CÁC hợp CHẤT dị VÒNG CHỨA NITƠ

CÁC HỢP CHẤT DỊ VÒNG CHỨA NITƠ
MÃ: H06
Phần 1: MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn chuyên đề
Hợp chất dị vòng là hợp chất có chứa hệ vòng, trong vòng đó ngoài nguyên tử cacbon
còn có nguyên tử của các nguyên tố khác như nitơ, oxi, lưu huỳnh… Các hợp chất dị vòng
được phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, chúng có vai trò quan trọng trong các chu trình trao
đổi chất và có hoạt tính sinh học cao. Vì vậy các thuốc chữa bệnh đều phần lớn chứa trong nó
các phân tử dị vòng, điều đó giải thích vì sao hiện nay hơn một phân nửa số công trình khoa
học công bố trong các tạp chí về hoá học hữu cơ lại thuộc về hợp chất dị vòng. Đề thi chọn học
sinh giỏi Quốc gia, quốc tế môn Hoá học hướng đến tìm, phát hiện để phát triển và đào tạo
những chuyên gia, những nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực hoá học nên không thể thiếu
kiến thức về hợp chất dị vòng. Tuy nhiên kiến thức về hợp chất dị vòng là một lĩnh vực khá
mới mẻ với học sinh, khó học, khó nhớ và khó tiếp thu. Để học sinh có thể dễ dàng hơn trong
việc tìm hiểu hợp chất dị vòng, chúng ta có thể chia nhỏ hợp chất dị vòng theo từng mảng để
nghiên cứu và trong chuyên đề này tôi muốn chọn chia dị vòng theo dị tử và tôi chọn mảng dị
vòng có nhiều ứng dụng nhất trong thực tế: dị vòng có chứa dị tử là nitơ.
II. Mục đích nghiên cứu
Thông qua hệ thống lý thuyết và bài tập ví dụ nhằm giúp học sinh có thể tiếp thu kiến
thức về hợp chất dị vòng có nitơ tốt hơn, từ đó tiếp thu tốt kiến thức về dị vòng nói chung
nhằm hướng tới các kì thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế và hướng tới các công trình nghiên
cứu thực tế sau này về hợp chất dị vòng.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1. Các kiến thức lý thuyết về hợp chất dị vòng có nitơ.
2. Hệ thống các bài tập áp dụng dành cho học sinh giỏi các cấp.
IV. Nhiệm vụ nghiên cứu.
Giúp học sinh tiếp thu kiến thức về hợp chất dị vòng một cách dễ dàng và khoa học.
V. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về hợp chất dị vòng có nitơ trong các tài liệu bồi dưỡng kiến thức cho học
sinh chuyên Hóa, giáo trình dành cho sinh viên cao đẳng, đại học chuyên ngành hóa và các
công trình khoa học nghiên cứu về hợp chất dị vòng.

VI. Giả thuyết khoa học.
Việc học sinh nắm vững được kiến thức về hợp chất dị vòng sẽ giúp các em có những
hiểu biết mang tính khoa học và logich về sự đa dạng, phức tạp trong tính chất của chất hữu
cơ. Kiến thức về hợp chất dị vòng có nitơ có thể là tiền đề giúp các em có được những công
trình khoa học sau này khi công tác trong các lĩnh vực liên quan đến dị vòng như dược phẩm,
hoá sinh học, sản xuất phẩm nhuộm...


Phần 2: NỘI DUNG
A- LÝ THUYẾT
I)

Giới thiệu một số hợp chất dị vòng chứa nitơ

NH

N

NH
2-­‐
  Pirolin

AziriÆin

PiriÆin

N

NH

NH

NH

AzetiÆin

3-­‐
  Pirazolin

NH

NH

PiriÆazin

N
1,2-­‐
 ß ihidropiridin

PiroliÆin

PirimiÆin

N
N

NH

NH

N

PiperiÆin

Pirazin

Pirole
N
N

NH

NH

N

Azepan

Pirazole

N
N

NH

NH
NH

PirazoliÆin

ImiÆazole
N

N

N

N

1,3,5
 -­‐
 Triazin

1,2,4,5
 -­‐
 Tetrazin

N

NH
ImiÆazoliÆin

N

N

NH
NH
PiperiÆin
NH

2,2'
 -­‐
  BipiriÆin


NH

NH

IÆolin

IÆole
NH
NH

N

IÆolizin

IsoinÆole

Benzimidazole
N

N

N

N

N

N

NH

N

N

N
N
Quinazolin
N

Cinolin

Isoquinolin

Quinolin

Purin

N

N

N

N

N
Phtalazin

Quinoxalin

NaphtiliÆin

N
N

N
PteliÆin

N

N
AcriÆin

PhenantriÆin
N

N

NH

N
Carbazole

1,7-­‐
 P henantrolin

N
Phenazin

N


II) Phân loại: có rất nhiều căn cứ để phân loại hợp chất dị vòng nhưng trong phạm vi
chuyên đề này tôi chọn căn cứ vào đặc tính của vòng và số lượng vòng
1) Căn cứ vào đặc tính của vòng
* Dị vòng no
NH

