Tuyển tập bài giảng hoá học hữu cơ

*
TRUNG TÂM NGHIÊN cứu VÀ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ GIÁO DỤC - ĐÀO TẠC

C A O C ự G IÁ C

TUN TẬP BÀI GIẢNG
H

O

A

H

Ọ

C

H

Ư

U

TÀI LIỆU DÙNG CHO:
• GIÁO VIÊN HỐ HỌC
• HỌC SINH KHÁ GIỖI VÀ CHUN HỐ HỌC
• HỌC SINH ÔN THI VÀO ĐẠI HỌC, CAO ĐANG

Hà NỘI

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

a

)


CAO Cự GIÁC

T u y ể n t ậ p b à i g iỏ n g

HÓA HỌC HỮU c ơ
■

TÀI LIỆU DÙNG CHO:
• G iá o v iê n h ó a h ọ c
• H ọ c s in h k h á g iỏ i v à c h u y ê n H ó a h ọ c
• B ồ i d ư ỡ n g lu y ệ n t h i Đ ạ i h ọ c v à C ao đ ẳ n g

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - 2001


MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI Đ Ầ U ....................................................................................... 5
Chương 1. CẤU TẠO HÓA HỌC ĐỎNG ĐANG - ĐỔNG PHÂN.
QUAN HỆ GIỮA CẤU TRÚC VÀ TÍNH C H Ấ T.......7
A. Lý th u y ết căn bản và nâng c a o ............................. ......... 7
B. Bài tập áp d ụ n g ....................................................................... 43
c . Hướng dẫn và đáp sô ..............................................................52

Chương 2. HIĐROCACBON............................................................58
A. Lý th u y ết căn bản và nâng c a o ..................................... 58
B. Hướng dẫn giải bài tậ p .......................................................... 97
c . Bài tập áp d ụ n g ..................................................................140 v
D. Hưỏng dẫn và đáp số......................................................149
Chương 3. RƯỢU - PHENOL - ETE ............................................166
A. Lý thuyết căn bản và nâng c a o ....................................166
B. Hướng dẫn giải bài tậ p ........................................................ 189
c . Bài tập áp d ụ n g .....................................................................207
D. Hướng dẫn và đáp sô"......................................................217
Chương 4. A M IN ..............................................................................227
A. Lý th u y ết căn bản và n ân g cao ....................................227__
B. Hưóng dẫn giải bài tậ p .................................................. 233
c . Bài tập áp d ụ n g ............................................................... 238
D. Hưống dẫn và đáp số......................................................242
Chương 5. HỘP CHẤT CACBONYL (ANĐEHIT - XETON) ..245
A. Lý thuyêt căn bản và nâng cao ....................................245
3


B. Hướng dẫn giải bài tậ p .....................................................264
c . Bài tập áp d ụ n g ................................................................. 275
D. Hưỏng dẫn và đáp sô"........................................................283
Chương 6. AXIT CACBOXYLIC VÀ CÁC DAN x u ấ t ............ 298>
A. Lý th u y ết căn bản và nâng c a o ...................................... 298
B. Hưống dẩn giải bài tậ p ..................................................... 321
c . Bài tậ p áp d ụ n g ................................................................. 341
D. Hưống dẫn và đáp sơ........................................................ 352
Chương 7. LIPIT - XÀ PHỊNG.....:.................................................371
A. Lý th u y ết căn bản và nâng c a o ...................................... 371

B. Bài tậ p áp d ụ n g ................................................................. 376
c . Hướng dẫn giải và đáp sô"................................................ 380
Chương 8. G LU X IT........................................................................... 384
A. Lý th u y ết cản bản và nâng c a o ...................................... 384
B. Bài tậ p áp d ụ n g ................................................................. 402
c . Hướng dẫn và đáp sô"........................................................406*
Chương 9. AMINOAXIT - PR O TEIN ..........................................410!
A. Lý th u y ết căn bản và nâng c a o ..................................... 410(
B. Hưóng dẫn giải bài tậ p .................................................... 42Q(
c . Bài tập áp dụng.......... .................................................... 427"
D. Hưỏng dẫn và đáp số........................................................434<
Chương 10. POLIM E VÀ VẬT LIỆU PO LIM E .......................... 44tt(
A. Lý th u y êt căn bản và nâng c a o ..................................... 44GC
B. Bài tập áp dụng.................................................................4552
c . Hưống d ẫn và đáp sô"....................................................... 4537

