Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

MỞ ĐẦU
Công nghệ tổng hợp các hợp chất hữu cơ nói chung và các hợp chất có hoạt
tính sinh học nói riêng (dược phẩm, mỹ phẩm, các thuốc bảo vệ thực vật…) rất cần
thiết đến những hiểu biết sâu về hoá học, đặc biệt là hoá học hữu cơ, về việc đưa các
nhóm chức vào phân tử hiđrocacbon, về các phương pháp chuyển hoá giữa các nhóm
chức, các phương pháp nối dài mạch cacbon…
Hoá học hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống, trong
tự nhiên các hợp chất hữu cơ rất phong phú về số lượng và đa dạng về thể loại. Nhưng
như chúng ta đã biết, chúng được chia thành hai loại cơ bản: hiđrocacbon và dẫn xuất
của hiđrocacbon (hợp chất hữu cơ có nhóm chức ). Giữa hai loại này luôn có mối quan
hệ chuyển hoá lẫn nhau trong các quá trình phản ứng.
Như vậy, việc chuyển hoá từ các hợp chất hiđrocacbon thành hợp chất có nhóm
chức là một việc rất cần thiết và quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Với mong muốn
nghiên cứu kỹ hơn, đầy đủ hơn về nội dung trên và hệ thống hoá các quá trình đó nên
tôi đã chọn đề tài: “ Đưa các nhóm chức vào phân tử hiđrocacbon”. Tôi hy vọng
rằng đề tài này một phần nào sẽ giúp cho bản thân tôi và bạn đọc hiểu sâu hơn về mối
quan hệ giữa hiđrocacbon và dẫn xuất của nó.
Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi những
sai sót, mong đón nhận những lời góp ý từ bạn đọc để đề tài được hoàn chỉnh hơn.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

1


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

NỘI DUNG
1. Đưa các nhóm chức vào ankan

Vì phân tử ankan được cấu tạo gồm toàn bộ liên kết σ bền vững nên chúng
tương đối trơ với các tác nhân electrophin cũng như nucleophin. Tuy nhiên chúng có
thể tương đối dễ dàng tham gia phản ứng thế theo cơ chế gốc (Free-radical
Substitution Reactions, kí hiệu là SR), nhất là với các halogen và axit nitric loãng.
1.1. Với halogen (X2 = Cl2, Br2):
Chúng ta biết rằng từ Flo đến Iot tính oxi hoá giảm dần, do đó ta không sử dụng
F2 vì nó phản ứng quá mạnh, có thể gây nổ và thường phân huỷ sản phẩm tạo C + HF.
Mặt khác ta không dùng I2 vì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại.Vì vậy để đưa flo
và iot vào ankan ta phải điều chế qua con đường gián tiếp bằng phản ứng Clemensen
thông qua hợp chất muối điazo.
Khả năng tham gia phản ứng thế gốc của Cl 2 mạnh hơn nhưng có tính chọn lọc
kém hơn so với Br2.
Ví dụ 1:
+ Br2
3000C

CH3- CBr- CH3

+ Cl2
3000C

CH3- CCl- CH3

HBr

CH3
(s¶n phÈm duy nhÊt)

CH3- CH- CH3
CH3

+

CH3

+

CH3- CH- CH2Cl

+ HCl

CH3

Ví dụ 2:
CH3- CH2- CH3

hν
+ Cl2 →
CH3- CHCl- CH3 + CH3- CH2- CH2Cl + HCl
(sản phẩm ưu tiên)
Chú ý: Từ propan trở đi, khi clo hoá thường tạo hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của
nhau, trong đó ưu tiên thế vào cacbon có bậc cao hơn, nghĩa là ứng với giai đoạn tạo
gốc tự do bền hơn.

1.2. Với HNO3 loãng:
Để nitro hoá ankan ta không dùng axit HNO 3 đặc hoặc hỗn hợp nitrosunfuric vì
xảy ra phản ứng oxi hoá mãnh liệt. Vì vậy có thể dùng axit HNO 3 loãng (35- 40%)
hoặc HNO3 thể khí ở nhiệt độ cao (300- 5000C), phản ứng được xúc tác khơi mào khi
có mặt một ít O2 hoặc halogen (Cl2, Br2).
,t

Tổng quát: R- H + HO-NO2(loãng) O

→ R-NO2 + H2O
Ví dụ:
,t
CH3- CH3 + HO-NO2(loãng) O

→ CH3- CH2-NO2 + H2O
0

2

2

0

1.3. Sunfoclo hoá:
Khi cho SO2 và Cl2 (thường theo tỉ lệ 2: 1, tức dư SO2) cùng tác dụng lên ankan
ở 20- 300C có chiếu sáng bằng đèn tử ngoại hoặc có chất khơi mào là một peroxit sẽ
thu được ankan sunfoclorua:
ν , peoxit
R- H + SO2 + Cl2 h