NH

PiperiÆin

Azepan

NH

PiroliÆin

NH

NH

NH

NH

NH

NH
PiperiÆin

ImiÆazoliÆin

PirazoliÆin

* Dị vòng không no
H
N

H
N

H
N

NH
1,2-­‐
 ßihidropiridin

3-­‐
 P irazolin

2-­‐
 P irolin

* Dị vòng thơm
H
N

H
N

Pirazole

Pirole

PiriÆazin

PiriÆin

N
N

N

N
N

NH

N

N

1,3,5
 -­‐
 Triazin

2) Căn cứ vào số lượng vòng
* Dị vòng đơn

IÆole

Quinolin

N


N

NH

NH

2-­‐
  Pirolin

PiroliÆin

PiriÆin
N

NH

NH

NH

PiperiÆin

3-­‐
  Pirazolin

NH

NH
NH

N
1,2-­‐
 ß ihidropiridin

PirazoliÆin

NH

PirimiÆin

N

N

N
N

NH
PiperiÆin

Pirole

N

NH

N

1,3,5
 -­‐
 Triazin

1,2,4,5
 -­‐
 Tetrazin

N

* Dị vòng đa
H
N

NH

IÆolin

N

IÆole

N

2,2'
 -­‐
  BipiriÆin
N

N
NH

IsoinÆole

N
Quinazolin

Quinolin

NH
N
Carbazole

PhenantriÆin

N
AcriÆin

III)

Cấu trúc

1) Dị vòng no
-­‐
  Dfi
 vflng
 no

..
NH

=> có tính bazơ giống amin ở nguyên tử Nsp3.
2) Dị vòng thơm: xét cấu trúc 1 số dị vòng điển hình
a) Pirole
H

H

N
..

N

δ+
δ-

- Pirole gần như không còn tính bazơ vì đôi e tham gia liên hợp tạo vòng thơm, đôi e của N

tham gia liên hợp làm H linh động làm pirol có tính axit và pirole có liên kết H liên phân tử
- Tính thơm của pirole
NH

: NH

Æ´i
 e
 cÒa
 nit¨
 tham
 gia
 li™n
 hÓp
 lµm
 h ÷
 c„
 t›nh
 th¨m,
 mÀt
 ÆÈ
 e
 trong
 vflng
 lÌn
 h¨n
 benzen
 

 =>

 P irole
 ph∂n
 ¯ˉng
 S
 

E
 d ‘
 h ¨n
 benzen.

- Có 2 vị trí ở pirol tham gia phản ứng thế SE là (1) và (2) nhưng ưu tiên (1) vì trạng thái trung
gian bền hơn do điện tích dương được giải toả trên 3 cấu trúc cộng hưởng
H
N

(1)

(2)

Nếu thế SE ở vị trí (1)
NH
..
+ E

NH
..

+

E

+

NH
..

E

NH

+

NH
..

E

+ H

+

Nếu thế SE ở vị trí (2)
NH
..
+

E

+

NH

NH
..
+

+

NH
..
+ H

E

E

E

E

+

+


b) Piriđin
2

sp

N

1
N

6

2

5

3
4

- Piriđin có tính bazơ rất yếu ở Nsp2
- Hệ thơm của piriđin
N

1
N

6
5

2
3

4
nguy™n
 tˆ

 N

sp2
 h Ût
 e
 lµm
 mÀt
 ÆÈ
 e
 tr™n
 c∏c
 nguy™n
 tˆ
 C
 g i∂m,
 n h
 t
 lµ
 Î
 c∏c
 vfi
 tr›
 2 ,4,6

=>
 PiriÆin
 p h∂n
 ¯ˉng
 S

E
 k h„
 h¨n
 b enzen
 vµ
 p h∂n
 ¯ˉ ng
 uu
 ti™n
 vfi
 tr›
 3 ,
 5

Có 3 vị trí ở Piriđin tham gia phản ứng thế SE là (1); (2); (3) nhưng ưu tiên (2) vì trạng
thái trung gian bền hơn ở (1) và (3).
(1)

