nhân gây ra tính hoạt động quang học là do phân tử không có yếu
tố đối xứng nào trong phân tử (trục, tâm hay mặt phẳng đối xứng…). Vậy điều
kiện cần và đủ để xuất hiện đồng phân quang học là phân tử không có bất kì một
yếu tố đối xứng nào trong phân tử.
2.7.

Cấu dạng
Cấu dạng là sự sắp xếp khác nhau trong không gian do sự quay xung

quanh liên kết σ .
Cấu dạng xen kẽ bền hơn cấu dạng che khuất.
Cấu dạng hợp chất vòng có các loại sau: cấu dạng thuyền, cấu dạng xoắn,
cấu dạng ghế, cấu dạng nửa ghế.
3.

Phản ứng của hợp chất hữu cơ

3.1.

Phân loại phản ứng hữu cơ
Căn cứ vào sự biến đổi phân tử hợp chất hữu cơ trước và sau phản ứng,

người ta phân phản ứng hữu cơ thành các loại sau:
a) Phản ứng thế

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


20

Phản ứng thế là phản ứng trong đó một nguyên tử hay một nhóm nguyên
tử trong phân tử hữu cơ được thay thế bằng một nguyên tử hay nhóm nguyên tử
khác. Phản ứng thế được kí hiệu bằng chữ S (viết tắt của Substitution). Ví dụ:
hν
(CH 3 )3 CH + Cl 
→(CH 3 )3 C − Cl + HCl(1)
Fe
C6 H 5 − H + Br − Br 
→ C6 H 5 − Br + HBr(2)

CH 2 = CH − CH 2 − Cl + OH − → CH 2 = CH − CH 2 − OH + Cl − (3)

Ở phản ứng (1) tác nhân tấn công là gốc tự do nên được gọi là phản ứng
thế theo cơ chế gốc (SR). Ở phản ứng (2) tác nhân tấn công thuộc loại
electronphin nên phản ứng được gọi là thế electronphin (S E). Ở phản ứng (3) tác

nhân tấn công thuộc loại nucleophin vì vậy phản ứng được gọi là thế nucleophin
(SN).
b) Phản ứng cộng
Phản ứng cộng là phản ứng trong đó hai hay nhiều phân tử kết hợp với
nhau thành một phân tử mới.
Phản ứng cộng được kí hiệu bằng chữ A (Addition). Tuỳ theo bản chất của
tác nhân tấn công ở giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng mà người ta gọi là
phản ứng cộng gốc AR, phản ứng cộng electronphin AE, phản ứng cộng
nucleophin AN.
c) Phản ứng tách
Phản ứng tách là phản ứng trong đó hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị
tách ra khỏi phân tử hữu cơ mà không có nguyên tử hay nhóm nguyên tử nào
thay thế vào.
Phản ứng tách được kí hiệu bằng chữ E (Elimination).
d) Phản ứng phân huỷ
Ngoài các phản ứng thế, cộng, tách mà sau phản ứng bộ khung của phân
tử vẫn còn giữ được ít nhiều dáng vẻ ban đầu, còn có những phản ứng mà mạch
phân tử bị phá huỷ đến mức không còn có thể nhận ra là sự thế hay tách. Đó là
các phản ứng phân huỷ. Ví dụ như phản ứng cracking.
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


21

3.2.

Các kiểu phân cắt cộng hoá trị

3.2.1. Sự phân cắt đồng li. Gốc tự do
Trong phản ứng hữu cơ, liên kết cộng hoá trị C-X (X có thể là H,C, I,…)
có thể bị phân cắt sao cho mỗi nguyên tử liên kết vẫn còn giữ được 1 electron
vốn ở liên kết đó gọi là sự phân cắt đồng li.
Các tiểu phân mang electron độc thân gọi là gốc tự do.
Gốc tự do mà electron độc thân ở nguyên tử cacbon gốc cacbo tự do.
Gốc tự do thường được hình thành nhờ ánh sáng hoặc nhiệt và là những
tiểu phân có khả năng phản ứng cao. Ví dụ:
H

C

..