4


LỜI N Ó I DẦU

Tập sách này là một trong hai tập của bộ sách "Tuyển tập
các bài giảng hóa học dùng Bồi dưỡng học sinh giòi và luyện thi
Đại học", được biên soạn dựa trên bài giảng mà tác giả đã trực
tiếp nhiều năm tham gia bồi dường học sinh giỏi và luyện thi
vào các trường Đại học. Sách gồm 10 chương, tương đương với
10 nội dung cơ bản của chương trình Hóa học hữu cơ phơ thơng,
được trình bày theo kiểu cấu trúc bài giảng, mỗi chương bao
gồm:
A. L Ý TH U YẾ T CẢN B Ả N VẢ N Ả N G CAO: Trong phần

này lý thuyết hóa học được trinh bàv m ột cách hệ thống có chọn
lọc theo hướng p h á t triển tư duy giúp học sinh nắm vững lý
thuyết ở cả 3 mức độ: hiểu sâu, nhớ lâu và vận dụng tốt. N hững
nội dung khó trong chương trinh được giải thích và làm rõ bản
chất hóa học, phù hợp với trình độ học sinh p h ổ thông từ căn
bản (luyện thi Đại học) đến năng cao (bồi dưởng học sinh gioi).
B. HƯỚNG D Ẩ N GIẢI BAI TẬP: Trong phần này chủ yếu
lưu ỷ những nội dung hóa học liên quan đến các dạng bài tập
thường gặp trong các kỳ thi tuyển chọn học sinh giỏi và tuyển
sinh Đại học. Đồng thời giới thiệu một s ố phương pháp giải
ngắn gọn, d ễ hiểu, gơi ỷ cho sự phát triển tư duy hóa học.
c. BẢI TẬP Á P DỤNG: Tuyển chọn và giới thiệu nhiều bài
tập có nội dung hóa học sâu sắc, nhằm tạo cho người học có điều
kiện rèn luyện và p h á t triển tư duy phù hợp với chủ trương đổi
5


mới của Bộ Giáo dục và đào tạo về khâu ra đề thi học sinh gioi
và tuyển sinh Đại học trong giai đoạn hiện nay. N hững bài tập
CÓ dấu
dành cho học sinh giỏi.
9

D. H Ư Ớ NG D Ẫ N GIẢI VẢ ĐÁP s ố : Trả lời các bài tập khó
và đáp s ố tất cả các bài tập cho ở mục c.
H i vọng tập sách sẽ góp p hần vào việc dạy và học tốt m ôn
Hoá học ở trường p h ổ thông. N hân dịp này, tác giả rất biết ơn
N hà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận
lợi cho việc ra đời cuốn sách và mong nhận được nhiều ý kiên
đóng góp xây dưng của quý đồng nghiệp và cấc em học sinh đ ể

chất lượng bài giảng ngày càng được nâng cao.
Vinh, ngày 2 tháng 11 năm 2000
Cao Cự G iác

6


CHƯƠNG 1

Cẩu TRO
HĨA HOC
- DỒNG ĐẳNG - ĐỔNG PHÂN.
•
•
ỌUAN Hf GIỮA Cấu TRÚC và TÍNH CHấT

A. LÝ THUYẾT CĂN BẢN VÀ NÂNG CAO
1.1. CẤU TẠO HĨA HỌC (CTHH)
Một sơ" luận điểm cơ bản của thuyết CTHH:
a) Trong phân tử H C H £ (hợp chất hữu cơ) :
•

Các nguyên tử liên kết theo đúng hóa trị

•

Liên kết theo một trậ t tự nhất định

Sự thay đổi CTHH -> chất mới (hiện tượng đồng phân).
\ 7 dụ : Rượu etylic và đimetyl ete đểu có cơng thức phân tử

(CTPT) là C2H60 nhưng chúng có CTHH khác n h au :
CH 3 - o - c h 3
CH3 - C H 2-O H
Rượu etylic (etanol)
• C hất lỏng
• Tan vơ h ạ n trong nưác
• Phản ứng vổi kim loại kiểm .