→ R-SO2Cl + HCl

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

2

Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Khi thuỷ phân dẫn xuất ankan sunfoclorua có mạch cacbon khá dài (> 10C)
bằng NaOH, ta sẽ thu được các muối sunfonat là những chất có tác dụng tẩy rửa tốt. Vì
vậy, phản ứng sunfoclo hoá các ankan có ý nghĩa thực tế trong sản xuất nguyên liệu xà
phòng.
R-SO2Cl + 2 NaOH  R-SO3Na + H2O + NaCl
1.4. Sunfooxy hoá:
Khi cho SO2 và O2 với tỉ lệ đẳng phân tử, tác dụng với ankan có mạch từ 6- 8
cacbon ở nhiệt độ 20- 300C, đồng thời chiếu sáng bằng đèn tử ngoại, sẽ thu được
ankan sunfoaxit:
hν
R- H + SO2 + O2 →
R- SO3H
Quá trình sunfooxy hoá cũng có thể tiến hành khi có mặt anhydrit axetic nhưng phải
tiến hành ở nhiệt độ 450C và áp suất 15- 18 atm.
2. Đưa các nhóm chức vào anken, xicloanken
Do trong phân tử anken, xicloanken có chứa 1 liên kết π không bền nên chúng
hoạt động hoá học mạnh hơn so với ankan. Anken có 2 vị trí với khả năng phản ứng
khá cao đó là:
C = C- CH2-

C=C
Liên kết đôi:
và cacbon alyl:
Tuy nhiên, tính chất quan trọng nhất của anken là sự tương tác của chúng với
tác nhân electrophin.

2.1. Phản ứng cộng electrophin (Electrophilic Addition Reactions, kí hiệu là AE):
2.1.1. Cộng X2 (X là Cl, Br) :

Phản ứng cộng X2 được tiến hành trong dung môi phân cực hoặc vật liệu phân
cực, với tác nhân electrophin là X+ đi qua giai đoạn tạo cation vòng oni. Do đó, phản
ứng này xảy ra theo kiểu cộng trans.
Ví dụ:
CH2= CH2 + Br2 CCL

→ CH2Br- CH2Br
4

H
C

C

H

+ Br2

C
H3C

C

C

C

Br

H

+

CH2CH3

+ Br2

H
trans-pent-2-en

H

Br
C

C
H3C

Br

CH3CH3
H

(2R, 3S)-2,3-dibrom pentan

+

Br

H

C
H3C

CH2CH3

(2R,3R)-2,3-dibrom pentan

cis-pent-2-en
H

Br

H3C

CH2CH3

H3C

H

Br

C

H
CH2CH3

(2S,3S)-2,3-dibrom pentan
Br
H

CH2CH3
C C
H
H3C
Br
(2S,3R)-2,3-dibrom pentan

Như vậy, nếu anken ban đầu có cấu hình cis thì khi cộng X 2 sẽ tạo sản phẩm có
cấu hình threo, nếu anken ban đầu có cấu hình trans thì sản phẩm thu được sẽ có cấu
hình erythro.
2.2.2. Cộng tác nhân bất đối:
Đối với anken bất đối xứng khi tham gia phản ứng cộng với tác nhân bất đối
xứng, thu được hỗn hợp sản phẩm trong đó sản phẩm chính được xác định theo quy tắc

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

3


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Maccopnhicop: “tác nhân electrophin tấn công vào nguyên tử cacbon có nối đôi nào có
bậc thấp hơn hay có nhiều hiđro hơn, hay chính xác hơn là theo hướng tạo ra
cacbocation bền hơn”. Phản ứng này cũng xảy ra chủ yếu theo kiểu cộng trans.
a. Cộng HX:
Khả năng tham gia phản ứng của HI > HBr > HCl >> HF
CH2 = C - CH3

+

axit axetic

HBr

CH2 - CBr - CH3
CH3
s¶n phÈm chÝnh

CH3

CH3

+

00C

HCl

(90%)

CH3
Cl

(100%)

b. Cộng HOCl, HOBr, IBr, ICl…:
Trong phản ứng này tác nhân electrophin chính là X+ như: I+, Br+…
Ví dụ 1:
CH3- CH= CH2 + HOBr  CH3- CHOH- CH2Br ( sp chính)
CH3- CH= CH2 + IBr

 CH3- CHBr- CH2I ( sp chính)
c. Cộng H2O:
Phản ứng này luôn được tiến hành trong môi trường axit (H +) và thường ưu tiên
tạo rượu bậc cao theo quy tắc Maccopnhicop:
Ví dụ:
H
CH3- CH= CH2 + H2O →
CH3- CHOH- CH3 ( sp chính)
+

2.2. Phản ứng cộng trái quy tắc Maccopnhicop:
2.2.1. Cộng với HBr có mặt peoxit:
Phản ứng giữa anken và HBr khi có mặt của peoxit xảy ra theo cơ chế cộng gốc
tự do, đặc biệt đối với những anken bất đối xứng thì sản phẩm chính sinh ra tuân theo
quy tắc Kharat (trái với quy tắc Maccopnhicop):
Ví dụ:
t
CH2= CH- CH2- CH3 + HBr RO
OR,


