phan ung the theo co che goc

Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất trong hóa hữu cơ hiện đại là tìm tòi những
lí thuyết định lượng khả năng phản ứng, bao gồm đồng thời cả vấn đề ảnh hưởng của cấu
tạo và các yếu tố bên ngoài đến chiều hướng và tốc độ phản ứng. Điều đó có liên quan
mật thiết đến nghiên cứu cơ chế phản ứng tức là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi
qua để tạo ra sản phẩm tương ứng.
Trong tiểu luận này chỉ trình bày về cơ chế của phản ứng thế theo cơ chế gốc.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đặc điểm của phản ứng thế theo cơ chế SR
- Khả năng phản ứng với các halogen
- Khả năng phản ứng của nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong hyđrocacbon no
- Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng phản ứng
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu và tham khảo các nguồn thông tin trên internet
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phản ứng thế theo cơ chế gốc SR vào nguyên tử cacbon no (ankan)

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 2

NỘI DUNG
1. Phản ứng thế theo cơ chế gốc: SR

1.1. Đặc điểm của cơ chế gốc SR
Nét đặc trưng của các hợp chất no, đặc biệt hyđrocacbon no, là tham gia phản ứng
theo cơ chế gốc SR, trong đó nguyên tử hyđro đính vào cacbon no được thay thế bằng
halogen hay một nhóm nguyên tử khác. Quan trọng hơn cả là phản ứng halogen hóa theo
cơ chế gốc. ngoài ra còn có những phản ứng thế khác cũng theo cơ chế S R như nitro hóa,
sunfoclo hóa, tự oxi hóa, v.v...
Sơ đồ các phản ứng theo cơ chế gốc tự do SR : R-H

+ X-Y →

R-X

+ H-Y

XY thường là: Hal2; SO2Cl2; CCl3Br....
Phản ứng được xúc tiến khi có ánh sáng hay nhiệt
1.2. Cơ chế
Phản ứng thế gốc SR còn được gọi là phản ứng dây chuyền (hay phản ứng chuỗi) là
phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn mà trong đó giai đoạn này làm sinh ra những trung
tâm có khả năng phản ứng mạnh để gây ra các phản ứng tiếp theo. Đây cũng là phản ứng
đặc trưng cho ankan.
Phản ứng xảy ra gồm 3 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn tạo gốc – giai đoạn khơi mào
+ Giai đoạn phát triển mạch
+ Giai đoạn tắt mạch
Ví dụ: Xét phản ứng của CH4 với Cl2 khi được chiếu sáng
Khơi mào:

Cl2

as

2Cl

Phát triển mạch:
Cl + CH4

CH3

+ Cl2

Châm

CH3

+ HCl

CH3Cl + Cl

. . . . . . . . . . . . . . .. . . .
Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 3

Tắt mạch:

CH3 + Cl

CH3Cl

CH3 + CH3

C2H6

............
Giai đoạn chậm là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng được thể hiện trên giản đồ
năng lượng sau:
E2
E3
CH4 + Cl.
CH.3 + Cl2
CH 3Cl + Cl.
Nhận xét: Trên giản đồ năng lượng của phản ứng clo hóa metan ta nhận thấy E 2 >
E3 có nghĩa là trong 2 phản ứng phát triển mạch, phản ứng (2) xảy ra chậm hơn nhiều so
với phản ứng (3) do đó phản ứng (2) có tính chất quyết định tốc độ phản ứng.
2. Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng SR
2.1. Ảnh hưởng của cấu tạo đến khả năng phản ứng
2.1.1. Ảnh hưởng của bậc C
CH3 - H

<

(CH3)2 - CH-H

<

(CH3)3C-H

C bậc III bền vững nhất vì có nhiều số liên kết C-H siêu liên hợp dương nhất
2.1.2.Ảnh hưởng hút e
CH3-CH2-CH2-CH3
Khả năng phản ứng