Đim etyl e te
• C hất khí
• ít tan trong nước
• Không phản ứ n g với kim
loại kiểm.

b)
Trong phân tử HCHC, cacbon ln có hóa trị IV. Các
ngun tử c khơng chỉ có khả năng liên kết vối các ngun tử
của các ngun tơ' khác mà cịn trực tiếp kết hợp vói nh au bằng


các nổi đơn, đôi, ba để tạo th àn h mạch thẳng, nhánh hoặc vòrtg.
Nguyên n h â n của sự đa dạng vể sô" lượng các HCHC.
\ 7 dụ : Chỉ có 4 nguyên tử c và các nguyên tử H có thê tạo
th à n h những hợp chất sau :
CH3-C H 2-C H 2-C H 3;

CH3-CH-CH3;

CH 3
C H ^C -C H 2-C H 3 ;

CH2=CH -CH =CH 2 ;

C H 3 -O C -C H 3

CH2=C=CH -CH 3

CH2=CH-CH2-C H 3 ;

c h 3- c h = c h - c h 3
H2C — CH 2
ch,

- CH 2

ch2
/ V
h 2c — C H -C H 3
c) T ính chất của HCHC phụ thuộc :
• CTHH (xem a);
• B ản chất nguyên tử (CH 4 khí dễ cháy, CCi, lỏng khơng
cháy);
• Sơ" lượng các ngun tử (CH4 khí, C5H ,2 lỏng, C 17H36 rắn).
d) Các nguyên tử (nhóm nguyên tử) trong phân tử ản h
hưởng qua lại lẫn nhau. Khoảng cách càng gần sự ảnh hưởng
càng lớn.
17 dụ :
■OH

tác d ụ n g với XaOH do ảnh hưỏng của gốc

benzen tới nhóm chức OH

Ọ2H5OH

k h ơn g tác dụ ng với XaOH
tác d ụ n g d ễ dàng với dung dịch Br2 do

H
C2H 5OH
8

nhóm OH ảnh hưởng lên nhản benzen

k h ô n g tác dụ ng với dung dịch Br2.


1.2. ĐỔNG ĐANG
• Đồng đẳng là những chất có CTHH tương tự nhau do đó
tính chất hóa học tương tự nhưng thành phần phân tử hơn kém
nhau một sơ nhóm -CH.,-.
Vi dụ : Đồng đẳng ankan : CH4, C ,H6, C3H8)... , CnH 2n+2
M = 16, 30, 44,
(14n+2)
• Khối lượng mol các chất trong cùng dãy đồng đẳng lập
thành cấp sơ cộng có cơng sai d = 14.
Chú ý : Khái niệm đồng đẳng là rấ t rộng, ở trên ta chỉ giới
hạn đồng đẳng metylen (nhóm CH;,). Như vậy, đổng dẳng đưdc
t ạo ra do sự phân cắt liên kết để đưa nhóm -CHọ- vào phân tử,
khi đó cần lưu ý :
(1 )

Liên kết bị cắt phải là liên kết đơn giữa cacbon vối
cacbon hoặc vói nguyên tử khác.
17 dụ :
c h 3- c h = c h , (đđ)
H-CH =CH
CH 2-C H 2 (không đđ)
\
/
CH,
CH 3-C H 2- 0 - H (đđ)
C H .-O -H
CH 3-O -C H 3 (không đđ)
(2 )
Không được cắt liên kết đơn trong hệ liên hợp (vi phạm
tính liên hợp)
17 dụ :
CHọ=CH-CH=CH,

CH3-C H = CH-CH=CH, (đđ)
1*—> C H ,=C H -C H 2-CH=CH 2 (không đđ)
CH, = CH,
9


(3) Nếu nguyên tử cacbon duy nhất có liên kết bị cắt lại líà I I
ngun tử cacbon trong nhóm định chức thì sự tương tự vể tínlhi 1
chất ít nhiều bị vi phạm.
17 dụ :
H -C -O H — CM- > CH3-C-OH —

II
11
0
0

(D

> CH 3-C H 2-C -O H

(II)

11

0

(III)

(I), (II), (III) đều là đồng đẳng của nhau nhưng :
•

(I) có tín h axit m ạnh gấp 10 lần (II, III)

•

(I) có tín h khử nhưng (II, III) khơng thể hiện.

(4) N hững chất đồng đẳng phải là những chất tương tự về*
m ặt cấu tạo và phải tương tự về m ặt cấu hình.

ì

1.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CTTQ CỦA DÃY Đ ổ N G i

r

ĐẢNG
Có 2 phương pháp xác định :
1.8.1. D ù n g đ ịn h n g h ĩa : Phương pháp này được sử d ụ n g
khi biết b ấ t kỳ một ch ất nào trong dãy đồng đẳng.
Ví dụ : Tìm CTTQ của dãy đồng đẳng C3H7OH ?
C 3H 7OH + kCH 2 s c 3+kH v+2kOH

(*)))

Đ ặt sô' nguyên tử c là n = 3+k -> k = n-3 thay vào (*) t h u I
được CTTQ : CnH2n+1OH.
1.3.2. D ựa
vào đ ặ• c đ iểm câ u tạo
•
•
Ví dụ : Xác định CTTQ của hiđrocacbon chứa a liên kết 7IC
(hoặc vòng) ?
10