→ CH2Br- CH2- CH2- CH3 (sp chính)
Chú ý: Phản ứng này chỉ xảy ra đối với tác nhân HBr khi có mặt peoxit.
0

2.2.2. Hidrat hoá anken tạo rượu:
Để chuyển anken bất đối xứng thành sản phẩm rượu trái với quy tắc
Maccopnhicop thì ta qua 2 giai đoạn sau:
/ OH
R-CH= CH2 BH


→ (R-CH2- CH2-)3B HO
→ R- CH2- CH2OH
Ví dụ:
3CH3- CH= CH2 + BH3  (CH3-CH2- CH2-)3B
3

2

2

−

(CH3-CH2- CH2-)3B + 3H2O2 +3NaOH  3CH3- CH2- CH2OH + Na3BO3 +3H2O
2.3. Phản ứng oxy hoá:
Phản ứng oxy hoá anken được phân thành 3 nhóm:
2.3.1. Oxy hoá liên kết đôi thành liên kết đơn:
a. Tác nhân OsO4 và KMnO4 loãng: sản phẩm thu được là cis-vis-diol.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

4


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Ví dụ 1:
OH
OsO4 +

+

+

H2O

OsO3

OH

Ví dụ 2:
OH
3

+ 2 KMnO4

+ 4H2O

+ 2 MnO2

3

+ 2 KOH

OH

b. Tác nhân peraxit RCO3H:
C=C

+ RCO3H

C

OH

H2O/H+

C

C

O

C

OH

(trans-vis-diol)

Ví dụ:
+ CH3CO3H

O

+

+

O

OH

H+

H2O

CH3COOH

OH

(trans-hexan-1,2-diol)

c. Tác nhân O2/ Ag:
2 CH2= CH2

+

Ag, t0

O2

2 CH2- CH2
(etilen oxit)
O

2.3.2. Oxy hoá cắt đứt liên kết đôi C=C:
a. Ozon phân:
O
C=C

+ O3

C

C

O

O

+ H2O /Zn

+ O=C

C=O

+ H2O2

Phản ứng này có ý nghĩa trong việc xác định vị trí của liên kết C=C; cụ thể như
sau:
+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 1 thì tạo thành: HCH=O (fomandehit).
+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 2 thì tạo thành: R-CH=O (andehit).
+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 3 thì tạo thành: R-CO-R’ (xeton).
Ví dụ :
CH3- CH2- CH= CH2

1. O3
2. H2O/Zn

CH3- CH2-CH=O

CH3-C= CH-CH3

1. O3
2. H2O/Zn

CH3-CO-CH3

CH3

b. Tác nhân là KMnO4 đậm đặc, KMnO4/ H+:

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

5

+ HCH=O + H2O2

+

CH3- CH=O + H2O2


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Đây là những tác nhân oxy hoá mạnh, làm đứt liên kết đôi C=C và tạo thành
axit cacboxylic, xeton tuỳ thuộc vào cấu tạo anken, phản ứng này cũng có thể dùng để
xác định vị trí liên kết đôi C=C:
+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 1 thì tạo thành: CO2 .
+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 2 thì tạo thành: R-COOH .

+ Nếu C chứa liên kết đôi là bậc 3 thì tạo thành: R-CO-R’.
Ví dụ:
5CH3COOH + 5CH3COCH3 +6MnSO4 + 3K2SO4 + 9H2O

5CH3-C= CH-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4
CH3

CH3COOH + CO2 +2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

CH3-CH= CH2 + 2KMnO4 + 3H2SO4

2.3.3. Oxy hóa cắt liên kết C- H ở C= C- H hoặc cacbon α :
Ví dụ 1:
,CuCl ,t
2 CH2= CH2 + O2 PdCl

→ 2CH3- CH=O
,CuCl ,t
CH3-CH= CH2 + 1/2O2 PdCl

→ CH3- CH=O + CH3-CO-CH3 (sp chính)
Ví dụ 2:
C , xt
2CH3- CH=CH2 + 2NH3 + 3O2 400

→ 2CH2=CH-CN + 6H2O
2

2

2

2

0

0

0

2.4. Cộng H2 (phản ứng khử anken):
Đây là phản ứng cộng hợp cis nhờ các kim loại chuyển tiếp như: Ni, Pt, Pd và
sản phẩm tạo ra luôn là 1 ankan.
Ví dụ:
,t
CH3- CH= CH2 + H2 Pd


→ CH3- CH2- CH3
0

2.5. Phản ứng thế gốc tự do (Free-radical Substitution Reactions, kí hiệu là SR):
Đây là con đường đưa nhóm chức vào anken bằng cách thực hiện phản ứng ở
cacbon alyl (do các nguyên tử hiđro ở vị trí cacbon α linh động hơn) thông qua phản
ứng thế gốc khi cho anken tác dụng với NBS (N- Brom sucxinimit).
O
R-CH2-CH=CH2 + Br-N
O