H

H

.

+ Cl

H

H

C

.

+ H Cl

..

H

H

3.2.2. Sự phân cắt dị li. Cacbocation và cacbanion
Khi xảy ra phản ứng hữu cơ, liên kết C-X (X: Cl, Br, OH, H,…) có thể bị
phân cắt về một phía nào đó (C hoặc X) sao cho cặp electron liên kết thuộc hẳn
về 1 trong 2 nguyên tử liên kết với nhau. Đó là kiểu phân cắt dị li.
- Sự phân cắt dị li ở phía C sẽ sinh ra 1 cation mà điện tích dương chủ yếu
ở nguyên tử cacbon, cation đó được gọi là cacbocation. Kí hiệu: R (+).
- Sự phân cắt dị li ở phía nguyên tử X sẽ tạo thành 1 anion mà điện tích
âm chủ yếu ở nguyên tử C. Anion được gọi là cacbanion. Kí hiệu: R (-).
Gốc tự do, cacbocation, cacbanion là những tiểu phân trung gian (sản
phẩm trung gian) của phản ứng hữu cơ.
3.3.

Khái niệm về cơ chế phản ứng và các phương pháp xác định cơ chế
phản ứng

3.3.1. Khái niệm

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền

22

Cơ chế phản ứng là con đường chi tiết mà phản ứng xảy ra để tạo thành
sản phẩm. Cơ chế phản ứng mô tả những thay đổi cơ bản ở các phân tử trong quá
trình phản ứng.
3.3.2. Các phương pháp xác định cơ chế phản ứng
Để nghiên cứu và chứng minh cho một cơ chế thường phải dùng nhiều
phương pháp như: hoá lập thể, đồng hoá, hiệu ứng đồng vị, nguyên tử đánh dấu,
xác nhận các sản phẩm trung gian.
- Phương pháp động học xác định tốc độ, bậc và phân tử số của phản ứng.
- Phương pháp hóa lập thể nhằm theo dõi sự biến đổi cấu hình của phản
ứng.
- Phương pháp nguyên tử đánh dấu xác định được liên kết nào bị phân cắt
trong quá trình phản ứng.
- Phương pháp xác nhận sự có mặt sản phẩm trung gian là một trong
những dẫn chứng tốt về cơ chế phản ứng.
3.4.

Phản ứng thế

3.4.1. Phản ứng thế theo cơ chế gốc tự do (SR)
a) Cơ chế
Cơ chế chung của phản ứng là:
R −H+X−Y → R −X+H−Y

X, Y: Hal2, SO2Cl2, CCl3Br,…
Phản ứng được xúc tiến khi có ánh sáng hay nhiệt với chất sinh gốc tự do
kích thích phản ứng.
Cơ chế gồm 3 giai đoạn:
-

askt
Giai đoạn khơi mào: X − X →
2X •

-

Giai đoạn phát triển mạch:

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


23
X • + R − H → X − H + R • (a)
R • + X − X → R − X + X • (b) : n lần.
...

-

Giai đoạn tắt mạch:
R• + R• → R − R
X • + X• → X − X
R • + X• → R − X

Bước quyết định tạo thành sản phẩm là phát triển mạch trong đó (a) là giai
đoạn chậm.
b) Hóa lập thể
R • có cấu trúc phẳng nên xác suất tấn công của A 2 từ 2 phía vào R • phải

tương đương nhau dẫn tới sự raxemic hoá.
3.4.2. Phản ứng thế nucleophin (SN)
Khái niệm chung: Phản ứng thế nuclêophin (S N) xảy ra bằng sự tấn công
của tác nhân nuclêophin (Nu) vào trung tâm thiếu eletron (e) và sự phân cắt
anionit của nhóm đi ra (Z) cùng với cặp e của mình (Z:).
Y(-) + R-Y  R-Y + X(-)
X: I, Cl, Br, OH, OP, OSO2Ar,…
Y: OH-, RO-, RCOO-, I-, H2O, ROH, NR3...
3.4.2.1. Phản ứng thế nucleophin đơn phân tử (SN1)
a) Cơ chế
Nếu không kể đến dung môi, đây là phản ứng đơn phân tử, 2 giai đoạn,
tạo ra R(+) trung gian ở gian đoạn chậm.
Giai đoạn 1:
Dmpc, gđ chậm
C