N

(2)
(1)

Nếu thế SE ở vị trí (1)
N
+ E

+

N

+

E

N

E

E

N

+

N

E
+ H

+

+

(*)
trong
 Æo
 c
 u
 trÛc
 (*)

 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (+)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 n™n
 ph¯ˉc
 trung
 gian
 k o
 b “n

Nếu thế SE ở vị trí (2)
N

N
+ E

+

+

+

E

trong

 Æ„
 kh´ng
 c„
 c
 u
 trÛc
 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (+)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 

Nếu thế SE ở vị trí (3)

N

N

N

+
E

+ H
E

E

+


(*)
N

N
+ E

+

N

N

N
+
+

+ H

+

E

E

E

E

+

trong
 Æo
 c
 u
 trÛc
 (*)
 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (+)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 n™n
 p h¯ˉc
 trung
 gian
 ko
 b“n

- Nguyên tử N trong piriđin hút e của hệ vòng làm mật độ e trong vòng giảm => Piriđin có
phản ứng thế nucleofin vào vòng.
(1)
2

N

sp
N

(6)

(2)
(3)

(5)
(4)
nguy™n
 tˆ
 N

sp2
 h Ût
 e
 lµm
 mÀt
 ÆÈ
 e
 tr™n
 c∏c
 nguy™n
 tˆ
 C
 g i∂m,

 n h
 t
 lµ
 c∏c
 v fi
 tr›
 2,4,6

=>
 PiriÆin
 tham
 gia
 ph∂n
 ¯ˉng
 S

N
 v µ
 u u
 ti™n
 vfi
 tr›
 2,4,6

Có 3 vị trí ở Piriđin tham gia phản ứng thế SN là (1); (2); (3) nhưng ưu tiên (1) và (3) vì
trạng thái trung gian bền hơn ở (2)
(1)

N

(2)
(1)

Nếu thế SN ở vị trí (1)
N

N
+ Nu

-

Nu

N

Nu

Nu

N

-

N

Nu
+ H-G

-

(*)
trong
 Æo
 c
 u
 trÛc
 (*)
 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (-­‐)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 n ™n
 Æi÷n
 t›ch
 ©m
 ÆuÓc
 gi∂i
 to∂,
 ph¯ˉc
 trung
 gian
 b“n

Nếu thế SE ở vị trí (2)
N

N
+ Nu

-

-

Nu

trong
 Æ„
 kh´ng
 c„
 c
 u
 trÛc
 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (+)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 

Nếu thế SE ở vị trí (3)

N

N

N

Nu

Nu

+ H-G
Nu


(*)
N

N
+ Nu

N

N

N
-

+ H-G

-

Nu

Nu

Nu

Nu

trong
 Æo
 c
 u
 trÛc
 (*)
 c„
 Æi÷n
 t›ch
 (-­‐)
 tr˘c
 ti’p
 tr™n
 N
 n™n
 ph¯ˉc
 trung
 gian
 b “n

IV) Tính chất hoá học
1) Dị vòng no: có tính bazơ giống amin bậc 2
+

NH2 Cl

NH
+

-

HCl

2) Dị vòng thơm
a) Tính axit – bazơ
* Pirol có tính bazơ và tính axit.
- Pirole có Ka = 10-15 : phản ứng được với KOH và cơ magie
H

K

N

N
+

+ H 2O

KOH

- Pirole có Kb = 10-14 : tác dụng với axit mạnh và bị polime hoá.
* Piriđin chỉ có tính bazơ
+

N

NH Cl
+

-

HCl

b) Tính thơm: phản ứng thế electronfin SE
- Pirole có phản ứng SE dễ hơn bezen: phản ứng đặc trưng
H
N

H
N
+ HNO 3 Æ∆c/(CH 3 CO) 2 O

NH
+

o

SO 3 ,
 90 C

H2SO 4

NH

NO2

SO 3H

+ H 2O


NH

NH

0

+

(CH3CO)2O

COCH3

250 C

+

CH3COOH

- Piriđin có phản ứng SE khó hơn nhiều bezen ngoài do hệ e(∏) bị N hút thì còn do N(giàu e
hơn nhờ hút e của vòng) phản ứng với tác nhân E+ thành dạng piriđini, dạng piriđini mật độ e
giảm thấp nên hoạt tính với tác nhân electrofin giảm từ 1012 - 1018 lần so với bezen.
N

