Bài giảng Hóa học các hợp chất cao phân tử - ĐH Lâm Nghiệp

ThS. TRẦN THỊ THANH THỦY
TS. VŨ HUY ĐỊNH

HãA HäC C¸C HợP CHấT
CAO PHÂN Tử

TRNG I HC LM NGHIP - 2019


ThS. TRẦN THỊ THANH THỦY, TS. VŨ HUY ĐỊNH

BÀI GIẢNG

HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT
CAO PHÂN TỬ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 1
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC HỮU CƠ ................................. 3
1.1. Cấu tạo và đặc điểm của nguyên tử cacbon ............................................... 3
1.1.1. Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử cacbon ....................................... 3
1.1.2. Các trạng thái lai hoá của nguyên tử cacbon ..................................... 4
1.2. Liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ .............................................. 5
1.2.1. Liên kết xich ma (  ) ........................................................................... 6
1.2.2. Liên kết pi (  ) .................................................................................... 6
1.2.3. Một số đặc điểm của liên kết cộng hóa trị .......................................... 7
1.3. Đồng phân ................................................................................................ 10

1.3.1. Đồng phân quang học ....................................................................... 10
1.3.2. Đồng phân hình học .......................................................................... 13
1.4. Hiệu ứng electron ...................................................................................... 15
1.4.1. Hiệu ứng cảm ứng ............................................................................. 15
1.4.2. Hiệu ứng liên hợp.............................................................................. 17
1.4.3. Hiệu ứng siêu liên hợp ...................................................................... 20
1.5. Phản ứng hữu cơ....................................................................................... 21
1.5.1. Phân loại phản ứng hữu cơ............................................................... 21
1.5.2. Cơ chế phản ứng ............................................................................... 21
Chƣơng 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYME ......................................... 25
2.1. Vài nét lịch sử ........................................................................................... 25
2.2. Khái niệm polyme .................................................................................... 26
2.3. Danh pháp polyme ................................................................................... 28
2.4. Phân loại polyme ...................................................................................... 29
2.4.1. Phân loại theo nguồn gốc ................................................................. 29
2.4.2. Phân loại theo đặc điểm thành phần ................................................ 29
2.4.3. Phân loại dựa vào cấu trúc mạch ..................................................... 33
2.4.4. Phân loại vật liệu polyme trong cơng nghiệp ................................... 34
2.5. Tính chất cơ lý và hóa học của polyme.................................................... 35
2.5.1. Tính chất cơ lý ................................................................................... 35
2.5.2. Tính chất hóa học .............................................................................. 37
i


2.6. Phản ứng tổng hợp polyme ...................................................................... 39
2.6.1. Phản ứng trùng hợp .......................................................................... 39
2.6.2. Phản ứng trùng ngưng ...................................................................... 41
2.7. Giới thiệu một số polyme ......................................................................... 42
Chƣơng 3. PHẢN ỨNG TRÙNG HỢP ........................................................... 45
3.1. Trùng hợp gốc .......................................................................................... 46

3.1.1. Gốc tự do ........................................................................................... 46
3.1.2. Cơ chế của phản ứng trùng hợp gốc ................................................. 48
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp gốc ......................... 53
3.1.4. Sự chuyển mạch và ảnh hưởng của chúng đến quá trình trùng hợp 55
3.1.5. Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc ...................................... 58
3.1.6. Phản ứng đồng trùng hợp gốc........................................................... 62
3.1.7. Khả năng phản ứng của monome và gốc tự do................................. 63
3.2. Trùng hợp ion ........................................................................................... 65
3.2.1. Trùng hợp cation ............................................................................... 66
3.2.2. Trùng hợp anion ................................................................................ 73
3.3. Polyme đồng trùng hợp nhánh và polyme đồng trùng hợp khối.............. 77
3.3.1. Phương pháp điều chế copolyme khối .............................................. 77
3.3.2. Phương pháp điều chế copolyme nhánh ........................................... 80
Chƣơng 4. PHẢN ỨNG TRÙNG NGƢNG ..................................................... 84
4.1. Khái niệm phản ứng trùng ngưng ............................................................ 84
4.1.1. Khái niệm .......................................................................................... 84
4.1.2. Chiều hướng phản ứng của các hợp chất đa chức ........................... 87
4.2. Trùng ngưng cân bằng.............................................................................. 88
4.2.1. Khái niệm .......................................................................................... 88
4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng ngưng ............................................ 89
4.3. Trùng ngưng không cân bằng................................................................... 95
4.4. Các phương pháp tiến hành trùng ngưng ................................................. 98
Chƣơng 5. TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA POLYME................................. 101
5.1. Đặc điểm phản ứng hóa học của polyme ............................................... 101
5.2. Các phản ứng chuyển hóa đồng dạng của nhóm chức ........................... 103
5.2.1. Polyme mạch hiđrocacbon .............................................................. 103
5.2.2. Polyme chứa nhóm ancol và các dẫn xuất của ancol ..................... 105
5.2.3. Polyme dị mạch ............................................................................... 106
ii

5.3. Các phản ứng khâu mạch polyme .......................................................... 108
5.3.1. Phản ứng của polyme cao su .......................................................... 108
5.3.2. Phản ứng đồng trùng hợp khối, đồng trùng hợp nhánh ................. 110
5.3.3. Phản ứng khâu mạch của polyme dị mạch ..................................... 111
5.4. Sự phân hủy polyme............................................................................... 111
5.4.1. Sự phân hủy hóa học ....................................................................... 112
5.4.2. Sự phân hủy vật lý ........................................................................... 117
5.5. Sự lão hóa polyme .................................................................................. 125
Chƣơng 6. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA POLYME ...................... 129
6.1. Sự mềm dẻo của mạch polyme .............................................................. 129
6.1.1. Sự nội quay phân tử ........................................................................ 129
6.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mềm dẻo của mạch polyme ............ 131
6.2. Dung dịch polyme .................................................................................. 131
6.2.1. Bản chất của dung dịch polyme ...................................................... 131
6.2.2. Khả năng hoà tan của polyme - Sự trương ..................................... 132
6.2.3. Đặc điểm của dung dịch polyme ..................................................... 135
6.3. Khối lượng phân tử của polyme ............................................................. 135
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 138

iii


LỜI NĨI ĐẦU
Bài giảng “Hóa học các hợp chất cao phân tử” được biên soạn theo khung
chương trình đào tạo bậc đại học, dùng để làm tài liệu giảng dạy và học tập mơn
học Hóa học các hợp chất cao phân tử, Hóa học Polyme cho các ngành học Chế
biến lâm sản, Công nghệ vật liệu của trường Đại học Lâm nghiệp; làm tài liệu
tham khảo cho môn học liên quan đến các hợp chất polyme…
Nội dung Bài giảng gồm 6 chương bao gồm các nội dung về cơ sở lý thuyết