Bài giải : Gọi n là sô nguyên tử c tr o n ^ phân tử
hiđrocacbon. Mỗi nguyên tử c có 4 electron hóa trị —» Sơ"
electron hóa trị của n ngun tử c là 4n electron. Vì có n
ngun tử c nên có (n-1) liên kết ơc-c: M ặt khác mỗi liên kết sử
dụng 2 electron hóa trị, do đó số electron đã sử dụng vào các

liên kết ơc_c là 2(n-l) electron. Mỗi liên kết 7tc.c cũng sử dụng 2
electron, do đó a liên kết Ttsẽ sử dụng hết 2 a electron hóa trị.
Vậy số electron hóa trị cịn lại của các nguyên tử c dùng để
liên kết với các nguyên tử H bằng : 4n - [2(n-l)+2a] = (2n+2 - 2a)
electron = số nguyên tử H —>CTTQ : CnH 2n+2 2aChú ý : Khi p h ân tử đóng vịng cũng phải sử dụng 2 e của 2
ngun tử c, tương đương vối việc tạo một liên kết do đó giá trị
a bao gồm sơ" liên kết 71 hoặc sơ vịng hoặc cả hai.
a ^ CnH 2n+) -> hiđrocacbon no mạch hở (ankan)
^ l l k r t , khơng vịng -» anken

C nH2n+2 2a —

2
liên kết 7t trong
CnH2n.2 ^ 2 liên kết 71 xen kẽ -* ankađien
1 vịng + 17C —>• xicloanken

3 nối đơi -> ankatrien .
1 nốỉ đơi + 1 nối ba —» ankenin.

CnH2n.G

vịng sáu cạnh + 3 liên kết 7t xen
kẽ -> Aren

n.4. ĐỔNG PHÂN
•
Đồng phân là hiện tưựng các chất có cùng một CTPT
ìruhưng có câ'u tạo khác nhau, do đó có tính chất khác nhau.

►đp mạch cacbon

►đp cách chia cắt mạch cacbon

đp cấ u tạ o —

• đp vị trí (nơi đơi, nơi ba, nhóm
thố, nhỏm chức)

p h ân loại^

• đp liên kết

n1

đp hình học

đp nhóm chức

a) Đổng phàn mạch cacbon : xuất hiện do sự sắp xêp rruạic:kh
cacbon khác nhau.
b) Đồng phàn cách chia cắt mạch cacbon : xuất hiện do sự cắt m ạch cacbon khác nhau.
V í d ụ : CH 3-Ịj:-0 -C 2H 5

và

0
etyl a x e ta t

CH3CH0-jj- 0 - C H 3
0

*

m etyl propionat

c) Đồng phản vị tr í: xuất hiện do sự khác nh au vị trí củ a móơi
đơi, nối ba, nhóm thê hoặc nhóm chức trong phân tử.
V í dụ : CH 3-C H 2-C H 2-C H 2-B r và CH 3-C H 2-C H -C H a
Br
l-brom butan

2-brom butain

c h 2= c h - c h 2- c h 3
Buten-1

và c h 3- c h = c h - c h 3
Buten-2

d) Đồng phàn nhóm chức : xuất hiện do sự thay đồi c ấ u ttạạo
nhóm chức trong phân tử.
Ví d ụ :

CH 3-O -CH 3
Đ im etvl e te

12

và

CH 3CH2OH
Etanol


CHjCHXHO

và

CH 3-Ç-CH:j
II
o

Propanai

(c á c

Đ im etyl xeton

e)
Đồng phán lien kết : xuất hiện do sự thay đổi liên kết giữa
nguyên tử với nhau.
Ví dụ.

CH 3-CH =C H -C H 3

và

CH 2-<ỊJH2
c h 2- c h 2

B u ten-2

Xiclobutan

j) Đồng phán hình học (cis-trans) : là loại đồng phân khơng
g ian (hay đồng phân lập thê) gây nên bởi sự phân bỏ" khác nhau
• của các ngun tử hoặc nhóm ngun tử ở hai bên một bộ phận
cứng nhắc” như nổi đơi, vịng no, ...
Ví du.

