ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ ( HỆ CĐ)

CHƯƠNG 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ
HÓA HỌC HỮU CƠ


1. HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ HÓA HỌC HỮU CƠ
Khái niệm
Hợp chất hữu cơ: là hợp chất của C với H và các nguyên tố khác
như O, N, S, P, halogen (trừ một số CO, CO2, CO32-).
Phân loại hợp chất hữu cơ: có thể theo 2 cách sau
* Phân loại theo hydrocarbon và dẫn xuất:
Hợp chất có một nhóm chức gọi là hợp chất hữu cơ đơn chức.
Ví dụ: CH3COOH; C2H5OH; C6H5NH2; CH3COCH3.
- Hợp chất có nhiều nhóm chức giống nhau (≥2) gọi là hợp chất
hữu cơ đa chức.
Ví dụ: HOCH2-CH2OH; H2N-CH2-CH2-NH2; HOOC-COOH.


- Hợp chất có nhiều nhóm chức khác nhau (≥2) gọi là hợp chất
hữu cơ tạp chức.
Ví dụ: H2NCH2COOH; CH2OH-(CHOH)4-CHO; H2NCH2-CH2OH
* Phân loại theo mạch C:


HỢP CHẤT MẠCH HỞ
(KHÔNG VÒNG)

HỢP CHẤT
NO
Alkan

Alcol no
Aldehyd-Ceton no
Acid carboxylic no …

HỢP CHẤT
KHÔNG NO

Alken, Alkyn, …
Alcol không no
Aldehyd-Ceton không no

HỢP CHẤT MẠCH VÒNG
(VÒNG)

HỢP CHẤT
DỊ VÒNG

HỢP CHẤT
VÒNG
Vòng no: cyclohexan
Vòng không no: cyclohexen
Vòng thơm: benzen

Dị vòng no: THF, pyrolidin
Dị vòng không no: α-pyran
Dị vòng thơm: pyridin


Nguồn gốc hợp chất hữu cơ: có thể có 2 nguồn
- Thiên nhiên: sản phẩm hóa thạch (dầu mỏ, khí thiên nhiên),

than đá, các sản phẩm động vật, thực vật,…
- Tổng hợp: phòng thí nghiệm, trong công nghiệp, …
2. PHƯƠNG PHÁP TÁCH VÀ TINH CHẾ CHẤT HỮU CƠ
Phương pháp thông thường
a. Chiết
- Dùng dung môi thích hợp có khả năng hòa tan
tốt chất hữu cơ cần tách từ hỗn hợp lỏng/ rắn với
chất khác vào dung môi đó.
Ví dụ: tách anilin trong nước bằng dung môi
diethyl ether

phễu chiết


b. Kết tinh: chủ yếu dùng cho chất rắn.
- Dựa vào sự khác nhau về độ tan của các chất trong dung môi
thích hợp ở các nhiệt độ khác nhau.
Ví dụ: dựa vào khả năng hòa tan tốt ở nhiệt độ cao và khó tan
ở nhiệt độ thấp của acetanilid trong nước mà người ta kết
tinh để tinh chế nó.
c. Chưng cất: chủ yếu dùng cho chất lỏng.
- Chưng cất thường
- Chưng cất phân đoạn
- Chưng cất lôi cuốn theo hơi nước
Phương pháp sắc ký
a. Sắc ký hấp phụ
b. Sắc ký phân bố


CHƯƠNG 2

CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ


1. CẤU TRÚC ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ CARBON
Thuyết tứ diện (Vant Hoff-Le Bel)
Nguyên tử carbon có 4 hóa trị.

C

Bốn hóa trị hướng ra 4 đỉnh của tứ diện.
Tâm tứ diện là nguyên tử carbon.
Các góc hóa trị ở tâm đều bằng 109o28’
Khi nguyên tử liên kết với 4 nguyên tử hay 4
nhóm thế đồng nhất thì được 1 tứ diện đều.

C

109o28'


Cấu trúc điện tử của nguyên tử carbon
Trạng thái cơ bản
Cấu hình C: 1s22s22p2 = 1s22s22px12py1

1s22s22p2

px

py pz

Còn 1 orbital trống (pz)
Trạng thái kích thích C*
1s22s12px12py12pz1 = 1s22s12p3

1s2

2s2

2p2

1s2

2s1

2p3

Carbon có 4 điện tử đơn độc tạo liên kết. Carbon có hóa trị 4. Bốn
điện tử kích thích có năng lượng khác nhau do đó các liên kết phải
khác nhau.