hóa học hữu cơ, giới thiệu chung về polyme, phản ứng trùng hợp, phản ứng
trùng ngưng, tính chất hóa học của polyme, một số tính chất cơ lý của polyme.
Nội dung bài giảng cung cấp những kiến thức cơ bản thuộc lĩnh vực Hóa học
các hợp chất cao phân tử. Người đọc cần nắm được những kiến thức cơ bản về
cơ sở lý thuyết các q trình hóa học và cấu tạo hợp chất hữu cơ.
Trong quá trình biên soạn bài giảng này, nhóm tác giả đã nhận được sự góp
ý nhiều lần của các Giảng viên trong Bộ mơn Hóa học, Trường Đại học Lâm
nghiệp. Tuy vậy, bài giảng khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế. Nhóm tác giả
kính mong nhận được sự góp ý của đồng nghiệp, bạn đọc để cuốn sách được tái
bản lần sau có chất lượng hơn.
Chúng tơi xin chân thành cảm ơn!
Nhóm tác giả

1


Chƣơng 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC HỮU CƠ
1.1. Cấu tạo và đặc điểm của nguyên tử cacbon
1.1.1. Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử cacbon
Cacbon là nguyên tố thuộc chu kỳ 2, phân nhóm chính nhóm IV của bảng
HTTH. Lớp vỏ electron của C có 6 electron và được chia làm 2 lớp: Lớp trong
có 2 electron (1s2), lớp ngồi có 4 electron được chia thành 2 phân lớp (2s22p2).

2p2

2s2

Các electron s và p chuyển động tạo nên những đám mây electron (obitan)
khác nhau. Obitan s có dạng hình cầu, các obitan p có dạng hình số 8. Các

obitan p định hướng trong không gian theo 3 chiều px , py ,pz.
z

z

z

z
+

_
+

y

_

y

+
x

x

y

_

y

x

x
px

s

+

py

pz

Hình 1.1. Hình dạng obitan 2s, 2p của nguyên tử cacbon
Đó là sự phân bố electron trên các obitan của nguyên tử cacbon ở trạng thái
cơ bản hay trạng thái tĩnh. Ở trạng thái này, cacbon có 2 electron độc thân (2p2),
do vậy cacbon có thể có hóa trị 2.
Thực tế, trong các hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4. Điều này có thể
giải thích được trên cơ sở thuyết lượng tử. Theo quan điểm của thuyết này, trước
khi tạo thành các liên kết, dưới tác dụng của năng lượng, một electron ở phân
lớp 2s sẽ được kích thích để chuyển lên phân lớp 2p.

2s2

2p2

2s1

2p3

Năng lượng cần thiết để dùng cho quá trình này gọi là năng lượng kích
thích và nó sẽ được bù lại sau khi hình thành liên kết. Ở trạng thái kích thích,

3


ngun tử cacbon có 4 electron độc thân, vì thế cacbon có hóa trị 4. Bốn
electron độc thân của cacbon được phân bố ở hai trạng thái khác nhau về mặt
năng lượng. Một electron 2s ở trạng thái năng lượng thấp hơn, khả năng đi vào
liên kết khó hơn. Ba electron 2p tồn tại ở trạng thái năng lượng cao hơn, khả
năng đi vào liên kết dễ dàng hơn. Do vậy, một trong bốn liên kết của cacbon tạo
bởi electron 2s phải khác với 3 liên kết còn lại tạo bởi các electron 2p. Tuy
nhiên, trong thực tế bốn liên kết của nguyên tử cacbon no thường giống nhau về
độ dài và độ bền. Để giải thích vấn đề này, người ta cho rằng obitan 2s đã trộn
lẫn với các obitan 2p để tạo thành các obitan mới có mức năng lượng và hình
dạng khơng gian giống nhau. Đó chính là sự lai hóa của các obitan.
1.1.2. Các trạng thái lai hoá của nguyên tử cacbon
Trong các hợp chất hữu cơ, nguyên tử cacbon có thể tham gia vào 3 trạng
thái lai hóa khác nhau:
- Lai hóa sp3 (hay lai hóa tứ diện): Ở trạng thái này, một obitan 2s đã trộn
lẫn với 3 obitan 2p để được 4 obitan lai hóa giống hệt nhau hướng về bốn đỉnh
của một tứ diện đều. Trục của các obitan lai hóa tạo với nhau những góc bằng
nhau và bằng 109o28’ (góc hóa trị). Đây là trạng thái lai hóa bền vững nhất của
nguyên tố cacbon. Nguyên tử cacbon lai hóa sp3 tham gia 4 liên kết đơn (4 liên
kết xichma, ζ), như vậy nguyên tử cacbon lai hóa sp3 là nguyên tử cacbon no;
- Lai hóa sp 2 (hay lai hóa tam giác): Ở trạng thái này, obitan 2s trộn lẫn
với 2 obitan 2p để tạo thành 3 obitan lai hóa. Ba obitan lai hóa nằm trên cùng
một mặt phẳng và trục của chúng tạo với nhau những góc 1200. Ở trạng thái lai
hóa sp2, ngun tử cacbon cịn lại một electron 2p khơng tham gia lai hóa, trục
của nó vng góc với mặt phẳng chứa ba obitan lai hóa. Electron 2p này sẽ tham

gia hình thành liên kết  với nguyên tử bên cạnh. Trạng thái lai hóa sp2 là trạng
thái lai hóa của cacbon mang một nối đơi (C mang 1 liên kết  và 3 liên kết ζ);
- Lai hóa sp (hay lai hóa đường thẳng): Ở trạng thái lai hóa này, obitan 2s
trộn lẫn với một obitan 2p để được hai obitan lai hóa giống hệt nhau. Hai obitan
này cùng nằm trên một đường thẳng và tạo với nhau góc 1800. Ở trạng thái lai
hóa sp, nguyên tử cacbon cịn lại hai obitan p khơng tham gia lai hóa, trục của
chúng vng góc với nhau và đồng thời vng góc với đường thẳng chứa 2
obitan lai hóa, các electron p này sẽ tham gia hình thành các liên kết . Trạng
thái lai hóa sp là trạng thái lai hóa của cacbon mang liên kết ba hoặc 2 liên kết
đôi (C mang 2 liên kết  và 2 liên kết ζ).
4


Dưới đây mơ tả hình dạng và sự phân bố các đám mây electron ở các trạng
thái lai hóa khác nhau:

Lai hóa sp3
Lai hóa sp2
Lai hóa sp
Hình 1.2. Các trạng thái lai hóa của ngun tử cacbon
Ví dụ: Xét trạng thái lai hóa của mỗi nguyên tử C trong một số phân tử:

Trong phân tử propen, nguyên tử C(1) và C(2) có trạng thái lai hóa sp2 do
mang 1 liên kết đơi, C(3) có trạng thái lai hóa sp3 do là C no. Góc tạo bởi 3 nguyên
tử C là 1200, là góc lai hóa của C(2), do vậy mạch cacbon có dạng gấp khúc.