H

H
\

H

/

, / c= c\
..
ch3
ch3

\
và

/

, , / c= c\ . .
ch3

cis-B uten-2

cis-1,2- Đ im etyl xiclopropan

/C H 3
h

trans-B uten-2

trans- 1,2-Đimetvl xiclopropan

Điểu kiện xu át hiện dồng phán hình học :
•

Điều kiện cần : phân tử phải có liên kết dôi (một liên kết

đôi hay hệ thổng một sơ" liên kết đơi) hoặc vịng no (thường là
vịng nhỏ)... coi đó là bột phận "cứng nhắc” cản trở sự quay tự do
của nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) ỏ bộ phận đó.
13


• Điểu kiện đủ : ở mỗi nguyên tử cacbon của liên kết đơi v à i I
ở ít n h ất hai nguyên t ử cacbon của vòng n
ng u y ê m 1

tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau.

điều kiện
e
c

/

\

Giả sử xét độ hơn cấp tương đối ta th ấy a > b và e > f, khii I
đó :
a)
Nếu a, e cùng phía nổi đơi (hoặc m ặt phẳng vịng no) tai
có đồng phân cis- (hay z - tiếng Đức Zusam m en nghĩa lài
cùng").
b) Nếu a, e khác phía ta có đồng phân tra n s - (hay E * tiếng:
Đức Entgegen nghĩa là "đối").
Ngoài các loại đồng phần kể trên, trong nhóm đồng phâru
lập th ể cịn xuất hiện loại đồng phân quang học. Đó là n h ữ n g
đồng phân có kh ả n ăn g làm lệch m ặt phẳng ánh sáng p hân cực
(ánh sáng chỉ dao động trên một m ặt phẳng n h ất định) một góc
sang phải (+a) hoặc sang trá i (-a). Các đồng phân này có tín h
ch ất lý-hóa tương tự chỉ khác nhau độ quay cực riêng [a] và
h o ạt tính sinh học.
Điều kiện x u ất hiện đồng phân quang học là trong p h ân tử
phải chứa nguyên tử b ất đối (thường là nguyên tử cacbon bất
14

đơi, ký hiệu c*). Đó là ngun tii liên kết với 4 nguyên tử hoặc
nhóm nguyên tử khác nhau C*abcd (a * b * c * d).
Ví dụ. Glixeranđehit CtLOHCHOHCHO có 2 đồng phân
quang học :
CH=0
HO

CH=0
H

CHoOH

H

OH

CHọOH
D(+)-Glixeranđehit
M D = +8,7°

Hai chất này gọi là một cặp đối quang vì có cùng góc quay
a chỉ khác nhau về dấu. Thơng thường trong tự nhiên cũng như
trong q trình tơng hợp hữu cơ người ta hav gặp hai chất đối
quang ở dạng tập hợp vối sơ mol bằng nhau. Tập hợp đó gọi là
biến thểraxem ic. Do sự bù trừ vể độ quay cực riêng [a] nên biến
thê raxemic khơng có tính quang hoạt.
50°ó L(-)-Glixeranđehit+50%D(+)-Glixeranđehit=50%(±)Glixeranđehit
[M D = -8,7'
Cách viết các đồng phân :

Trong chương trìn h phơ thơng ta chỉ giới hãn xét đồng
phân cấu tạo và đồng phân hình học. Để viết được đầy đủ các
đồng phán ta thực hiện các bưổc sau.
Ví dụ. Viết đồng phân cho CTTQ : CxHyOzNtXv (X-halogen).
Bước 1. Xác định độ bất bão hòa (sơ' liên kết n hoặc số vịng)
của phân tử theo công thức :
15


2x + 2 -.(y + v) + t

a = ----------—---------2
Bước 2. Xác định các đồng phân cần viết theo yêu cầu ìbiààồi
to án :
•

Hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng nào ?

•

Mạch hở hav mạch vịng ?

-> Dựa vào giá trị của a và sô lượng các nguyên tô có m iặặặt
trong phân tử để phân loại đồng phân có thề có.
Bước 3. Viết các dạng mạch
cacbon (bộ khung cacbon) bỉaaao
gồm : mạch không nhánh, một
nhánh, hai nhánh... và mạic^hh
vịng (viết mạch vịng lớn n h ất ứng vói sơ" ngun tử cacbon cccó
th ể tạo vịng).

Bước 4. Đ ặt các nơi đơi, nốì
ba, nhóm th ế hoặc nhóm chiíứức
vào vị trí đầu mạch. Di chuyển các nỗi đơi, nổì ba hoặc nhiómm
thế, nhóm chức trê n các mạch đó. Đối với mạch vịng ta th u rứhaỏ
vịng và chú ý vịng nhỏ n h ất có 3 ngun tử cacbon.
Khi viết các đồng phân cần lưu ý :
•

Khơng có cơng thức xác định sơ" lượng đồng phân. itìù;iy
từng ch ất mà có sơ" lượng đồng phân khác nhau.