+

HNO 3 Æ∆c

H2SO 4 Æ∆c

N
+

H 2O

NO2
hi÷u
 s u
 t
 6%

b) Phản ứng thế nucleofin SN:
N

-

N Li

o

0 C
+

+

C6H5

C 6H5-Li

t

N

o

C6H5
+

LiH

* Trong phần tính chất hoá học tôi nêu ra 2 đại diện điển hình, trên cơ sở xét 2 đại diện đó
có thể áp dụng vào các dị vòng khác.
Ví dụ: Imidazole
H
N (3)
N (1)

- Nguyên tử N3 có đôi e liên hợp tạo vòng thơm nên có đặc tính giống N của pirol: N1 gần như
không còn tính bazơ, nguyên tử H trở nên linh động có thể tạo liên kết H và có thể hiện tính
axit.
- Nguyên tử N1 đôi e không tham gia liên hợp nên tính bazơ tương tự N của piriđin.
Benzimidazole
(3)
NH

N (1)
Benzimidazole

- Nguyên tử N3, N1 trong benzimidazole có tính chất tương tự N3 và N1 trong pirole.
V)
Điều chế
1) Đóng vòng dạng pirole


- Phương pháp Paal - Knorr
..
+ R-NH2
O

OH

OH

O

O

..
NH-R

HO

OH
- H2O

NH-R

NH-R

HO

- Phương pháp Knorr
HO
O

+

..
NH2

R

R

R

- 2H 2O

bazo
OH

- H2O

NH

O

NH

Đóng vòng dạng piriđin: Phương pháp Paal - Knorr
R
R

O

bazo

+

I.

:NH3

- H2O

O

O

R
..
O H2 N

- H2O

O O

R
- H2O

N

BÀI TẬP

Bài tập 1. So sánh nhiệt độ sôi của các chất trong dãy chất sau:
S

H

H

N

N
N

N

N

N

(4)

(3)

(2)

(1)

Lời giải:
- So sánh: (3) > (4) > (2) > (1)
- Giải thích: (3) , (4) có liên kết H nên nhiệt độ sôi cao hơn (2), (1). Trong đó (3) có liên kết
liên phân tử nên nhiệt độ sôi cao hơn (4) có liên kết H dạng đime.
(3)

(4)
H

H

N

N

H

N

N

H

N

N

N

N

N

N
H


(2) có PTK lớn hơn (1)
N

S

(1)

(2)
N
M = 79

M = 85

Bài tập 2: Ba trong số các dị vòng quan trọng của thiên nhiên là indol, purin, benzimidazole :

a. So sánh nhiệt độ nóng chảy.
b. So sánh tính bazo.
c. So sánh tính axit.

Lời giải:
a) - So sánh: B > C > A
- Giải thích: B có nhiều trung tâm tạo liên kết H bền N-H…N1,3,9. C có 1 trung tâm tạo liên kết
H N-H…N1. A hầu như không tạo liên kết H.
7

6

3

NH

1N

NH

N

3

5

1
C

B

4

>

N

9

1
NH

6

>
N
3

7

A

b) - So sánh: C > B > A
- Giải thích: ở chất A nguyên tử N hầu như ko còn tính bazơ do đôi electron tham gia liên hợp
tạo vòng thơm, B có 2 nguyên tử N ở vòng 6 cạnh hút e làm giảm tính bazơ ở nguyên tử N9 so
với tính bazơ của nguyên tử N1 ở chất C (C không có dị tử N nào ở vòng 6 cạnh).
c) - So sánh: B > C > A
- Giải thích: B có 3 nguyên tử N1,3,9 hút e làm H ở N7 linh động nhất, chất C có một N1 hút e
còn A không có nguyên tử N nào hút e nên H ở nhóm –NH có tính axit yếu nhất.
Bài tập 3: Cho các chất sau:
N
O

(A)

S

(B)

N

N

H

H

(C)

a. So sánh (có giải thích) tính bazơ của C, D, E, F.

(D)

N
N

N

(E)

(F)


b. Chỉ rõ đặc điểm cấu trúc của hợp chất E cho thấy E là chất thơm. So sánh khả năng phản

ứng thế electrophin của E với benzen và cho biết vị trí phản ứng ưu tiên ở E.
c. So sánh nhiệt độ sôi của dãy hợp chất trên.
Lời giải:
a) - So sánh: D > E > F > C
- Giải thích:
3
NH
..
N
D

1
N

N
>

>

1

NH
..
N

E

3

>

C

F

chất D có nguyên tử N1 có tính bazơ mạnh nhất do đôi không phải tham gia liên hợp tạo vòng
thơm, N1 của D còn nhận được e từ sự liên hợp vào vòng của đôi e ở nguyên tử N3 nên có sự
giải tỏa điện tích trong axit liên hợp
NH

