bài giảng hóa hữu cơ

Hóa Học Hữu Cơ
TS Phan Thanh Sơn Nam
Bộ môn Kỹ Thuật Hữu Cơ
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM
Điện thoại: 8647256 ext. 5681
Email:


1


Tài liệu tham khảo
[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, McGrawHill, 2003
[4] Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, ‘Oragnic chemistry’, sixth
edition, Prentice Hall, 1992
[5] Trần Thị Việt Hoa, Phan Thanh Sơn Nam, ‘Hóa hữu cơ’, NXB
Đại Học Quốc Gia – HCM, 2007
[6] Trần Thị Việt Hoa, Trần Văn Thạnh, ‘Bài tập hoá hữu cơ’, NXB
Đại Học Quốc Gia – HCM, 2004
[8] Thái Doãn Tĩnh, ‘Cơ sở lý thuyết hoá hữu cơ’, NXB Khoa Học
Kỹ Thuật, 2000
[9] Trần Quốc Sơn, ‘Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ’, NXB Giáo Dục,
1979


2

NỘI DUNG CHÍNH
• Đồng phân của hợp chất hữu cơ
• Hiệu ứng trong hợp chất hữu cơ
• Cơ chế các phản ứng của hợp chất hữu cơ
• Alkane
• Alkene
• Alkyne
• Alkadiene
• Hợp chất hydrocarbon thơm
• Dẫn xuất halogen
• Alcohol – Phenol
• Aldehyde – Ketone
• Carboxylic acid
• Amine – Hợp chất diazonium

3


Chương 1:

ĐỒNG PHÂN

• Đồng phân: những hợp chất hữu cơ có
công thức phân tử giống nhau, công thức
cấu tạo khác nhau Æ tính chất hóa học, vật
lý, sinh học khác nhau
• Phân loại:
+ Đồng phân cấu tạo (phẳng)

+ Đồng phân lập thể: đồng phân hình học
(cis, trans), đồng phân quay (cấu dạng),
đồng phân quang học


4


I. Đồng phân cấu tạo
Do có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử
trong mạch C
I.1. Đồng phân mạch C
n-butane
iso-butane

C6H12

methyl cyclopentane

cyclohexane


5


I.2. Đồng phân do vị trí các liên kết bội, nhóm chức
butene-1

C4H8

OH

butene-2

OH

OH

OH
OH
1,2-

1,3-

OH
1,4-

dihydroxy benzene



6


I.3. Đồng phân có nhóm định chức khác nhau
dimethyl ketone
C3H6O

propan-2-one
O

acetone

CHO

propionaldehyde
propanal
propionic aldehyde

C3H6O2

COOH

Propionic acid

O
O



methyl acetate
7


I.4. Đồng phân có nhóm thế khác nhau liên kết với
nhóm định chức

C4H10O

diethyl ether

O

O

methyl propyl ether



8


II. Đồng phân lập thể
II.1. Đồng phân hình học
II.1.1. Điều kiện xuất hiện đồng phân hình học
• Xuất hiện khi phân tử có 1 bộ phận cứng nhắc
Æ cản trở sự quay tự do của các nguyên tử ở
đó
• 2 nguyên tử liên kết với cùng 1 nguyên tử của
bộ phận cứng nhắc phải khác nhau


9


• Thường xuất hiện ở các hợp chất có chứa:
C=C, C=N, N=N, hệ liên hợp, vòng phẳng 3
hay 4 cạnh
abC=Ccd: a ≠ b, c ≠ d

Cl
H

Cl
H



10


II.1.2. Danh pháp của đồng phân hình học
a. Hệ cis-trans: abC=Cab
• Nhóm thế tương đương nằm cùng phía
mặt phẳng liên kết π Æ cis
• Khác phía Æ trans

H3C
H

CH3

H3C

H

cis-butene-2

H

H
CH3

trans-butene-2

11


b. Hệ Z-E: abC=Ccd

a>b c>d

Quy tắc Kahn-Ingold-Prelog: dựa theo thứ
tự ưu tiên trong bảng HTTH của nhóm thế
a, c cùng phía so với mặt phẳng nối đôi: Z
(zusammen)
a, c khác phía so với mặt phẳng nối đôi: E
(entgegen)


12


35
Br

17
Cl

I

(E)-1-Bromo-2-chloro-2-fluoro-1-iodoethene

F
9

53
Br

F

I

Cl

(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
Cl

Cl

F

H

Cl

Cl

H

Z-, cis-

Br

E-, cis

13


II.1.3. Đồng phân hình học của abC=Nd và
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 với mặt phẳng nối
đôi Æ E, cùng phía Æ Z
• Đối với aldoxime
H3C
OH
C N
H
anti-acetaldoxime
(Z)-acetaldoxime