• P hải đảm bảo đúng hóa trị của các nguyên tố.
•

Viết đồng phân theo u cầu bài tốn (mạch hỏ, mạicbh
vịng, khơng gian, dạng bển hoặc tấ t cả có thể có).

• Loại bỏ các đồng phân trù n g n h au (do sự đôi xứinig
mạch cacbon) và các đồng phân không bển tự chuyển w ề
các dạng khác bền hơn.
Ví dụ. Viết các đồng p hân của C3H 60 .
nv u

Tính

16

2 .3 + 2 - 6 _ ,

a = ----- ------- = 1.

2


Vi a = 1 và chỉ có 1 nguyên tử o trong phân tử nên sẽ có
các loại đồng phân sau đâv :
a) Đồng phân rượu không no đơn chức :
c h , = c h - C h 2- o h
b) Rượu vị«g no đơn chức :

e) Ete khơng no :

(1 )

CH 2
CH 2—CH-OH

(2)

CH 2= C H -0-C H 3

(3)

d) Ete vòng no :
^

ch2

ch2

c h 2- c h - c h 2
ch2

o

o
(4)

(5)

e) Anđehit no đơn chức :
CH 3-C H 2-CHO

(6 )

f) Xeton no đơn chức :
CH3-C -C H 3

(7)

O
Trong các hợp chất trên khơng có đồng phân hình học.
1.5. QUAN HỆ GIỬA CAU TRÚC VÀ TÍNH CHAT H ộ p
CHẤT HỮU Cơ
1.5.1. Các kiểu liên kết tron g hóa hữu cơ

%

1.5.1.1. Liên kết cộng hóa trị
Liên kết cộng hóa trị được hình thành bằng sự xen phủ cực

đại các obitan nguyên tử (AO) jtao nên eb&afl--phân tử {MO)
I

CA! H Ọ C C Ị1 Ơ C G U MA MỘi
A

\

#

TRÍÍH6: W TUữỉG TỈM.TI ilr Y ộ

17


chung cho cả hai nguyên tiỉ tham gia liên kết. Loại liên kết m à\yy
rấ t quan trọng và phô biến nhất trong họp ch ất hữu cơ.

a)
Liên kết sigỉna (ơ) : Liên kết ơ được hình thành do sui ự
xen phủ "đầu vối đầu" (head-to-head) của 2 AO tạo nên MO) c c ó ó
trục đơi xứng trù n g với trục nôi hai hạt n h ân nguyên tử :

8 -8

p

p

Liên kết a tương đổi bển. Hai nguyên tử nối với nhau cỉhiủ

bằng liên kết a thơi thì có khả năng quay quanh trục liên kẻêtìt
mà khơng làm m ất sự xen phủ (thí dụ H -H , CH3-CH3,...) d '0 đỉđó
xu ất hiện các đồng phân cấu dạng ở hợp chất hữu cơ.
b)
Liên kết p i (tc). Liên kêt 7t được hình th àn h do sự xen phiuủ
"bên vối bên” (side-to-side) của hai AOp cạnh n h au và có tnụac
song song vói n h au tạo nên MO* nằm ỏ' hai bên trục nôi h a i h:ạạt
n h ân nguyên tử :

So với liên kết ơ thì liên kết 7t kém bền. Hai nguyên tử ncơi
vói n h au bằng một liên kết 7T(và 1 liên kết ơ) khỏng thể quay ttự
do q u an h trục nối hai hạt n hân được vì như thê sẽ vi phạm ssự
xen phủ cực đại của hai AO do đó xuất hiện đồng phân hình họọc
ỏ các hợp ohất có nối đơi.----


c) S ự lai hóa obitan
Đê giải thích hóa trị 4 của cacbon, ngưịi ta cho rằng ỏ
trạng thái "kích thích" một electron 2s chuyên chỗ sang 1AO
trống 2 p,:
Is- I 2 s 22 p ‘ 2p ;

1S” I 2 s ’2p [ 2pJ 2p[

Khi đó xảy-ra sự tố họp obitan 2 s vối một sô obitan 2p để
tạo ra các obitan lai hóa có năng lượng được xem là tương đương
nhau. Sự tổ hợp như vậy gọi là sự lai hóa obitan. Có 3 kiểu lai
hóa :
•

Lai hóa sp j (lai hóa tứ diện) : một AOs và 3AOp tơ hợp vối
nhau tạo th àn h 4AO lai hóa sp 3 có trục tạo nên những góc
109°28' :

•
Lai hóa sp" (lai hóa tam giác) : một AOs và 2AOp, tổ hơp
vối nhau tạo thành 3AO lai hóa sp 2 có trục nằm trên mặt phẳng
hình th àn h những góc 12 0 °.