Các ngun tử C trong vịng benzen đều có trạng thái lai hóa sp2. Các góc
lai hóa trong phân tử benzen đều bằng 1200, là góc lai hóa của Csp2.
Trong phân tử propin, nguyên tử C(1) và C(2) có trạng thái lai hóa sp do
mang 1 liên kết ba, C(3) có trạng thái lai hóa sp3. Góc tạo bởi 3 nguyên tử C là

1800, là góc lai hóa của C(2), do vậy mạch cacbon có dạng thẳng.
Khi tham gia các phản ứng hóa học, sự phá vỡ liên kết cũ và hình thành
liên kết mới sẽ làm thay đổi trạng thái lai hóa của nguyên tử cacbon.
Ví dụ:
1.2. Liên kết hố học trong các hợp chất hữu cơ
Nguyên tử của các nguyên tố có thể kết hợp với nhau để tạo nên phân tử,
tức là liên kết với nhau để tạo nên hợp chất. Nói một cách khác, các ngun tử
đều có khuynh hướng bão hịa lớp vỏ electron ngoài cùng để trở thành lớp vỏ
electron bền vững (lớp vỏ của khí trơ). Có nhiều kiểu liên kết hóa học với những
đặc điểm khác nhau: liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, liên kết
5


hiđro, liên kết kim loại... Trong các loại liên kết trên, liên kết cộng hóa trị
thường gặp trong các hợp chất hữu cơ.
Liên kết hóa học thực hiện bằng những cặp electron dùng chung gọi là liên
kết cộng hóa trị. Theo quan điểm hiện đại thì liên kết cộng hóa trị được hình
thành khi có sự xen phủ tối đa của hai obitan nguyên tử (AO). Obitan xen phủ
nhận được khi ấy gọi là obitan phân tử (MO).
Tùy theo kiểu xen phủ của các obitan nguyên tử, người ta phân biệt liên kết
cộng hóa trị thành liên kết xich ma (  ) và liên kết pi (  ).
1.2.1. Liên kết xich ma (  )
Liên kết  : Là liên kết mà phương của các obitan nguyên tử xen phủ trùng
với phương liên kết (trục nối tâm giữa hai nguyên tử). Obitan phân tử bao quanh
trục nối hai nguyên tử. Liên kết  có thể tạo bởi các obitan nguyên tử s với s, s
với p, p với p hoặc sp3, sp2, sp với nhau và với các obitan s, p.

H

H

H

C

C

C

Hình 1.3. Liên kết  giữa H-H, giữa H-C, giữa C-C
Với liên kết ζ, vùng xen phủ của các obitan nguyên tử là lớn hơn so với các
liên kết cộng hóa trị khác, các obitan tham gia xen phủ tạo liên kết ζ có khả
năng quay tự do quanh trục liên kết (tính linh động) nên liên kết  là loại liên
kết bền vững.
Liên kết  có đối xứng trục, do vậy nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có
thể quay tương đối tự do quanh trục đối xứng làm xuất hiện các cấu dạng khác
nhau trong một số loại hợp chất hữu cơ.
1.2.2. Liên kết pi (  )
Liên kết  : Là loại liên kết mà các obitan nguyên tử xen phủ với nhau theo
kiểu “cạnh sườn”, phương của các obitan ngun tử xen phủ vng góc với
phương liên kết. Obitan phân tử đối xứng nhau qua mặt phẳng nút (mặt phẳng
chứa trục nối hai nhân nguyên tử và vng góc với trục của obitan ngun tử).
Liên kết  tạo thành giữa hai obitan p với p, p với d hoặc d với d.

H
H

H

H

H

H

+
_

H
H

Hình 1.4. Sự xen phủ p-p tạo liên kết
6




Với liên kết π, các obitan nguyên tử xen phủ nhau ít, các obitan tham gia
xen phủ tạo liên kết π khơng cịn khả năng quay tự do quanh trục liên kết (tính
cứng nhắc) do vậy các liên kết

 thường kém bền, dễ bị phá vỡ khi tham gia

các phản ứng hóa học.
Khi tham gia liên kết π, các nhóm thế khơng có khả năng quay tự do xung
quanh trục đối xứng, đây là nguyên nhân làm xuất hiện đồng phân hình học
trong các hợp chất có nối đơi C=C.
Trong các phản ứng hữu cơ, liên kết π được tạo thành giữa hai nguyên tử
cacbon với nhau, giữa cacbon và nguyên tử của nguyên tố khác như oxi, nitơ...
tạo liên kết đôi và liên kết ba. Liên kết đôi gồm 1 liên kết ζ và 1 liên kết π. Liên
kết ba gồm 1 liên kết ζ và 2 liên kết π.

C

C

C C

C

O

C NH

C

N

Trường hợp các liên kết π hình thành giữa hai nguyên tử của hai nguyên tố
có độ âm điện chênh lệch nhau thì nó sẽ bị phân cực.