Carbon ở trạng thái lai hóa
Mô hình không gian lai hóa sp3

Lai hóa
4 orbital lai hóa sp3
Orbital lai hóa sp3

Mô hình không gian lai hóa sp2

Nhìn ngang

Nhìn từ trên xuống


Mô hình không gian lai hóa sp

Hai orbital lai hóa sp


2. SỰ TẠO THÀNH CÁC LIÊN KẾT
Liên kết cộng hóa trị- σ và π
- Liên kết hình thành do sự xen phủ cực đại của các orbital
nguyên tử thành orbital phân tử.
- Khi vùng xen phủ của các orbital nguyên tử càng lớn thì liên
kết tạo thành càng bền.
Xen phủ trục → liên kết σ

Xen phủ bên → liên kết π




Liên kết hydro:
liên kết rất yếu do sức hút tĩnh điện giữa nguyên tử H và 1 nguyên
tử khác có cặp điện tử tự do.
X-Hδ+ ... Y δĐiều kiện hình thành liên kết hydro:
X có ĐAĐ lớn hơn H sao cho X-H phân cực.

Y có cặp điện tử tự do.
X, Y thường là F, O, N. Nếu là Cl, S thì sẽ rất yếu.
O H
CH3

O H
CH3

H3C C

O
OH

O H
CH3
HO
O

O H
CH3

C CH3

Liên kết hydro liên phân tử

O

H

N O

O

H
C
O

O
H

Liên kết hydro nội phân tử


Có 2 loại liên kết hydro:
Tính
chất

LK hydro
liên phân tử

LK hydro
nội phân tử

Độ tan

Tăng trong
DM phân cực

Tăng trong
DM không phân cực

tnc, ts

Tăng

Ít ảnh hưởng


CHƯƠNG 3

CÁC HIỆU ỨNG
ĐIỆN TỬ


ĐỘ ÂM ĐIỆN MỘT SỐ NGUYÊN TỐ
H
2,1

C
2,5

N
3,0

O
3,5

F
4,0

Sự phân cực

Xét nhóm

Do ĐAĐO > ĐAĐC nên oxi có khuynh hướng hút đôi e về phía nó.
Trong liên kết cộng hóa trị, đôi e liên kết không được phân bố đối
xứng, nguyên tử có ĐAĐ lớn hơn sẽ kéo đôi điện tử về phía nó.


Sự phân cực xảy ra ở cả liên kết σ và π.
σ: mũi tên thẳng (
)
Chiều mũi tên là
chiều chuyển dịch điện tử.
π: mũi tên cong (
)
1. HIỆU ỨNG CẢM ỨNG (I: Inductive effect)
Do sự phân cực hay chuyển dịch mật độ e trong các liên kết σ.
+I : Y → C
-I :C→X
I=0: C – H
* Hiệu ứng cảm ứng +I
- Các nhóm alkyl:
H < CH3 < CH3CH2 < (CH3)2CH < (CH3)3C
Gốc càng dài, càng phân nhánh thì hiệu ứng +I càng lớn.
- Nhóm mang điện tích âm:
C- > N- > O-; O- < S- < Se-


* Hiệu ứng cảm ứng –I
- Những nguyên tố có ĐAĐ lớn hơn C
F > O > N > C (I tăng từ trái sang phải trong chu kỳ).

F > Cl > Br > I (I giảm từ trên xuống dưới trong nhóm)
- Nhóm mang điện tích dương
O+ > N+ > S+ ; O+R2 > N+R2
O+R2 > OR

; S+ > Se+

- Nhóm chưa no
C≡C > C6H6 > C=C > C-C
C≡N > C=N > C-N; C=O > C=N; C≡N > C≡C
NO2, SO3H.
Nói chung, ĐAĐ càng tăng thì –I càng lớn.


* Ứng dụng:
a. Độ mạnh của acid

Ka: hằng số phân ly

Tính acid càng mạnh khi đôi e liên kết giữa O-H
càng bị kéo lệch về phía O làm H+ dễ tách ra.
Do đó các nhóm gây –I sẽ làm tăng tính acid.
ClCH2COOH > HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH
Ka càng lớn, pKa càng nhỏ thì tính acid càng mạnh.


b. Độ mạnh của base

- Mật độ e trên N càng nhiều thì tính base càng mạnh.
- Các nhóm +I sẽ làm tăng tính base của amin.

Ví dụ 1:
a. Tính acid giảm dần
CH3 CH2 OH

CH3 CH2 NH2

CH3 CH2 CH3

Độ âm điện: O > N > C
Base liên hợp tăng dần:
CH3 CH2 O

CH3 CH2 NH

CH3 CH2 CH2

b. Tính acid giảm dần
CH3 C CH
CH3 CHCl COOH

CH3 CH CH2
CH3 CH2 COOH

CH3 CH2 CH3
CH3 CH2 CH2 OH


Ví dụ 2:

Tính base giảm dần
(CH3)3N

NH3

CCl3 (CH2)2 NH2

CH3 C N

(CF3)3N

CCl3 CH2 NH2

C6H5 CH2 NH2

p-C6H5 NH2