C

(C6H5COO)2

C

O

C
R-CHBr-CH=CH2 +R-CH=CH-CH2Br + H-N
C
(sp chuyÓn vÞ)
O

Ví dụ:
O
CH3-CH2-CH=CH2 + Br-N
O

C

(C6H5COO)2

C

O

C
CH3-CHBr-CH=CH2 +CH3-CH=CH-CH2Br + H-N
C
(sp chuyÓn vÞ)

O

3. Đưa các nhóm chức vào ankin
Trong phân tử ankin có 2 liên kết π kém bền, do đó ankin cũng có những tính
chất hoá học tương tự như anken, đặc biệt là phản ứng của chúng với tác nhân
electrophin nhưng mức độ phản ứng kém hơn anken.
3.1. Phản ứng cộng electrophin:
3.1.1. Cộng Cl2, Br2:
Tương tự như anken, ankin phản ứng với brom tạo sản phẩm trans-đibrom
tương ứng. Trong phản ứng này nếu thêm LiBr thì hiệu suất sản phẩm được nâng cao
hơn.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

6


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Ví dụ 1:
CH3-CH2-C C-CH2-CH3

Br

CH3-CH2

+ Br2

C=C

(90%)

CH2-CH3

Br

Đối với Clo, do khả năng phản ứng mạnh hơn và nếu dùng dư Clo thì sẽ tạo sản phẩm
tetraclo ankan:
Ví dụ 2:
CH3-C ≡ CH + 2Cl2  CH3- CCl2- CHCl2 (63%)
3.1.2. Cộng tác nhân cộng bất đối:
a. Với HX:
Tương tác của ankin với hiđrohalogenua diễn ra rất phức tạp và thường cộng
hợp cis.
C6H5-C C-CH3 + HCl

CH3COOH H5C6

C=C

CH3

H
Cl
(67- 78%)

H 5 C6
+

C=C

H

CH3
Cl
(11- 19%)

+ C6H5COC2H5
(10-13%)

Nhưng trong trường hợp liên kết ba không liên hợp với vòng thơm thì đồng
phân trans lại chiếm ưu thế.Chính do sự phức tạp này mà khả năng ứng dụng vào mục
đích tổng hợp bị hạn chế.
CH3-CH2-C C-CH2-CH3 + HCl

CH3COOH

H5C2

C=C

H

C2H5
Cl
(40- 70%)

+

H5C2

C=C

H

C2H5
Cl

(< 1%)

Ngoài 2 sản phẩm trên, phản ứng còn có sản phẩm do sự cộng hợp canh tranh
của dung môi:
H2O

CH3-CH2-CH=C-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CO-CH2-CH3 + CH3COOH
(28-60%)

OCOCH3

Do đó để kìm hãm quá trình cạnh tranh của dung môi, ta thêm muối bậc 4 vào
hiđro halogenua.
C2H5
H5C2
C=C
+ C3H7COC2H5
+
Cl
H

C2H5
Cl
(< 0,2%)
(91- 97%)

+

CH3-CH2-C C-C2H5 + HCl

(CH3)4NCl- H5C2
CH3COOH

C=C

H

b. Cộng H2O (phản ứng Kucherop):
Khi cộng H2O vào ankin có mặt của HgO/ H + thì phản ứng tạo enol, do enol
không bền nên chuyển hoá thành xeton (trừ trường hợp C 2H2 tạo andehit). Phản ứng
này có nhiều ý nghĩa trong thực tế.
/H
R-C ≡ CH + H2O HgO

→ [R-COH=CH2 ] → R-CO-CH3
(enol không bền)
Ví dụ :
/H
HC ≡ CH + H2O HgO

→ CH3CH=O (axetandehit)

/H
CH3-C ≡ CH + H2O HgO

→ CH3-CO-CH3 (axeton)
c. Cộng các tác nhân bất đối khác:
Ví dụ 1:
HC ≡ CH + ClCH2-COOH HgO

→ CH2=CH-OCOCH2Cl (49%)
+

+

+

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

7


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

HC ≡ CH + CH3-COOH Zn
( CH
CO
O)
→ CH2=CH-OCOCH3 (vinyl axetat)
Vinyl axetat là 1 monome dùng để điều chế polivinylaxetat (nhựa PVA)
3

2

3.2. Phản ứng cộng H2 (phản ứng khử ankin):
3.2.1. Cộng H2 khi không có chất làm kìm hãm hoạt tính xúc tác:
Xúc tác dùng trong phản ứng này là các kim loại chuyển tiếp như: Ni, Pt, Pd.
Sản phẩm tạo thành trong phản ứng này chủ yếu là ankan tương ứng:
Ví dụ:
,t
HC ≡ CH + 2H2 Ni

→ CH3-CH3
0

3.2.2. Cộng H2 với thuốc thử Lindlar Pd:
Xúc tác Pd bị làm độc để giảm hoạt tính xúc tác bởi CaCO 3 được gọi là thuốc
thử Lindlar Pd. sản phẩm của phản ứng này thường là cis-anken
Ví dụ:
CH3-C C-CH3 + H2