NH

NH

hoÆc
N
H

N
H

N
H

Chất E, F đôi e của nguyên tử N không tham gia liên hợp với vòng nhưng E có tính bazơ mạnh
hơn F vì F có 1 dị tử N3 hút e.
1
N

N
>

E

N

3 (hÛt
 e
 cÒa
 N 1 )

F

C mất tính bazơ ở nguyên tử N vì đôi e của nó tham gia liên hợp với vòng

N
H

(chất C)

c) * Các cấu trúc cộng hưởng của pyridin:

N

N

- Các nguyên tử C và N đều ở trạng thái lai hóa sp2 và các liên kết σ (C-C, C- N) nằm trên
cùng 1 mặt phẳng ⇒ phân tử phẳng


- Nguyên tử N có 3AO – sp2 tạo liên kết σ với 2 nguyên tử C còn AO lai hóa thứ 3 chứa cặp e
tự do. AO – p nguyên chất chứa 1e độc thân nằm thẳng góc với mặt phẳng khung σ tạo đám

mây e duy nhất với các AO – p của 5 nguyên tử C.

N

=> Pyridin có hệ e liên hợp kín.
- Pyridin chứa 6e-π thỏa mãn công thức Huckel: (4n+2).
=> Kết luận: pyridin là hợp chất thơm
* Khả năng thế electrophin của pyridin kém hơn nhiều so với benzen do nguyên tử N có độ âm
điện lớn hơn C gây hiệu ứng –I làm giảm mật độ e trong vòng thơm. Mặt khác trong môi
trường axit (môi trường thường được sử dụng để thực hiện phản ứng thế electrophin) pyridin
bị proton hóa nên sự tấn công của electrophin vào vòng xảy ra khó khăn.
H
+

H
N

E
+

E+

E

N
H

-H

N

H

N
H

Sự phân cực của liên kết C – N làm phân bố lại mật độ e trong hệ liên hợp dẫn đến sự phân bố
lại điện tích.
+

δ

N

- Tác nhân E ưu tiên tấn công vào vị trí β (C3, C5)
(E)

4
5

(E)
3

6

2
N

b) - So sánh: D > C > F > E > B > A
<

<
O

S

(A)

t s0

320C

(B)

840C

N

<
N

(E)

1150C

N

<

<
N

N

H

H

(F)

(C)

1240C

1310C

2360C

N

(D)

- Giải thích: C, D có liên kết H liên phân tử nên nhiệt độ sôi lớn hơn A, B, E, F không có liên
kết H .


H

N

N

(D)

H

N

N

H

N

N

(C) có liên kết H liên phân tử nhưng liên kết H xảy ra giữa H của nhóm NH- với hệ liên hợp
khép kín của nhân thơm của N nên liên kết H liên phân tử này yếu hơn liên kết H của (D)
N
H ...
N
H ...
N
H ...

(C)

(F) có 2 nguyên tử N nên phân cực hơn E => momen lưỡng cực (F) lớn hơn (E).
N

(F)

(E)

>
N

N

(B) < (E) do nguyên tử N có độ âm điện lớn hơn S nên liên kết C-N phân cực mạnh hơn liên
kết C-S dẫn đến mômen lưỡng cực của E > B.
(B)

(E)

<
S

N

(A) < (B) do khối lượng phân tử của B > A
(A)

(B)

<
S

O
MA = 68

MB = 84

Bài tập 3: Sắp xếp các hợp chất: axetamit (I), DBN (II) và guianidin (III) theo thứ tự tăng
dần tính bazơ. Giải thích?
N
N

CH3-CONH2
(I)

Lời giải:
- Sắp xếp: (III) > (II) > (I)

N

(II)

H2N

H
NH2

(III)


- Giải thích:
2) Ở hợp chất amit, đôi electron trên ocbital p của Nsp2 xen phủ với nhóm cacbonyl nên làm
cho tính bazơ của amit rất thấp (gần như trung tính).
O
H3C

C
..NH2

DBN có tính bazơ ở nguyên tử Nsp2 do đôi e của Nsp3 liên hợp sang. Khi bị proton hoá điện tích
dương có thể giải toả trên cả 2 nguyên tử N nên cation khá bền.
H

N
N:

+

+

+

N

:N

NH

N

+
NH

N

và

Guanidin là bazơ rất mạnh, nguyên tử Nsp2 nhận được sự liên hợp từ đôi e của 2 nguyên tử
Nsp3 . Khi bị proton hóa, điện tích dương có thể giải tỏa trên ba nguyên tử N, tạo nên một
cation rất bền. (pKaH 13.6, mạnh gần như NaOH).