 

C

O

Ở những hợp chất có liên kết đơi liên hợp, chẳng hạn như trong phân tử
buta-1,3-đien (CH2=CH-CH=CH2), các electron  linh động, chúng thường
được giải toả trên toàn mạch liên hợp làm cho các hợp chất thuộc loại này có
những tính chất khác biệt so với các chất chứa nối đơi bình thường.
1.2.3. Một số đặc điểm của liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị có những đặc tính khác với những loại liên kết khác:
a) Độ dài liên kết
Thực nghiệm đã xác định được khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử
trong liên kết cộng hóa trị là một đại lượng khơng đổi. Khoảng cách đó được gọi
là độ dài liên kết. Độ dài liên kết thường được kí hiệu là d, đơn vị tính bằng
angtron (Å), 1 Å = 10-8 cm. Độ dài liên kết bằng tổng bán kính cộng hóa trị của
hai ngun tử liên kết với nhau.
Bán kính cộng hóa trị của hiđro là 0,37 Å thì độ dài liên kết H-H là 0,37 +
0,37 = 0,74 Å. Khi tạo thành phân tử hiđro, đã có sự xen phủ nhau giữa hai
obitan 1s của hai nguyên tử hiđro.
7


Một số độ dài của liên kết khác:
Liên kết

C-H

C-C

C=C

O-H

C-Cl

d (Å)

1,09

1,54

1,34

0,96

1,77

Sự xen phủ giữa hai obitan nguyên tử càng nhiều, độ dài liên kết càng
ngắn, liên kết càng bền, càng khó bị phá vỡ. Song độ dài liên kết không phải là
đại lượng cơ bản để đánh giá sự bền vững của một liên kết hóa học.
b) Độ phân cực của liên kết
Trong liên kết cộng hóa trị, nếu obitan phân tử có cấu tạo cân đối, nghĩa
là mật độ electron của obitan phân tử phân bố đều giữa hai hạt nhân, trọng
tâm điện tích âm và dương trùng nhau thì liên kết là khơng phân cực. Liên kết
cộng hóa trị không phân cực chỉ tạo thành giữa hai nguyên tử của cùng một
nguyên tố.
Ví dụ: Liên kết H-H; Cl-Cl; CH3-CH3; CCl3-CCl3.
Trong trường hợp nếu obitan phân tử có cấu tạo không cân đối, nghĩa là
mật độ electron của obitan phân tử lệch về phía một trong hai ngun tử thì liên
kết cộng hóa trị đó là phân cực. Liên kết cộng hóa trị phân cực thường được
hình thành bởi các nguyên tử có độ âm điện khác nhau liên kết với nhau. Khi ấy,
mật độ electron của obitan phân tử sẽ lệch về phía ngun tử nào có độ âm điện
lớn hơn, làm cho nguyên tử đó giàu electron hơn, tức nó mang một phần điện
tích âm (kí hiệu   ). Ngược lại, nguyên tử kia nghèo electron hơn, mang một
phần điện tích dương (kí hiệu   ). Trong một số trường hợp, liên kết giữa 2
nguyên tử của cùng một nguyên tố cũng có thể phân cực do ảnh hưởng của hiệu
ứng electron của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Trọng tâm điện tích dương
và âm không trùng nhau mà cách nhau một khoảng l nào đó.
Ví dụ: Trong liên kết C-F, flo có độ âm điện là 4, cacbon là 2,5 (đơn vị

Pauling), nghĩa là flo có độ âm điện lớn hơn, liên kết C-F bị phân cực về phía
nguyên tử flo, flo mang điện tích âm cịn cacbon mang điện tích dương:




C

_

F

Để đặc trưng cho độ phân cực của liên kết cộng hóa trị, người ta dùng đại
lượng momen lưỡng cực, kí hiệu là  và được tính bằng biểu thức:
 = q.l

8


q (culong, C) là điện tích

 ,  ;

l (mét, m) là độ dài lưỡng cực (khoảng

cách giữa các trọng tâm điện tích âm và điện tích dương). Đơn vị của  là
Đơbai (D), 1 D = 3,33564.10-30 C.m.
Mômen lưỡng cực của một vài liên kết như sau:
Liên kết

C-C

C-H

C-N

C-O

C-Cl

μ (D)

0,0

0,4

1,2

1,6

2,3

Mômen lưỡng cực đặc trưng cho độ phân cực của liên kết. Liên kết không
phân cực μ = 0, liên kết phân cực μ > 0, μ càng lớn thì liên kết càng phân cực và
ngược lại. Nói chung, liên kết càng phân cực càng kém bền, càng dễ bị phá vỡ
trong quá trình tham gia phản ứng.
c) Năng lượng liên kết
Trong quá trình hình thành phân tử các chất từ các nguyên tử tự do có sự
giải phóng năng lượng, năng lượng đó được gọi là năng lượng nguyên tử hình
thành phân tử và được tính bằng kcal/mol hoặc kJ/mol.

Vậy năng lượng nguyên tử hình thành phân tử là năng lượng được giải phóng
ra khi hình thành một mol chất từ các nguyên tử tự do ở điều kiện tiêu chuẩn.
Ví dụ: Khi tạo thành một mol HCl từ các nguyên tử tự do H và Cl, giải
phóng ra một năng lượng 102 kcal, nên năng lượng nguyên tử hình thành phân
tử bằng 102 kcal/mol.
Đối với phân tử hai nguyên tử thì năng lượng nguyên tử hình thành phân tử
cũng chính là năng lượng liên kết.
Năng lượng liên kết chính là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó.
Năng lượng liên kết càng nhỏ, liên kết càng kém bền, càng dễ bị phá vỡ và
ngược lại.
Đối với phân tử nhiều nguyên tử như CH4, C2H6... người ta dùng khái niệm
năng lượng liên kết trung bình, vì trong những phân tử nhiều nguyên tử, dù gồm
những liên kết giống nhau, các liên kết đó vẫn có năng lượng liên kết khác nhau,
tuỳ theo thứ tự hình thành liên kết là trước hoặc sau.
Ví dụ: Trong phân tử CH4 có 4 liên kết C-H có năng lượng: 435, 443, 443,
338 kJ/mol (theo thứ tự phân ly các liên kết). Năng lượng nguyên tử hình thành
CH4 là: 435 + 443 + 443 +338 = 1659 kJ/mol, năng lượng liên kết trung bình
của liên kết C-H là 1659/4 ≃ 415 kJ/mol.
9


Liên kết

C-H

C-C

C=C

O-H

C-Cl

Elk (kcal/mol)

98,7

79,3

140,5

109,4

75,8

1.3. Đồng phân
Một hiện tượng rất phổ biến trong hóa học hữu cơ là hiện tượng đồng
phân. Hiện tượng này đã được giải thích trên cơ sở thuyết cấu tạo của nhà hóa
học Nga A. M. Butlerop. Do có hiện tượng đồng phân mà số lượng các hợp chất
hữu cơ tìm thấy tăng lên gấp bội.
Những chất có cùng cơng thức phân tử nhưng có cấu tạo khác nhau và do
đó có những tính chất đặc trưng khác nhau gọi là các chất đồng phân.
Có hai loại đồng phân chính: đồng phân cấu trúc (đồng phân mặt phẳng),
đồng phân không gian (đồng phân lập thể).
Đồng phân cấu trúc là các đồng phân khác nhau về trật tự sắp xếp các
nguyên tử trong phân tử, bao gồm 4 loại: đồng phân mạch cacbon, đồng phân
nhóm định chức, đồng phân do vị trí nhóm chức, hiện tượng hỗ biến (tautome).
Bản chất của đồng phân lập thể là sự khác nhau về cấu trúc khơng gian của
các phân tử. Có hai loại đồng phân lập thể: đồng phân quang học, đồng phân
hình học.