Pd/ CaCO3,t0
quinol

H3C
H

C=C

CH3
H

(cis-but-2-en)

3.2.3. Cộng H2 với tác nhân Na/ NH3 lỏng:
Với tác nhân Na/ NH3 lỏng thì ankin khi phản ứng sẽ tạo trans- anken.
t0

CH3-CH2-C C-CH2-CH3 +2 Na + 2 NH3

H5C2

C=C

H

C2H5
H

+ 2NaNH2

(82%)

3.3. Phản ứng thế ion kim loại:
Do nguyên tử cacbon chứa liên kết ba C ≡ C trong ankin ở trạng thái lai hoá sp
nên có độ âm điện lớn nên làm cho nguyên tử hiđro liên kết trực tiếp với nó trở nên
linh động. Vì vậy đối với những ankin- 1 ( ankin có hiđro ở liên kết ba) có khả năng
tham gia được các phản ứng thế tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa trong tổng hợp hữu cơ
(tăng mạch cacbon, tách loại các chất).
Ví dụ 1:
CH3-C ≡ CH + NaNH2 NH


→ CH3-C ≡ CNa + NH3
CH3-C ≡ CNa + ClCH2COOH → CH3C ≡ C-CH2-COOH + NaCl
t
CH3-C ≡ CH + AgNO3 + NH3 →
CH3-C ≡ CAg ↓ + NH4NO3
(màu vàng nhạt)
t
≡
CH3-C CH + CuCl + NH3 → CH3-C ≡ CCu ↓ + NH4Cl
(màu đỏ)
3

0

0

4. Đưa các nhóm chức vào hiđrocacbon thơm (aren)
Do đặc điểm cấu tạo đặc biệt mà vòng benzen có được tính chất thơm:” dễ thế,
khó cộng và bền với tác nhân oxi hoá”. Như vậy, tính chất quan trọng nhất của
hiđrocacbon thơm là phản ứng thế electrophin.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

8


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

4.1. Phản ứng thế electrophin (Electrophilic Subtitution Reactions, kí hiệu là SE):
Phản ứng thế electrophin vào nhân thơm được ứng dụng rất phổ biến để đưa các

nhóm chức khác nhau vào vòng benzen. Dưới đây là sơ đồ thể hiện một số phản ứng
quan trọng:
HNO3, H2SO4 ®Æc

NO2

X2, Fe
X= Cl, Br

X

HClO, H+, Ag+

Cl

H2SO4®Æc

SO3H

R-X, AlX3

R

+ H2 O

+ HX

+ H2 O

+ H2O

+ HX

CH(CH3)2

CH3-CH=CH2, H3PO4

R-CO-X, AlCl3

CO-R

D2SO4

D

+

Ar-N2Cl-, NaOH

Ar

+ N2 + HCl

4.1.1. Phản ứng ankyl hoá:
Tác nhân ankyl hoá thường dùng là các ankyl halogenua, ancol, anken với sự có
mặt của các chất xúc tác là các axit Lewis
Ví dụ 1:
+

+
+

CH3-CH2-Cl

CH3-CH=CH2
CH3-CH2-OH

CH2-CH3

AlCl3

H+

+ HCl

CH(CH3)2

H+

CH2-CH3

+ H2O

Phản ứng ankyl hoá thường cho hỗn hợp đồng phân do kèm theo các phản ứng
chuyển vị, đồng phân hoá gốc ankyl và các sản phẩm polyankyl benzen (do nhóm
ankyl làm tăng khả năng phản ứng do đó dễ được ankyl hoá tiếp theo).
Ví dụ 2:

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

9

Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

+

AlCl3

CH3-CH2-CH2-Cl

CH2CH2CH3

CH(CH3)2

+

+ HCl

(65-69%)

(35-31%)

4.1.2. Phản ứng axyl hoá:
Tác nhân axyl hoá thường dùng là axyl halogenua (R-COX), anhydrit (RCO) 2O
có mặt của các chất xúc tác là các axit Lewis.
Ví dụ:
+

CH3-COCl

+

(CH3CO)2O

AlCl3

COCH3

AlCl3

COCH3

+ HCl
+ CH3COOH

Vì phản ứng ankyl hóa thường hay tạo sản phẩm poliankyl benzen. Do đó để
điều chế monoankyl benzen, con đường thuận lợi nhất là axyl hoá benzen rồi khử hoá
tiếp theo
Ví dụ:
CH2-R

CO-R Zn/Hg+ HCl

RCOX, AlCl3

4.1.3. Phản ứng halogen hoá:
Phản ứng halogen hoá benzen chỉ xảy ra đối với Clo và Brom khi có mặt của
chất xúc tác là các axit Lewis như: FeCl 3, FeBr3, AlCl3, ZnCl2…Còn Flo và Iôt hoá chỉ
được thực hiện bằng con đường gián tiếp thông qua muối điazoni ( bằng phản ứng
Clemensen).