..
H2N

NH
NH2
..

..
H2N

và
NH
NH2
..

+

H

+

..
H2N

NH

..
NH

+
+

..
H2 N

NH2
NH2
..

NH2
..

NH2

Bài tập 4: So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau, giải thích?

N

Lời giải:
- So sánh:

S

O

..
NH

N
H

+


<

<

(5)

<

<

O

S

N

(4)

N
H

(3)

(2)

(1)

- Giải thích:
(1) có liên kết N-H phân cực nên có momen lưỡng cực lớn hơn (2), (2) chứa nguyên tử N có
độ âm điện lớn hơn S nên liên kết C-N phân cực mạnh hơn liên kết C-S dẫn đến mômen lưỡng
cực của (3). (3) có PTK > (4).
(4)

(3)

<
S

O
MA = 68

MB = 84

(4) chứa liên kết C-O phân cực nên có momen lưỡng cực lớn hơn (5).
Bài tập 6: So sánh tính bazơ của:
N

N
H

N
H

Pyrol

piperidin

Pyridin

Lời giải:
- Sắp xếp tính bazơ: Piperiđin > Piriđin > Pirol
- Giải thích: Piperidin có tính bazơ mạnh nhất vì đôi e thuộc Nsp3. Pirol gần như không còn
tính bazơ vì đôi e tham gia liên hợp.

>

>

N sp3
H

N sp2

Piperidin

Æ´i
 e
 cÒa
 nit¨
 tham

 gia
 li™n
 hÓp

..
N
H

Piridin

N
H

Pirol

Bài tập 7: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần tính bazơ
NH

N

NH

N

N

NH

N

Lời giải:
- Sắp xếp tính bazơ:
(2)

(1)

N
>
3

N sp
H

N
H

(4)

(3)

2

sp

>

>
N sp2

N

N sp2

(5)
>
N
H


- Giải thích: (1) có tính bazơ mạnh nhất vì Nsp3, Nsp2 của (2) không tham gia liên hợp nhưng
nhận được e từ sự liên hợp của nguyên tử N thú 2 trong vòng. Nsp2 của (3) không bị hút e bởi N
thứ 2 trong vòng như (4). (5) gần như không còn tính bazơ vì đôi e tham gia liên hợp.
Bài tập 7(QG – 2001): Xinconiđin (X) có công thức cấu tạo (hình đưới).
N
CH
9

CHOH

CH2

N

X là đồng phân lập thể ở C9 của Xinconin (Y).
1) Hãy ghi dấu * vào mỗi nguyên tử cacbon bất đối và khoanh vùng trên nguyên tử nitơ có
tính bazơ mạnh nhất trong phân tử X.
2) Cho từ từ dung dịch HBr vào X ở nhiệt độ phòng rồi đun nóng nhẹ, sinh ra các sản phẩm
chính là A (C19H23BrON2), B (C19H24Br2ON2), C (C19H25Br3ON2) và D (C19H24Br4N2). Chế
hoá D với dung
dịch KOH trong rượu 90o thu được E (C19H20N2)
Hãy viết công thức cấu tạo của A , B , C , D , E. Ghi dấu * vào mỗi nguyên tử cacbon bất đối

trong phân tử D và E.
3) Cho C6H5COCl vào X và Y thu được sản phẩm đều có công thức C26H26N2O2 (đặt là F và
G). F và G có đồng nhất (cùng là một chất) hay không? Chúng có nhiệt độ nóng chảy giống
hay khác nhau? Tại sao?
Lời giải:
1)
2

sp
N

*

C19H22ON2

*
9

2)

CHOH *
*

N3
sp

CH

CH2

2

sp
N

CH
9

A

CHOH

+

NH Br

CH2

-

;

2

sp
N

CHBr
9

B

CHOH

+

NH Br

CH3

-

+ -

NH Br

CHBr CH3
9

C

CHOH

+

NH Br

-

;

+ -

NH Br

*

D

*
*

9

CHBr
*

*

+

NH Br

CHBr

CH3

-

2

sp
N

*
*
9

E

CH

+

NH Br

CH

CH2

-

3) F, G là đồng phân đối quang được tạo ra từ X, Y nên không đồng nhất nhưng có nhiệt độ
nóng chảy giống nhau.
2

sp
N

CH
9

C6H5COOCH

N3
sp

CH2


Bài tập 5: (QG – 2004) Pirol là một hợp chất dị vòng với cấu trúc nêu trong hình vẽ. Pirol
phản ứng
với axit nitric khi có mặt anhiđrit axetic tạo thành sản
phẩm X với hiệu suất cao .
a) Viết phương trình phản ứng tạo thành X .
b) Phản ứng này thuộc loại phản ứng gì ? Giải thích dựa
trên cấu tạo của pirol.