X

C

+ X-

Giai đoạn 2:
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


24

C

nhanh

+ Y-

C

Y

Sơ đồ cơ chế phản ứng S N1 viết trên đã được đơn giản hoá, không đề
+ −
cập đến sự sonvat hoá các ion R +, X-,...cũng như sự tạo thành cặp ion  R X  đó
δ+

δ−

và TTCT khi tạo thành cặp ion đó R ...X .
Trong trường hợp X là OH hay OR cần hoạt hoá X bằng H + hoặc ZnCl2.
Ví dụ:
(+)

+

−

H
Cl
(CH 3 )3 C − OH 

→(CH 3 )3 C − O H 2 
→(CH 3 )3 C ( + ) →
(CH 3 )3 C − Cl
− H 2O

b) Hoá lập thể
R(+) có cấu trúc phẳng hay gần như phẳng cho nên X mặt tiến công của Y từ 2 phía vào C(+) phải tương đương nhau, như vậy nếu xuất phát từ RX quang
hoạt (cấu dạng R hoặc S) sau phản ứng được biến thể Raxemic.
Y
C

C

C

quay cấu hình

Raxemic hoá

-

-X

C

Y

giữ nguyên cấu hình

Thực tế, sự raxemic hoá xảy ra không hoàn toàn vì tỷ lệ sảm phẩm quay

cấu hình và giữ nguyên cấu hình thường lớn hơn 1. Đó là vì khi R (+) kém bền,
X(-) chưa kịp ra xa, Y (-) đã tiến công R(+) và do vậy phải đi vào phía không có
X(-). Nếu độ bền của R(+) tăng lên thì tỷ lệ sản phẩm raxemic sẽ tăng theo.
Như vậy, phản ứng S N1 gây nên sự raxemic hoá và một phần quay cấu
hình.
c) Dẫn chứng
Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền


25

Phản ứng có bậc 1, v = k[ RX], tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào Y (-).
 Sự chuyển vị Vanhe-Mecvai trong phản ứng thế nuclêophin.
Đây là loại chuyển vị làm thay đổi bộ khung cacbon trong phản ứng thế
(mà thực chất là sự chuyển vị từ một R (+) kém bền thành R(+) bền hơn, trước khi
tạo phản ứng thế.
R
R

R

C

CH2X

R

R

- X(-)

C

CH2

R

C

R

CH2

R

Y

Y
R

R

C

CH2

R

R

3.4.2.2. Phản ứng thế nucleophin luỡng phân tử (SN2)
a) Cơ chế
Gồm 1 giai đoạn, đi qua TTCT:
δY

+

C

X

δ-

Y .... C

.... X

Y

+ X(-)

C

Khi X là OH hoặc OR cần dùng axit để hoạt hoá, chẳng hạn chuyển OH
(+)

thành O H 2 .
b) Hóa lập thể

Xét về án ngữ không gian cũng như độ ổn định của TTCT trong phản
ứng SN2, Y(-) tấn công C(+) từ phía không có X thì thuận lợi hơn từ phía có X.
Y .... C
C

X

Y

.... X

Y

-X

TTCT bền

quay cấu hình

Y

...
.

C ...

.

TTCT kém bền

Khoá luận tốt nghiệp ĐHSP

C

X

-X

C

Y

giữ nguyên cấu hình

SVTH Lê Thị Mỹ Huyền