Ví dụ:
+ Br2

Br

FeBr3

+ HBr

4.1.4. Phản ứng sunfo hoá:
Để thực hiện phản ứng sunfo hoá vòng benzen, thông thường người ta dùng tác
nhân H2SO4 đậm đặc. Đối với các aren có khả năng phản ứng kém, phải dùng hỗn hợp
gồm H2SO4 đặc + SO3 (oleum).
Ví dụ:
SO3H

+ H2SO4 ®Æc

+ H2O

Nhóm –SO3H là nhóm rất dễ bị thay thế bởi các nhóm thế khác nên trong hợp
chất sunfonic này có ý nghĩa to lớn trong tổng hợp hữu cơ.
Ví dụ 1:
CH3 H SO ®Æc
2
4

CH3

CH3

Cl2, Fe

Cl HCl lo·ng
1500C

- HCl

- H2O
SO3H

SO3H

Ví dụ 2:

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

10

CH3

Cl

+ H2SO4


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ
NH2

Br2/ H2O

SO3H

Br

NH2

OH
Br

Br2/ H2O

vµ

- HBr
- SO3

Br

SO3H

- HBr
- SO3

Br

OH
Br

Br

4.1.5. Phản ứng nitro hoá:
Tác nhân nitro hoá thường hay dùng là hỗn hợp gồm HNO 3 đặc + H2SO4 8090%, hoặc mạnh hơn là hỗn hợp HNO3 bốc khói + oleum.
Ví dụ:
+ HO-NO2 ®Æc

NO2

H2SO4 ®Æc
600C

+ H2O

4.2. Phản ứng cộng:
a. Cộng H2:
Phản ứng cộng H2 vào vòng benzen xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác là các
kim loại chuyển tiếp như: Ni, Pt, Pd và đun nóng. Sản phẩm thu được là xiclohexan.
+ H2

Ni
t0C

b. Cộng Cl2:
Phản ứng này xảy ra khi có mặt của ánh sáng hoặc nhiệt và có peoxit làm xúc
tác, phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng gốc tự do.
ν , peoxit
C6H6 + 3Cl2 h

→ C6H6Cl6 (hexaclo xiclohexan)
5. Đưa các nhóm chức vào các dẫn xuất của benzen
Các dẫn xuất của benzen cũng dễ tham gia vào phản ứng thế electrophin và đối

với ankyl benzen có thể tham gia phản ứng thế gốc tự do và phản ứng oxy hoá.
5.1. Phản ứng thế electrophin:
Vì trong phân tử dẫn xuất của benzen đã có sẵn nhóm thế nên các nhóm thế tiếp
theo khi vào phải do sự định hướng của các nhóm thế có sẵn. Tuỳ thuộc vào bản chất
của nhóm thế có sẵn mà sự định hướng cho nhóm thế sau khác nhau và mức độ phản
ứng cũng khác nhau.
Dựa trên cơ sở tác dụng định hướng, người ta chia nhóm thế thành 2 loại:
- Nhóm thế loại 1: có tác dụng định hướng nhóm thế sau ưu tiên vào vị trí octo và
para so với nhóm thế đính sẵn. Nhóm thế loại 1 gồm:
+ Các nhóm hoạt hoá vòng benzen: gồm những nhóm thế đẩy điện tử vào vòng
benzen làm tăng khả năng tham gia phản ứng thế electrophin của vòng benzen:
O ;

NR2 ; NHR ;

NH2 ; OH ;

OR ;

NHCOR ;

OCOR ;

R ; OC6H5 ;

ankenyl

Trong đó R là nhóm ankyl.
+ Halogen, -CH2Cl, -CH=CHNO2 là các nhóm phản hoạt hoá vòng benzen ( làm giảm
khả năng tham gia phản ứng thế electrophin so với benzen) nhưng định hướng vị trí

octo và para.
- Nhóm thế loại 2: có tác dụng định hướng nhóm thế sau ưu tiên vào vị trí meta so với
nhóm thế đính sẵn và bao gồm các nhóm phản hoạt hoá (nhóm hút điện tử):

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

11


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ
C Y
(Y: H; R; OH; OR; NH2...) ;
O

NR3 ; -CF3

SO3H ; -NO2 ; -CN ;

Ví dụ:
CH3

CH3
+ HO-NO2 ®Æc

NO2
+ HO-NO2 ®Æc

CH3

H2SO4®Æc

NO2

+

- H2 O

CH3
+
NO2

NO2
40%

56%

3,5%

NO2

NO2

NO2

H2SO4®Æc

NO2

+

- H2 O

+
NO2

NO2
0,3%

93,2%

6,4%

Riêng trường hợp của các amin thơm, vì chúng phản ứng mạnh nên cần phải
giảm bớt khả năng phản ứng của nhóm –NH 2 bằng cách chuyển nó thành nhóm anilit
(bảo vệ nhóm chức).
Ví dụ:
NH2