Ở đây ta xét kỹ hơn các đồng phân lập thể.
1.3.1. Đồng phân quang học
Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính Nicon sẽ thu được ánh sáng phân cực.
Lăng kính Nicon giữ lại trên phương truyền những dao động của ánh sáng
trong một mặt phẳng duy nhất. Khi nghiên cứu về sự tương tác của ánh sáng
phân cực đối với các chất, năm 1813, nhà vật lý học người Pháp là Bio đã
phát hiện trong tự nhiên tồn tại hai loại tinh thể thạch anh, một loại làm quay
mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái, một loại làm quay mặt phẳng ánh
sáng phân cực sang phải. Ngoài ra, có một số tinh thể của một số hợp chất
khác như HgS, ZnSO 4, NaCl cũng có đặc tính tương tự. Năm 1875, Bio lại
phát hiện có một số hợp chất hữu cơ cũng có khả năng làm quay mặt phẳng
ánh sáng phân cực như dầu thông, dung dịch đường, dung dịch long não,
dung dịch axit tactric...
10


Hình 1.5. Sơ đồ Thí nghiệm đo góc quay cực
Khả năng làm quay (làm lệch) mặt phẳng ánh sáng phân cực được gọi là
tính chất hoạt quang. Những chất có tính chất đó gọi là chất hoạt động quang
học. Khả năng hoạt động quang học của chất hoạt quang được đặc trưng bởi
năng suất quay cực riêng [  ]. Năng suất quay cực riêng là góc quay của mặt
phẳng ánh sáng phân cực sau khi đi qua dung dịch chứa có nồng độ chất hoạt
quang là 1 g/ml và lớp dung dịch dày 1 dm. Giá trị của năng suất quay cực riêng
được xác định bằng biểu thức:
t0
 = 
 L.C
Trong đó:  là góc quay cực xác định bằng thí nghiệm, L là bề dày của lớp
dung dịch chất hoạt quang (dm), t0 là nhiệt độ khi tiến hành phép đo, λ là bước
sóng của ánh sáng phân cực, C là nồng độ chất quang hoạt (g/ml).

Đồng phân quang học xuất hiện do sự bất đối xứng của các chất, sự có mặt
trong phân tử hợp chất hữu cơ một hay nhiều nguyên tử cacbon bất đối xứng.
Nguyên tử cacbon bất đối xứng là nguyên tử cacbon liên kết với bốn
ngun tử hay nhóm ngun tử hồn tồn khác nhau.
Ví dụ: Trong phân tử axit lactic:
3

CH3

H
1
C COOH
OH

2

Nguyên tử C(2) là nguyên tử cacbon bất đối. Người ta kí hiệu nguyên tử
cacbon bất đối là C*. Những phân tử hữu cơ như vậy có thể tồn tại ở những cấu
hình khơng gian khác nhau. Phân tử axit lactic có hai cấu hình khơng gian đối
xứng nhau qua mặt phẳng gương (Hình 1.6).

11


CH3
C
HO

CH3

C
HH
OH HO
COOH COOH

CH3
C
HH
COOH

a

CH3
C

CH3
CH3
OH HO
OH
H H
COOH
COOH
COOH

b

c

Hình 1.6. Cấu hình khơng gian của axit lactic
a. Mơ hình tứ diện; b. Mơ hình quả cầu; c. Mơ hình cơng thức chiếu Fisher

Hai cấu hình đó trơng rất giống nhau song khơng bao giờ trùng khít lên
nhau được mà chúng ln đối xứng nhau như vật và ảnh qua gương, như bàn tay
trái và bàn tay phải, như hai chiếc giày của một đôi... Khi ở trạng thái lỏng, khí
hoặc trong dung dịch chúng đều có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân
cực. Hai dạng như vật và ảnh qua gương có góc quay của mặt phẳng ánh sáng
phân cực bằng nhau nhưng ngược dấu.
Đồng phân quang học là những chất có cùng cơng thức phân tử nhưng có
cấu tạo khơng gian khác nhau và có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng
phân cực khác nhau.
Hai đồng phân quang học có trị số tuyệt đối của góc quay cực bằng nhau
nhưng khác dấu, là hai chất nghịch quang (hay gọi là hai chất đối quang). Nếu
trộn hai chất đối quang theo tỉ lệ 1:1 thì ta được hỗn hợp khơng có tính hoạt
quang, gọi hỗn hợp đó là raxemic. Như vậy, nếu trong phân tử của hợp chất hữu
cơ có một ngun tử cacbon bất đối thì hợp chất đó có hai đồng phân quang học,
có thể tạo ra một cặp nghịch quang, một hỗn hợp raxemic.
Trong trường hợp phân tử có nhiều cacbon bất đối thì số đồng phân quang
học tăng lên và được tính theo biểu thức N = 2n. Trong đó N là số đồng phân
quang học, n là số nguyên tử cacbon bất đối khác nhau.
Nếu trong phân tử có những ngun tử cacbon bất đối hồn tồn giống
nhau thì xuất hiện loại đồng phân mới gọi là đồng phân mezo (hay đồng phân
thường), cũng là đồng phân lập thể nhưng khơng có tính hoạt động quang học.
Ví dụ: Axit tactric HOOC - CHOH - CHOH - COOH có hai ngun tử
cacbon bất đối giống nhau vì chúng đều liên kết với nguyên tử -H, nhóm -OH và
nhóm –CHOH-COOH. Ta biểu diễn cơng thức hình chiếu của các đồng phân đó
như sau:

12


COOH

H C OH
HO C H
COOH

COOH
H C OH
H C OH
COOH

COOH
HO C H
H C OH
COOH

COOH
HO C H
HO C H
COOH

Axit (+) tactric Axit (-) tactric
Đồng phân mezo
Một cặp nghịch quang
Các chất hoạt động quang học được chia thành hai dãy lớn: Dãy D và dãy
L; D và L là những kí hiệu dùng để chỉ cấu hình của phân tử. Để xếp một chất
hoạt quang nào đó vào dãy D hay L người ta chọn cấu hình của glixeralđehit
làm chuẩn:
O
HO CH2 CH C
H
OH