H

H

H

N

H

H

c) Giải thích vị trí của pirol bị tấn công khi tiến hành phản ứng này bằng các chất trung gian và
độ bền của chúng.
d) So sánh phản ứng nêu trên với phản ứng nitro hoá của benzen và toluen bằng hỗn hợp
HNO3 /H+.
Lời giải:
a)
Anhidrit axetic
HNO3
H N

N H

NO2 + CH3COOH

b) Đây là phản ứng thế electrophin vì pirol là một hợp chất dị vòng có tính thơm do có 2 cặp
electron π và cặp electron chưa tham gia liên kết của nitơ.

N H

N H

N H

H N

H N

c) Phản ứng thế electrophin của pirol và vị trí ortho đối với nguyên tử nitơ, tức là ở cacbon
cạnh nguyên tử nitơ do cacbocatron trung gian bền hơn nhờ 3 cấu trúc liên hợp

NO2

NO2

N HH

N

NO2
N

H

H

H

H

Nếu nhóm NO2+ tấn công ở cacbon số 3 so với nitơ chỉ có 2 cấu trúc liên hợp kém bền và
không ưu tiên.
H

NO2

H

N

N

H

H

NO2


d)
NO2
+ HNO3 + H+
CH3

CH3

CH3
+ HNO3 + H

NO2

+

H oÆc
NO2

Do hiệu ứng liên hợp của đôi electron không liên kết trên nitơ của pirol nên vòng pirol có mật
độ electron cao hơn so với vòng benzen vì vậy phản ứng thế electrophin của pitrol dễ hơn của
benzen.
Vòng benzen của toluen có thêm nhóm –CH3 đẩy electron định hướng nhóm NO2 vào vị trí
ortho như pirol hoặc có thể định hướng vào para.

Bài tập 4: (QG – 2009) Cho 3 dị vòng (hình dưới). Hãy sắp xếp các dị vòng theo thứ tự tăng
dần nhiệt độ sôi; tăng dần tính bazơ của các nhóm –NH. Giải thích?
N
N
H

N
H

N
H

(A)

(B)

(C)

Lời giải:
a) - Sắp xếp nhiệt độ sôi: C > B > A
- Giải thích: C, B, A đều có liên kết H liên phân tử
...........
........... NH ........... NH ........... NH ...........
3

sp

A

B

NH ...........
NH ...........
NH ...........

... H

N
(3)

N ... H
(1)

N

N ... H

N

N ...

C

nhưng liên kết H của chất C bền nhất hơn do N3 dùng đôi e liên hợp với vòng làm tăng mật độ
e ở N1 đồng thời làm cho H ở H-N3 linh động hơn. A liên kết H kém bền nhất vì H ở HN kém
linh động nhất do liên kết với Nsp3
b) - Sắp xếp tính bazơ: A > C > B


- Giải thích: A tính bazơ thuộc Nsp3. B có tính bazơ ở nguyên tử N1, đôi e không liên hợp vào

vòng. B gần như không còn tính bazơ do đôi e của N liên hợp với vòng tạo tính thơm.

3

N sp
H
(A)
N

(1)

.. 2
N sp

N (3)
H

Æ´i
 e
 cÒa
 N 1
 k h´ng
 tham
 gia
 li™n
 hÓp

N
H

(C)
Æ´i
 e
 cÒa
 n it¨
 tham
 gia
 li™n
 hÓp

..
N
H

N
H

(B)

Bài tập 5: (QG 2010) a) So sánh (có giải thích) tính bazơ của các hợp chất A và B dưới đây:
N
C6H5-CHOH-CH2NHN
A

C6H5-CHOH-CH2NHB

b) Cho benzen, piriđin, các chất hữu cơ mạch hở và chất vô cơ. Viết sơ đồ các phản ứng tổng
hợp A.
Lời giải:
a) - So sánh tính bazơ: A < B

- Giải thích: Ở A, tâm bazơ là nguyên tử N-piriđin chịu ảnh hưởng -I và +C của nhóm NH.
Hiệu ứng không gian của mạch nhánh làm khó cho sự proton hóa.