H3C
C N

OH
H


syn-acetaldoxime
(E)-acetaldoxime

14


• Đối với ketoxime: Cùng 1 chất, có thể gọi là
syn- hay anti- !!!
H3C

H3C
OH
C N

C N

anti-phenyl-p-tolylketoxime
syn-p-tolyl-phenylketoxime

OH

syn-phenyl-p-tolylketoxime
anti-p-tolyl-phenylketoxime

Æ hệ syn-anti không chính xác Æ
chuyển sang hệ Z-E

15


b. aN=Nb

C6H5
N N

N N

C6H5

C6H5

C6H5

syn-azobenzene

anti-azobenzene



16


II.1.4. Đồng phân hình học của hợp chất chứa C=C
liên hợp
a(HC=CH)nb

CH
H
6 5

H

H
H

C6H5

H

H

C6H5
H

H

H
C6H5
H

C6H5

trans,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene

cis,cis-1,4-diphenyl-1,3-butadiene

C6H5
H

cis,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene

H

* Số đp hình học của hệ liên hợp C=C
N = 2n-1 + 2p-1
n: số nối đôi liên hợp
p = n/2
nếu n chẵn

p = (n + 1)/2 nếu n lẻ

17


II.1.5. Đồng phân hình học của vòng no 3, 4
cạnh
• Được bố trí trên 1 mặt phẳng Æ các nhóm thế
không thể quay tự do Æ xuất hiện đồng phân
hình học
* Các nhóm thế tương đương cùng phía mặt phẳng
Æ cis, khác phía Æ trans
HOOC
H

COOH

HOOC

H

H

cis-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid

H
COOH

trans-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid



18


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
H
Cl

H
Cl

H

Cl

Cl
H
4.7 Å

3.7 Å



19


b. Moment lưỡng cực
• 2 nhóm thế giống nhau aHC=CHa
H
Cl

H

H

Cl

Cl

Cl
H

μcis (1.89D) > μtrans (0D)

• 2 nhóm thế khác nhau aHC=CHb (a ≠ b)
•2 nhóm thế cùng hút hay cùng đẩy điện tử:
μcis > μtrans
•2 nhóm thế có tính chất điện tử ngược nhau:
μcis < μtrans


20


c. Nhiệt độ nóng chảy
• Đồng phân trans-: đối xứng Æ mạng lưới
tinh thể chặt chẽ Æ tonc cis < tonc trans
• Lưu ý: mối liên hệ giữa to sôi và đồng
phân hình học không chặt chẽ
Ví dụ:
CHCl=CHCl tosôi của cis-: 60.3 oC, tosôi
của trans-: 48.4 oC
CH3CH=CHCl tosôi của cis-: 32.8 oC, tosôi
của trans-: 37.4 oC


21


II.2. Đồng phân cấu dạng (đồng phân quay)
• Là những cấu trúc không gian sinh ra do 1 nhóm
thế quay xung quanh trục C-C (không làm đứt C-C)
so với 1 nhóm nguyên tử khác
• Thường cần năng lượng 3-4 Kcal/mol

• Chỉ tồn tại những cấu dạng tương đối bền
• Không thể tách thành những đồng phân riêng rẽ!!!
• Đồng phân cấu dạng là các dạng khác nhau trong
không gian của cùng 1 cấu hình!!!


22


II.2.1. Cách biểu diễn
a. Công thức phối cảnh (không gian 3 chiều)
a

a

b
a

b
c

c

c

b

b
c

che khuất

a
b
c

a

xen kẽ

• Liên kết C-C: đường chéo trái qua phải, xa
dần người quan sát


23


b. Công thức Newman
• Quan sát dọc theo C-C Æ 2 nguyên tử C ở
dạng che khuất, biểu diễn bằng vòng tròn
Æ chiếu các nhóm thế lên mặt phẳng vuông
góc với C-C

aa
b
c
c

c

b
b

che khuất

a

a

c
b

xen kẽ


24


II.2.2. Cấu dạng của các hợp chất mạch hở
a. Ethane
• Quay 1 nhóm CH3 & cố định nhóm còn lại Æ
2 đồng phân cấu dạng tới hạn
• Che khuất: khoảng cách giữa các H gần
nhau Æ năng lượng cao nhất Æ kém bền
nhất



25