Glixeralđehit có một nguyên tử cacbon bất đối, do vậy có hai dạng cấu hình
khơng gian khác nhau, ứng với hai đồng phân quang học của nó.
CHO
CHO
H
H
OH HO
CH2OH
CH2OH

D(+)-Glixeralđehit L(-)-Glixeralđehit
Những chất quang hoạt có sự sắp xếp H và OH xung quanh nguyên tử
cacbon bất đối giống như sự sắp xếp của H và OH của D-glixeralđehit thì chất
đó thuộc dãy D, nếu sự sắp xếp đó giống L-Glixeralđehit thì thuộc dãy L.
1.3.2. Đồng phân hình học
Đồng phân hình học là loại đồng phân lập thể xuất hiện do sự phân bố khác
nhau của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử xung quanh một bộ phân cứng nhắc
như nối đơi hay vịng no.
Đồng phân hình học có hai dạng: dạng cis và dạng trans:
 Dạng cis để chỉ đồng phân có hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử giống
nhau nằm về cùng một phía so với mặt phẳng của liên kết kép hay mặt phẳng
của vòng no;
 Dạng trans để chỉ các đồng phân có hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử
giống nhau nằm ở khác phía so với mặt phẳng của liên kết kép hay mặt phẳng
vịng no.
Ví dụ: Phân tử 1,2-đicloetilen (ClCH=CHCl) có hai dạng phân bố trong
khơng gian so với mặt phẳng của nối đôi:
13

Cl

Cl
C

H
C

C
H

H

Cl
C
H

Cl

cis
trans
Phân tử 1,2-đicloxiclopropan cũng có hai dạng phân bố trong khơng gian
so với mặt phẳng của vịng.

cis

trans

Trường hợp 2 ngun tử cacbon ở bộ phận cứng nhắc khác hẳn nhau thì khi

2 nhóm nhỏ ở cùng phía ta có đồng phân Z, khi 2 nhóm nhỏ ở khác phía ta có
đồng phân E.
Như vậy, điều kiện để có đồng phân hình học là: phân tử phải có bộ phận
cứng nhắc (nối đơi, vịng no) và mỗi cacbon ở bộ phận cứng nhắc phải liên kết
với 2 nhóm nguyên tử khác nhau.
Nếu trong phân tử có nhiều trung tâm gây nên đồng phân hình học thì số
đồng phân hình học sẽ tăng nhanh cùng với số trung tâm này.
Ví dụ: Phân tử điphenylbutađien-1,3 (C6H5-CH=CH-CH=CH-C6H5).
C6H5

H

H
H
(trans-trans)

C6H5
H
C6H5

H

H
H
(trans-cis)

C6H5
H

C6H5

H

H

C6H5
H

H

(cis-cis)

Để phân biệt đồng phân ở dạng cis và dạng trans, người ta có thể căn cứ vào:
 Mômen lưỡng cực: Mômen lưỡng cực của đồng phân dạng cis luôn luôn
lớn hơn so với mômen lưỡng cực của đồng phân dạng trans.
Phân tử 1,2-đicloetilen: Dạng cis có  = 1,89D, dạng trans có  = 0,0D.
 Nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy, tỉ khối khác nhau. Chẳng hạn với 1,2đicloetilen: Dạng cis có t s0 = 60,80C và d = 1,283, dạng trans có t s0 = 47,90C và
d = 1,256.
Khả năng tham gia phản ứng hóa học của đồng phân dạng cis thường mạnh
hơn đồng phân dạng trans. Ví dụ: Axit maleic (dạng cis) dễ tham gia phản ứng
loại nước để tạo thành anhiđrit maleic. Trong khi đó axit fumaric (dạng trans)
khơng thể tham gia phản ứng này.
14


H
H

COOH
C
C

1800C

COOH

Axit maleic

O
H C C
O + H 2O
C C
H
O

H
C
H C COOH

HOOC

Anhiđrit maleic

Axit fumaric

1.4. Hiệu ứng electron
Trong phân tử hợp chất hữu cơ, ln có ảnh hưởng qua lại giữa các ngun
tử và nhóm nguyên tử trong phân tử. Ảnh hưởng này do sự tương tác giữa các cặp
electron liên kết trong phân tử, tương tác này làm thay đổi sự phân bố electron (mật
độ electron), dẫn đến sự thay đổi mức độ phân cực, độ bền của liên kết, cuối cùng
là ảnh hưởng đến tính chất lý hóa của hợp chất hữu cơ. Các tương tác trên đều do

nguyên nhân ban đầu là electron nên gọi là hiệu ứng electron. Tùy thuộc đặc điểm
tương tác, hiệu ứng electron được chia thành hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp,
hiệu ứng siêu liên hợp.
1.4.1. Hiệu ứng cảm ứng
1. Khái niệm và phân loại
Ví dụ: Xét mức độ linh động của nguyên tử hiđro trong nhóm hiđroxyl (OH) của axit axetic và axit clo axetic:
O

O

CH3 C

Cl CH2 C
OH

OH

Ka = 1,8.10

-5

Ka = 1,4.10-3

Qua hằng số Ka ta thấy tính axit của axit clo axetic mạnh hơn axit axetic rất
nhiều. Nói một cách khác, nguyên tử hiđro trong nhóm -OH của axit clo axetic
linh động hơn nguyên tử hiđro trong nhóm -OH của axit axetic. Nguyên nhân là
do nhóm CH3- và nhóm Cl-CH2- ảnh hưởng khác nhau đến nhóm -COOH.
Đối với phân tử axit clo axetic, nhóm cacboxyl -COOH được liên kết với
nhóm ClCH2-, nguyên tử Cl hút e nên liên kết C-Cl phân cực về phía Cl. Nhờ sự
phân cực này mà clo mang một phần điện tích âm (   ), cacbon trong nhóm CH2- mang một phần điện tích dương (   ). Nguyên tử cacbon trong nhóm -CH2lại hút cặp electron dùng chung giữa nó và cacbon trong nhóm -COOH. Từ đó,

Cl gây ảnh hưởng lan truyền đến liên kết O-H, làm liên kết O-H phân cực hơn,
nguyên tử H dễ tách ra (tính axit tăng).