1

3.6 3.6 1

CH3-CH2-CH2-COOH
Khả năng phản ứng

1

3.1 0.24
3

2 1

CH3-CH2-CH2- CH2-Cl
Khả năng phản ứng

1

3.72

2.1

0.8

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 4

2.2. Ảnh hưởng của tác nhân:
I2 <

Br2

<

Cl2

<

F2

Đối với F2 : xảy ra phản ứng phân hủy tạo sản phẩm CF 4 + HF, không xảy ra phản
ứng thế SR
Đối với I2: khả năng phản ứng yếu, phản ứng thuận nghịch, cần xúc tác HIO3
Với Cl2 và Br2 thì Cl2 có khả năng phản ứng mạnh hơn Br2 vì năng lượng hoạt hóa
của phản ứng Br2 lớn hơn
2.3.Hóa lập thể
Giai đoạn quyết định cấu hình của sản phẩm là giai đoạn 3 vì gốc R . là gốc tự do
nên có cấu trúc phẳng hoặc gần như phẳng nên khi Cl 2 tấn công vào CH3 thì nó sẽ tấn
công vào 2 phía với xác suất như nhau; vì vậy sẽ tạo thành một số lượng bằng nhau các

sản phẩm quay trái và quay phải, do đó góc quay của ánh sáng phân cực triệt tiêu lẫn nhau
nên hỗn hợp sản phẩm thu được không quang hoạt. Người ta gọi hỗn hợp này là biến thể
raxemic
Ví dụ:
CH3

Cl

H

CH3

a

H

C2H5

+ Cl2
b

CH3
H

C2H5

Cl

C2H5
CH3

CH3

Cl

H

C2H5

H

Cl

C2H5

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 5

2.4. Ảnh hưởng của dung môi
Khác với phản ứng ion, phản ứng gốc ít nhạy với tính phân cực của dung môi.
Chẳng hạn khi chuyển từ dung môi hydrocacbon tới dung môi nitrometan thì tốc độ phản
ứng chỉ tăng có 10 lần nhưng trong phản ứng ion tăng 102 - 1024 lần
3. Sự tương quan giữa khả năng phản ứng r i và tỷ lệ của các chất đồng phân (xét
trong trường hợp mono halogen hóa ankan)
Ở nhiệt độ nhất định và tác nhân halogen hóa nhất định, tỷ lệ % sản phẩm halogen
hóa phụ thuộc vào 2 yếu tố:

+ Năng lượng hoạt hóa Ea được thể hiện ở ri
+ Xác suất va chạm giữa hydrocacbon và gốc X thể hiện ở số lượng nguyên tử H
cùng loại ni
Phần trăm sản phẩm ai = ri.ni/ ∑ ri ni
Ví dụ: CH3-CH2-CH3 → monoclo hóa. Biết rI = 1 và rII = 4,3.Tính % sản phẩm
Nguyên tử Cl thế vào C bậc 1 = 1*6/(1*6 + 4,3*2)*100 = 41,1 %
Nguyên tử Cl thế vào C bậc 2 = 4,3*2/(1*6 + 4,3*2)*100 = 58,9 %

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 6

KẾT LUẬN

Qua tiểu luận trên ta có hiểu rõ hơn về đặc điểm của cơ chế S R, các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng phản ứng, từ đó giải thích được khả năng tham gia phản ứng của các
nguyên tử H trong phân tử ankan (hoặc dẫn xuất ankan), ta cũng có thể tính được phần
trăm của sản phẩm thế nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong phân tử ankan.

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Đào Hùng Cường, Hợp chất hữu cơ Hiđrocacbon, NXB khoa học và Kỹ thuật,HN, 2009
2. Trần Quốc Sơn, Cơ sở lí thuyết hóa hữu cơ, tập 2, NXB giáo dục, 1997
3. Thái Doãn Tĩnh Cơ sở hóa hữu cơ tập 1,2, NXB khoa học và Kỹ thuật,HN, 2006

MỤC LỤC
Trang
Mở đầu

1

1.Lí do chọn đề tài

1

2. Mục tiêu nghiên cứu

1

3. Phương pháp nghiên cứu

1

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)


Tiểu luận : Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR

Trang 8

1. Phản ứng thế theo cơ chế gốc: SR

2

1.1. Đặc điểm của cơ chế gố SR

2

1.2. Cơ chế

2

2. Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng SR

3

2.1. Ảnh hưởng của cấu tạo đến khả năng phản ứng

3

2.1.1. Ảnh hưởng của bậc C

3

2.1.2.Ảnh hưởng hút e

3

2.2. Ảnh hưởng của tác nhân

4

2.3.Hóa lập thể

4

2.4. Ảnh hưởng của dung môi

5

3. Sự tương quan giữa khả năng phản ứng ri và tỷ lệ của

5

các chất đồng phân (xét trong trường hợp mono halogen hóa ankan)
Kết luận

6

Tài liệu tham khảo

7

Học viên : Mai Văn Đạt – Lớp HHC K22 – ĐHĐN ( học tại QN)