NH2

Br

Br
+ 3 HBr

+ 3 Br2(dd)
Br
NH2

NHCOCH3

NHCOCH3
Br
+ HBr

NHCOCH3

CH3COCl

Br2

- HCl

CH3COOH

+

(sp phô)

Br
H2O H+hay OHBr

NH2 + CH3COOH

Nếu trong vòng thơm đã có vài nhóm thế thì nhóm nào đẩy electron mạnh hơn
sẽ giữ ưu thế trong sự định hướng tấn công của tác nhân electrophin.
Cl

Cl
+ HO-NO2 khãi

H2SO4®Æc

NO2

+
NO2

H2O

NO2

Ở đây –Cl định hướng mạnh hơn –NO 2, phản ứng thực hiện ở điều kiện khắc
nghiệt vì cả 2 nhóm thế đều phản hoạt hoá.
Tuy nhiên quy luật thế chỉ có tính tương đối. Trong thực tế, ngoài yếu tố điện
tử, vị trí của nhóm thế vào sau còn phụ thuộc vào yếu tố không gian, điều kiện phản
ứng, bản chất nhóm thế đi vào…
Ví dụ:
Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

12


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ
CH3
+ HO-NO2 ®Æc

H2SO4®Æc

CH3

NO2

CH3
+

+

Cl
58%

Cl

Cl
42%

H2O

NO2

5.2.

Phản ứng thế gốc tự do:
Phản ứng này xảy ra đối với ankyl benzen và trung tâm phản ứng chính là
nhóm ankyl. Tương tự như ankan, ưu tiên thế hiđro ở nguyên tử cacbon bậc cao.
Ví dụ:
CH2-CH3

O
+ Br-N

C

(C6H5COO)2

C

CCl4, 800C

O

CHBr-CH3

O
+

H-N
O

87%

C
C

5.3. Phản ứng oxy hoá ankyl benzen:
Các ankyl benzen có nguyên tử hiđro ở vị trí benzyl (hiđro ở cacbon α ) thì có
khả năng bị oxy hóa bởi tác nhân oxy hoá mạnh như: dd KMnO 4/H+ hoặc K2Cr2O7/ H+
… và luôn tạo ra axit benzoic.
Ví dụ:
COOH

CH2-CH3
+ 2K2Cr2O7 + 8H2SO4

t

0

+ CO2 + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 10H2O

Nếu vòng benzen trong phân tử ankyl benzen có gắn nhóm hút electron thì sẽ
làm cho phản ứng oxy hoá xảy ra dễ hơn:
Ví dụ:
COOH

CH3

+ Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 5H2O

+ K2Cr2O7 + 4H2SO4
NO2

NO2

(82-86%)

Đặc biệt, đối với cumen (iso-propyl benzen) bị oxy hoá bởi O 2 không khí để tạo
phenol và axeton:
CH(CH3)2

OH
+ O2

0

Ag, t

+ CH3-CO-CH3

6. Đưa các nhóm chức vào các hợp chất dị vòng đơn giản
6.1. Piriđin:
Piriđin là một amin bậc 3, do trên nguyên tử nitơ còn 1 cặp electron tự do nên
nó có tính bazơ yếu cũng như nó có thể tiếp nhận sự tấn công của các tác nhân
electrophin tạo thành muối bậc 4. Tính chất này không vận dụng trong quá trình nhóm
chức hoá nên ta không xét kĩ.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

13


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

Mặt khác piriđin biểu hiện tính thơm giống benzen nhưng kém hơn so với
benzen. Vì vậy piriđin cũng tham gia được các phản ứng thế electrophin vào vòng
thơm.
Ngoài ra, ở vị trí số 2 của phân tử piriđin nghèo mật độ electron nên đây là
trung tâm để các tác nhân nucleophin tấn công vào, do đó piridin có thể tham gia phản
ứng thế nucleophin.
6.1.1. Phản ứng thế electrophin vào vòng thơm:

Piriđin tham gia phản ứng thế electrophin khó khăn hơn nhiều so với benzen.
Trên thực tế, piriđin không tham gia phản ứng ankyl hoá và axyl hoá theo FriedelCrafts và một số phản ứng khác.
Thực nghiệm đã chứng minh, piriđin khi tham gia phản ứng này thì tác nhân
electrophin sẽ ưu tiên tấn công vào vị trí số 3 hay vị trí β vì ở vị trí này mật độ
electron là lớn nhất.
Br

Br2/ H2SO4
1300C

N

N

SO3H H SO /HgSO
2
4
4
N

3000C

N

(4,5%)

2300C

(70%)

NO2

NaNO3/H2SO4®Æc

+
NO2

N

(0,5%)

Bản chất và vị trí của nhóm thế có sẵn trong vòng piriđin cũng gây ra ảnh
hưởng đáng kể đến khả năng phản ứng thế electrophin. Đặc biệt nhóm thế đẩy electron
gắn ở vị trí số 2 và 6 dễ dàng cho phản ứng nitro hoá:
NO2