Cl


CH2

15

COOH


Ngược lại, trong phân tử axit axetic, nhóm -COOH liên kết với nhóm CH3-,
nhóm -CH3 có khả năng đẩy lùi cặp electron ra xa mình, làm giảm bớt phần điện
tích dương của nguyên tử cacbon trong nhóm cacbonyl, gây ra ảnh hưởng lan
truyền làm giảm sự phân cực trong liên kết O-H (tính axit giảm).
CH3

COOH

Ảnh hưởng của nguyên tử Cl và của nhóm CH3 đến nhóm -OH theo kiểu
như vậy được gọi là ảnh hưởng cảm ứng. Nguyên tử Cl và nhóm - CH3 là những
trung tâm gây nên ảnh hưởng cảm ứng (hiệu ứng cảm ứng). Ảnh hưởng này sinh
ra từ một liên kết xich ma trong phân tử và lan truyền theo mạch liên kết xich ma.
Hiệu ứng cảm ứng là hiệu ứng phân cực lan truyền liên kết dọc theo mạch
liên kết xich ma khi có sự phân cực của một liên kết trong phân tử.
Người ta thường dùng mũi tên thẳng (→) đi từ nguyên tử này đến nguyên
tử kia để chỉ hướng lan truyền của hiệu ứng cảm ứng. Hiệu ứng cảm ứng được
kí hiệu bằng chữ I.

Có hai loại hiệu ứng cảm ứng: hiệu ứng cảm ứng dương (kí hiệu +I), hiệu
ứng cảm ứng âm (kí hiệu –I).
a) Hiệu ứng cảm ứng dương (+I): Là hiệu ứng gây ra bởi các nguyên tử
hay nhóm nguyên tử có khả năng đẩy electron từ nó sang nguyên tử bên cạnh.
Các nhóm ankyl, nhóm mang điện âm gây hiệu ứng +I.
Các gốc ankyl càng lớn, càng phức tạp, khả năng gây hiệu ứng cảm ứng
dương càng lớn: (CH3)3C- > (CH3)2CH- > C2H5- > CH3-.
b) Hiệu ứng cảm ứng âm (-I): Là hiệu ứng gây ra bởi các nguyên tử hay
nhóm nguyên tử có khả năng hút electron từ ngun tử bên cạnh về phía nó. Các
nhóm khơng no, nhóm chứa nguyên tố có độ âm điện lớn, nhóm mang điện
dương gây hiệu ứng –I.
Các nguyên tử, nhóm nguyên tử có độ âm điện càng lớn, các nhóm nguyên
tử càng chưa no, khả năng gây hiệu ứng cảm ứng âm càng lớn.
-CN > -NO2 > -F > -Cl > -Br > -I
2. Đặc điểm của hiệu ứng cảm ứng
Hiệu ứng cảm ứng được sinh ra từ một liên kết đơn, truyền đi theo mạch
liên kết đơn. Mặt khác, liên kết đơn lại là liên kết bền vững, rất khó làm biến
dạng chúng. Do vậy, điểm đặc trưng của hiệu ứng cảm ứng là giảm nhanh khi
mạch cacbon kéo dài.
16


So sánh hằng số Ka của axit butanoic khi có nguyên tử halogen thay thế
nguyên tử hiđro ở gốc ankyl:
CH3 CH2 CH2 COOH

Cl CH2 CH2 CH2 COOH
Ka= 3.10-5

Ka= 1,5.10-5

CH3 CH CH2 COOH

CH3 CH2 CH COOH

Cl
Ka= 8,9.10-5

Cl
Ka= 139.10-5

Qua hằng số Ka, chúng ta nhận thấy rằng, tất cả các axit clo butanoic đều
mạnh hơn axit butanoic, do ảnh hưởng hiệu ứng âm –I của nguyên tử clo gây
nên. Nguyên tử clo càng xa nhóm -COOH thì ảnh hưởng của nó đối với nhóm
này càng yếu và ngược lại.
1.4.2. Hiệu ứng liên hợp
1. Khái niệm
Hiệu ứng liên hợp chỉ xuất hiện ở những phân tử có chứa hệ liên hợp.
Hệ liên hợp là hệ thống chứa liên kết kép (đôi, ba) luân phiên (xen kẽ) liên
kết đơn hoặc chứa những nguyên tử, nhóm ngun tử cịn cặp electron tự do liên
kết trực tiếp với nguyên tử cacbon mang liên kết kép.

Ví dụ 1: Xét sự phân bố mật độ electron



trong phân tử buta-1,3-đien và

phân tử pentađien-2,4-al-1.
CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH=CH2-CHO
Người ta đã chứng minh được rằng, trong phân tử buta-1,3-đien, các

electron



đã liên hợp và pha hòa vào nhau tạo thành một obitan phân tử  duy

nhất, giải toả đều trên cả 4 nguyên tử cacbon. Người ta dùng mũi tên cong để chỉ
hướng chuyển dịch của các electron  .

17


Cịn trong phân tử penta-2,4-đien-1-al, do đặc tính phân cực có sẵn của
nhóm cacbonyl làm cho hệ thống electron  bị hút lệch về phía ngun tử oxi
của nhóm cacbonyl.

O
CH2 CH CH CH C
H
Ảnh hưởng của nhóm cacbonyl làm thay đổi mức độ phân cực của electron
 trong hệ liên hợp như trên được gọi là ảnh hưởng liên hợp.
Ví dụ 2: Xét sự phân bố của các electron  -p trong phân tử vinyl clorua.
Trong phân tử vinyl clorua, nguyên tử clo còn hai cặp electron p tự do. Một
trong hai cặp electron p này có trục song song với trục của các electron p tại
vùng nối đôi, do đó chúng sẽ tham gia vào liên hợp với các electron  . Trong
trường hợp này, hệ thống electron  -p cũng liên hợp và pha hoà vào nhau,
nhưng bị đẩy lệch về phía nguyên tử C 2 , sinh ra hiệu ứng liên hợp và nguyên tử
clo là trung tâm gây nên hiệu ứng đó.

Hiệu ứng liên hợp là hiệu ứng sinh ra do sự tương tác giữa các electron 

với nhau, giữa các electron p tự do với các electron  làm thay đổi mức độ
phân cực của các liên kết  trong phân tử.
Kí hiệu hiệu ứng liên hợp là C, chiều dịch chuyển mật độ electron được ký
hiệu bặng mũi tên cong.
2. Phân loại
a) Hiệu ứng liên hợp dương (+C): Các nhóm nguyên tử hoặc nguyên tử
gây hiệu ứng liên hợp dương thường là các nhóm hoặc nguyên tử còn cặp
electron p tự do như các halogen, nhóm amin (-NH2), nhóm hiđroxyl (-OH)…
Ví dụ:

b) Hiệu ứng liên hợp âm (-C): Các nhóm nguyên tử có khả năng gây hiệu
ứng liên hợp âm thường là các nhóm trong đó có chứa liên kết kép như các nhóm:
-NO2, -CN, -CHO, -COOH, >C=O
18