19


•
Lai hóa sp (lai hóa đường thẳng) : một AOs tổ hợp với m ộtt
AOp tạo nên 2 obitan lai hóa sp có trục nằm trên một đườragí
th ẳn g :

Chú ý : Tỷ lệ % AOs trong obitan lai hóa càng cao thì độ á m 1
điên của cacbon càng lỏn (C\„1 > c sp ", > c sp 3 ) do đó đơ dài liên k ế t t
của nguyên tử cacbon trong phân tứ hữu cơ càng giảm.

>

C-H
1,07 A

A

<

>

r-H

C -H
1.09Á

spc=c
co

sp 3
c -c
1,54 A

sp
c -c
1,20A

>

C-H
1.05A

d) S ự ph â n cực của liên kết - Motnen lưỡng cực
aJ Sự phân cực liên kết ơ
• Khi hai nguyên tử hoàn toàn đồng nhất liên kết ơ vớii
nhau, liên kết đó khơng p h ân cực (chẳng hạn : H -H , Cl-Cl.l,
CH 3-C H 3,...). Ngược lại, nếu hai ngun tử khơng đồng n h ấ t và i
có độ âm điện khác nhau thì liên kết sẽ phân cực về phía độ âmn
điện lón hơn, làm xuất hiện lưỏng cực một đầu âm (ô ) và mộtt

đầu dương (5+).
V í dụ :

H -> Cl ,

20

CH 3 -» Cl


• Mức độ phân cực của phán tứ được đánh giá bằng ìnomen
lưỡng cực điện // (= k h o ả n g cách X đ iện tích) với cơn g thứ c :
ịi = 5 .rì

Trong đó : ơ là điện tích của cực dương hay âm (coulomb);
d là khoảng cách trọng tâm giữa 2 điện tích dương và âm (met)
Đơn vị SI của là coulomb.met nhưng thường được chuyển
th àn h Debye (D) : 1 D = 3,336.1030 Coulomb.met (C.m).
• Momen lương cực là đại lượng vectơ có chiểu từ điện tích
dương đến điện tích âm. IL r.ảng lỏn chứng tỏ sự phản cực cảng
m anh.
Ví dụ. Momen lưỡng cực của một sô phân tử chất
ổ+
ồ— ỗ— ỗ+ ồ—
6+
H *“ C1 0 = c = 0
HH
ịi,

u9

ôO v
\ ỉ :H
M.= 1,84D

n = 0,00D

p

C1-— c — C1
L
C1
ụ. = 0,00D

• Đê mô tả sự phân cực của liên kết ơ người ta thay nét.
gạch liên kết bằng nét gạch dạng mũi tờn ( - ).
p/ ôSphõn cc liờn kt n
ã Liờn kêt Tí giữa 2 ngun tử hoặc nhóm ngun tử đồng
nhất, ví dụ CHọ = CHo, thường khơng phân cực. Ngược lại, liên
kêt n giữa 2 nguyên tử không đồng n h ất có độ âm điện khác
nhau lại ln phân cực về phía có độ âm điện lớn hơn.
• Ta biếu diễn sự phân cực của liên kết n bằng mũi tên
8+ /"'H s
cong. Thi dụ :
CHS- c = o
H
21


• Liên kết 71 thường dế phán cực hơn liên kết Q. Sự p h an

cực của liên kêt 7t củng được đánh giá một cách định lượng bằng
momen lưỡng cực.
Ví dụ.

CH2=CH2

CH 2 = 0

ịi = 0,00D

H = 2,27D

e) S ự liên hợp:
aJ Sự liên hợp 71, 7T.
• Khi trong phân tử có hai (hoặc nhiểu) liên kết 71 ở cách
nhau bằng một liên kết đơn ơ (hệ liên hợp), các AOp có thể xen phủ
nhau khơng những tạo thành hai MOïï riêng lẻ mà còn tạo thành
MOn chung giải tỏa cho tồn bộ phân tử. Ví dụ, butađien - 1,3:

H
H

\

c

/

H

c
c===
*
ơ

c'