KNO3/H2SO4®Æc
H3C

N

1000C

CH3

H3 C

CH3

N

+ KHSO4 + H2O

(66%)

6.1.2. Phản ứng thế nucleophin:
Piriđin dễ tham gia phản ứng thế nucleophin dễ dàng hơn nhiều so với benzen
và chủ yếu thế vào vị trí cacbon số 2 hay vị trí α .
N

NH2

NaNH2
C6H5N(CH3)2,1000C

KOH
N

O

N

OH

1.C6H5Li/ete, 00C
N

2. O2

(80%)

3000C

H

6.2. Đối với dị vòng 5 cạnh:
Những hợp chất dị vòng 5 cạnh ta xét gồm có:

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

N

14

C6H5


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

N

O

S

H
Furan

Pirol

Thiophen

Ngược lại với piriđin, các dị vòng 5 cạnh này là các phân tử giàu electron và dễ
dàng tham gia phản ứng electrophin ở các vị trí 2 và 5 của vòng.
Cần lưu ý rằng trong môi trường axit mạnh, furan, và ở mức độ kém hơn, cả
pirol thường bị polime hoá. Halogen hoá các dị vòng này bằng halogen phân tử cũng
dẫn tới các sản phẩm polihalogen hoá.
Dưới đây là sơ đồ một số phản ứng quan trọng về mặt tổng hợp hữu cơ của của
các dị vòng 5 cạnh đơn giản này:
6.2.1. Đối với Furan:
O O

COOH HBr
COOH H2O

CHO

O

O

Bazo
H
OCOCH3

H
HNO3
(CH3CO)2O NO
2

O
O

Ar

+

ArN2ClKiÒm

1. (CH3)2N-CHO/ POCl3
2. H2O

Ar

+ dÊu vÕt

BF3 (CH3CO)2O

COCH3

6.2.2. Đối với Pirol:
CO2

RX

COOH

(RCOX)

R (-COR)

RMgX
HCHO
CH2N(CH3)2

(CH3)2NH

1. RCN/ HCl
COR

2. H2O

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

1. (CH3)2N-CHO/POCl3
2. H2O

CHO

1. (CH3)2N-COR/POCl3

2. H2O

15

NO2

COR

Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

6.2.3. Đối với Thiophen:
SO3H

O
H2SO4

HCHO/HCl

O

CH2Cl

COCH3

Br

(CH3CO)2O

SnCl4

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

NO2

HNO3/ (CH3CO)2O

CH3COOH

16

NO2

+ dÊu vÕt


Tiểu luận tổng hợp hữu cơ

KẾT LUẬN
Trong nội dung của đề tài này, tôi đã nghiên cứu và trình bày được quá trình
đưa các nhóm chức khác nhau vào các hợp chất hiđrocacbon như sau:
1. Đưa các nhóm chức vào phân tử ankan- đại diện cho loại hiđrocacbon no.
2. Đưa các nhóm chức vào phân tử anken, xicloanken - đại diện cho loại hiđrocacbon
không no có chứa 1 liên kết đôi.
3. Đưa các nhóm chức vào phân tử ankin- đại diện cho loại hiđrocacbon không no
chứa liên kết ba.
4. Đưa các nhóm chức vào phân tử hiđrocacbon thơm.
5. Đưa các nhóm chức vào các dẫn xuất của benzen- ở nội dung này cũng đã làm nổi
bật quy luật thế vòng benzen.
6. Đưa các nhóm thế vào phân tử các hợp chất dị vòng đơn giản.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Minh Thảo- Tổng hợp hữu cơ- Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội- 2001
2. PGS. TSKH. Nguyễn Minh Thảo- Hoá học các hợp chất dị vòng- Nxb Giáo Dục.
3. Ngô Thị Thuận (chủ biên)- Nguyễn Minh Thảo- Văn Ngọc Hướng- Nguyễn Thị TuệNguyễn Hữu Định- Thực tập hoá học hữu cơ- Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội- 2001.
4. Hoàng Trọng Yêm (chủ biên)- Văn Đình Đệ- Trịnh Thanh Đoan- Dương Văn TuệNguyễn Thị Nguyệt- Nguyễn Đăng Quang- Nguyễn Thị Thanh- Hồ Công Xinh- Hoá
học hữu cơ- Tập 2 + tập 3- Nxb KH- KT Hà Nội- 2002.
5. PGS. TSKH. Phan Đình Châu- Các quá trình cơ bản tổng hợp hữu cơ- Nxb KHKT Hà Nội.
6. Francis A. Carey- Organic chemistry.

7. Trần Quốc Sơn- Một số phản ứng của hợp chất hữu cơ- Nxb Giáo Dục.
8. PGS. TS. Thái Doãn Tĩnh- Giáo trình cơ sở lý thuyết hoá hữu cơ- Tập 1 và tập 2Nxb KH- KT Hà Nội.

Bùi Ngọc Sơn- Hoá hữu cơ K15

17