Ví dụ: CH = CH
2

C N

;

CH2 = CH - CH = CH - CH = O

Chú ý: Hiệu ứng liên hợp như ta đã xét ở trên sinh ra do đặc tính vốn có
của phân tử, do vậy cịn được gọi là hiệu ứng liên hợp tĩnh. Ngồi ra, cịn hiệu
ứng liên hợp sinh ra do ảnh hưởng của tác nhân phản ứng hoặc môi trường phản
ứng, được gọi là hiệu ứng liên hợp động.
Ví dụ: Phân tử butađien-1,3 bình thường khơng bị phân cực. Khi có tác

dụng của tác nhân phản ứng, hệ thống electron  có thể được phân bố lại:



CH2=CH - CH=CH2 + HBr

BrCH2-CH=CH-CH3

Một số nguyên tử và nhóm nguyên tử như các halogen; -NH2; -OH… đồng
thời gây nên hai hiệu ứng liên hợp +C và hiệu ứng cảm ứng -I ngược chiều
nhau. Trong những trường hợp đó, người ta thấy rằng, đối với các halogen thì
hiệu ứng -I > +C, do đó hiệu ứng -I quyết định về khả năng phản ứng, hiệu ứng
+C quyết định chiều hướng phản ứng. Cịn đối với các nhóm khác thì hiệu ứng
+C > -I nên hiệu ứng +C sẽ quyết định cả khả năng lẫn chiều hướng phản ứng.
Xét phản ứng cộng hợp của phân tử vinyl clorua với phân tử bất đối xứng
HBr. Trong phân tử vinyl clorua, nguyên tử clo gây hiệu ứng -I làm mật độ
electron tại vùng nối đôi giảm, do vậy vinyl clorua tham gia phản ứng kém
etilen (CH2=CH2). Nhưng mặt khác, nguyên tử clo cũng có khả năng gây hiệu
ứng liên hợp +C, làm phân cực hóa electron  của nối đơi.
CH2 CH

Cl + HBr

CH3

Br
CH
Cl

3. Đặc điểm của hiệu ứng liên hợp
Hiệu ứng liên hợp không bị giảm lực tác dụng khi mạch liên hợp kéo dài.
Ví dụ: Phản ứng ngưng tụ giữa một anđehit R-CHO với anđehit sorbit.
RCHO + H CH2 CH CH CH CH CHO

R CH CH2 CH CH CH CH CHO
OH

Sở dĩ phản ứng này xảy ra được là do ảnh hưởng của nhóm -CHO tới
nguyên tử hiđro trong nhóm -CH3 đã được truyền qua hệ thống liên hợp bốn
nguyên tử cacbon mà không bị yếu đi làm cho nguyên tử hiđro trong nhóm -CH3
trở nên linh động, dễ tham gia phản ứng.
19


H

CH2

CH CH

CH

CH CH

O

1.4.3. Hiệu ứng siêu liên hợp
Người ta nhận thấy rằng, trong những hệ thống phân tử có chứa liên kết CH đứng cách liên kết kép bởi một liên kết đơn C-C như:
H

H

H
C C C

C C

C C N

O

Trong những hệ thống đó có sự liên hợp giữa cặp electron  của các liên
kết C-H với cặp electron

 của liên kết kép (dùng mũi tên cong đi từ liên kết C-

H đến liên kết C-C để chỉ sự liên hợp). Sự liên hợp như vậy được gọi là hiệu
ứng siêu liên hợp (hay sự liên hợp  -  ).
H

H

H
C C C

C C

C C N

O

Hiện tượng cũng xảy ra tương tự nếu thay liên kết C-H bằng C-F, nhưng
khi đó, liên kết C-F hút electron của liên kết kép.
Vậy: Hiệu ứng siêu liên hợp là hiệu ứng electron sinh ra do sự tương tác
giữa các electron của liên kết σ C-H hay C-F với electron π của nối đôi hoặc nối
ba cách nhau một liên kết đơn C-C.
Ký hiệu: Hiệu ứng siêu liên hợp là H.
Nhóm liên kết C-H gây hiệu ứng siêu liên hợp dương (+H), nhóm liên kết
C-F gây hiệu ứng siêu liên hợp âm (-H).
Nếu số liên kết C-H đứng cách liên kết kép một liên kết đơn C-C càng
nhiều thì hiệu ứng siêu liên hợp càng lớn và ngược lại.
H
H

C CH

H

CH2

H
> H

C CH

CH2

H
> R

C CH

CH2

R

R

Thực tế làm tăng khả năng cộng hợp vào nối đôi do cả hai hiệu ứng +I và
H. Chính sự ảnh hưởng này ở hệ đã ưu tiên tạo ra sản phẩm theo quy tắc
Maccơpnhicơp.
Ví dụ:

20


H
H

 
 
C CH CH2 + H + I

CH3 CH CH3
I

H
1.5. Phản ứng hữu cơ

1.5.1. Phân loại phản ứng hữu cơ
Dựa vào sự thay đổi cấu tạo phân tử, sự thay đổi trong phân bố các nguyên
tử trong phân tử hợp chất hữu cơ, có thể phân loại phản ứng hữu cơ như sau:
a) Phản ứng thế (S - Substitution)
Phản ứng thế là phản ứng trong đó một nguyên tử hay nhóm nguyên tử
được thay thế bởi nguyên tử hay nhóm ngun tử khác.
Ví dụ: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + NaOH → CH3OH + NaCl
b) Phản ứng cộng (A - Addition)
Phản ứng cộng là phản ứng trong đó hai phân tử kết hợp với nhau để tạo
phân tử mới.
Ví dụ: CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3
CH2=CH-CH3 + HBr → CH3- CHBr-CH3
Phản ứng trùng hợp là trường hợp đặc biệt của phản ứng cộng.
c) Phản ứng tách (E - Elimination)
Phản ứng tách là phản ứng làm cho hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị
tách ra khỏi một phân tử mà khơng có ngun tử hay nhóm ngun tử nào thay
thế vào.
Ví dụ:

Ngồi ra cịn có các phản ứng như trong phản ứng vô cơ như phản ứng
phân hủy, phản ứng oxi hóa khử…
1.5.2. Cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng hóa học là con đường chi tiết mà hệ các chất phản ứng
phải đi qua để tạo ra sản phẩm.
Cơ chế phản ứng có thể được phân loại theo loại phản ứng: cơ chế thế, cơ
chế cộng, cơ chế tách.
Cơ chế phản ứng cũng có thể được phân loại theo loại tiểu phân tham gia
21