\

'h

H

Hệ liên k ế t K tập trung

4

\

H ệ liên kết K giải tỏa

•
Hệ liên kết n giải tỏa như trên được gọi là hệ liên hợp Jĩ,7t.
Để mô tả sự liên hợp n, n ta có thể dùng hệ các mũi tên cong.
/Ó .
/S
CH2=CH-CH=CH 2
hoặc CH 2=CH-CH=CHọ
o

_ o
CH 2=C H -C H =0

,
(không được biểu diễn ngược lại vỉ
oxi âm điện hơn cacbon)

22


|3/ S ự liên hợp n, /r
• Khi một nguvên tứ mang cặp electron chưa liên kêt
(electron n) nôi vỏi một nguyên tử chứa liên kết n ta cũng thấy
hiện tượng liên hợp tương tự như trên. Và được gọi là sự liên
hợp n. 7t.
• Sự chuyển dịch n, 7T làm chuyên dịch electron từ cặp
eleciron n theo chiều mũi tên cong.
Ví dụ :
H

\

H
/.5.7.2. Mọt sỏlién kết yếu và tương tác yếu
a) Liên kết hiđro. Liên kết hiđro (biểu thị bằng 3 dấu chấm
5- ' ỗ*
thảng hàng) được hình th ành giữa nhóm X-*—H phân cực và
5-

nguyên tử Y chứa cặp electron tự do nhờ tương tác tĩnh điện

yêu (* 10 -r 40 kơ.m ol1). Sơ đồ :
ỗ -

5+

liên kết cộng hóa trị
phần cực

,
ồ -

liên kết

hidro

Ở đầy X củng như Y là những nguyên tử có độ âm điện lón,
thường là o , N, F... Liên kết cộng hóa trị X - H càng phân cực


và khả năng nhường cặp electron tự do của Y càng lớn t h ì liêm
kết hiđro càng bền vững.
Có 2 loại liên kết hiđro thường gặp :
•
Liên kết hiđro liên phân tử : đó là trường hợp X-H và Y'
thuộc về 2 phân tử riêng rẽ (có thê giổng nhau hoặc khác nhau).
Ví dụ.
c h 3-c,

\O -H

C-CH 3 (hai phân tử axit axetic)
. .. o
(phần tử axit axetic v à nước))

O - H . . . O-H

•
Liên kết hiđro nội phân tử : đó là liên kết giữa X-H và Y
của cùng một phân tử.
Ví.dụ:
o

Chú ý : Liên kết hiđro tuy là liên kết yếu, nhưng lại g ây
ảnh hưởng lớn tối nhiều -tính chất vật lý ( t ° , độ tan trong rntóc, ....)>
và cả tính chất hóa học (tính axit của nhiều hợp chất hữu cơ)).
Xem 1.5.3.
b) Lực h ú t giữa các phân tử (Lực Van der W aals)
•
Lực định hướng Ịà lực tương tác p h át sinh giữa các phâini
tử phân cực. Những phân tử này được sắp xếp có trậ t tự cực đõii
24


cực (đầu dương đôi diện vỏi đầu âm) sao cho có lợi nhất vê mặt
n ăng lượng.
Ví du.

Lực cảm ứng lả lưc tướng tác phát sinh giữa các phân tử
p h án CƯC và khơng phán cưc nhị tao ra lường cực cam ứng do
•

hiện tường phán cực cảm ứng gáy nên.
Ví du

H
•

Lực phân tán London, một trong các dạng chủ yêu của

lực hút Vander Waals, xuất hiện giữa các phân tử không phân
cực hoặc phân cực. Trong phân tử dù là phân cực hay không,
các electron chuyển động không ngừng quatih hạt nhân, cịn hạt
nhân thì thường xun dao động quanh vị trí cân bằng. Vì vậy
sự phán bỏ" điện tích dương và âm trong phân tử nha't thời lệch
ra, khơi vị trí cân bằng, đủ đê xuất hiện các lưỡng cực tạm thời
trong giây lát, rồi lại x u ất hiện các lưỡng cực tạm thời khác. Kết
quả trên bề m ặt các phần tử ln có các lưỡng cực tạm thời giúp
chúng hút nhau. Lực h ú t này phụ thuộc vào bể m ặt tiếp xúc
giữa hai phân tử, nên có th ể coi như tỉ lệ vối diện tích bể m ặt
của phân tử : diện tích hề m ật phân tử càne lớn thi lực hút
Vander Waals càng m anh.
Lực hút Vander W aals cũng thuộc loại tương tác yêu
(khoảng 10 -r 40 kJ/mol) và gây ảnh hương lên nhiệt độ sơi và
tính tan trong nước tương tự như liên kết hiđro (xem 1.5.3).
25