N
C6H5-CHOH-CH2NHN
A

C6H5-CHOH-CH2NHB

Ở B, tâm bazơ là nguyên tử N-piriđin chịu ảnh hưởng -I (yếu hơn vì ở cách xa hơn) và +C của
nhóm NH. Mạch nhánh không gây hiệu ứng không gian.
b) Phản ứng tổng hợp A.
C6H6

CH2=CH2
H+

C6H5CH2CH3

NH3 (láng)

C6H5CH=CH2

C6H5CH-CH2
O

KNH2

N

to

N

NH2

RCOO2H

C6H5CH-CH2
O

C6H5-CHOH-CH2NHN
A


Bài tập 5: (QG 2013) So sánh (có giải thích) tính bazơ của hai hợp chất X và Y dưới đây:
NH2

N

N

(X)

(Y)

NH2

Lời giải:
- Ở trạng thái tĩnh, nhóm NH2 ở vị trí octo gây hiệu ứng không gian với nguyên tử N trong dị

vòng, đồng thời hiệu ứng –I của nhóm này cũng phát huy tác dụng mạnh hơn vị trí para, nên
làm giảm mật độ e của N trong dị vòng.
- Ở trạng thái động, xét độ bền của axit liên hợp của hai hợp chất này:

H2N

N

+

+

H

H2N

+

H

δ+
+
N

N

NH

H

δ+

δ+

H
NH2
N

+

H

+

NH2

N

+

+
N

NH

H

H

H

δ+

δ+
δ+

Ở dạng axit liên hợp của đồng phân octo xuất hiện lực đẩy tĩnh điện giữa hai trung tâm mang
điện tích dương
là các nguyên tử H của nhóm NH2 và nguyên tử H ở nguyên tử N bị proton hóa. Lực đẩy
tĩnh điện này làm giảm độ bền của axit liên hợp, làm cân bằng dịch chuyển theo chiều
nghịch, làm giảm lực bazơ của bazơ tương ứng.
Bài tập 5: Để điều chế 2-phenylxiclo [3.2.2] azin (C16H11N) người ta tiến hành đun 2,6đimetylpiriđin với phenaxyl bromua ở 500C trong 48 giờ rồi chế hóa với NaHCO3,, nhận được
hợp chất A là 2-phenyl-5-metylpirocolin (xem công thức).
Xử lí A bằng phenyl liti trong ete ở -300C rồi cộng tiếp với
N,N-đimetyl- fomamit và đun nóng trong thời gian ngắn
với axit axetic sẽ thu được sản phẩm với hiệu suất 45%.

CH3

N

Ph
1. Viết cơ chế phản ứng xảy ra trong quá trình điều chế trên.
(A)
2. Hãy dẫn ra cấu trúc cộng hưởng quan trọng nhất phù hợp với
chính công thức xiclo[3.2.2]azin.
3. So sánh tính bazơ của sản phẩm với anilin, so sánh khả năng nitro hóa với pirol và piriđin.
Nhóm nitro vào vị trí nào dễ nhất ?

Bài tập 5: Cho các chất: anilin, glyxerol, axit photphoric. Viết sơ đồ các phương trình phản
ứng để điều chế
N

(quinolin).

Lời giải:
* Điều chế quinolin: phương pháp Skraup
HOCH2-CHOH-CH2OH

H3PO4

CH2=CH-CHO

H

CHO

+

+

H

+ H2C=CH-CHO
NH2

NH

OH

NH

-2H

NH

H
- H2O

N

Bài tập 4: Trong phòng thí nghiệm có các chất hữu cơ là 4- metylpiriđin , benzen, metanol và
các chất vô cơ cần thiết, hãy viết sơ đồ phản ứng tổng hợp chất X có công thức cấu tạo sau
đây:
CH3
H3C
N

CH2-CH3

Cho piriđin có công thức là :

N

Lời giải:
Cl2
askt,

t0

Cl

Mg/ete
MgCl

1. O

OH

2. H2O/H+
H 2SO 4, t0
-H 2O
CH 2N 2
hν


CH3OH

+ HI

CH3OH CuO
O
t C

CH3-I

Mg / ete

CH3MgI

CH3MgI

H-CH=O

H3O

+

CH3-CH2-OH

+ HBr

CH3CH2-Br

CH3
O
O2, V2O5

O

O

t C

H3C

+

CH3 O

O

O

H3C

NH

t C
O

CH3CH2Br

H3C
NH3

CH3 O

O

CH3 O
N-CH2-CH3

NaOH
O

LiAlH4

H3C

O
CH3
N-CH2-CH3