ÔN hóa học hữu cơ NÂNG CAO

ÔN HÓA HỌC HỮU CƠ NÂNG CAO
PHẢN ỨNG THẾ Ở CACBON NO
I. Phản ứng thế gốc tự do (SR)
Thường gặp ở phản ứng thế halogen (Cl2 , Br2) vào các ankan.
Cơ chế:
h
a) Giai đoạn khơi mào:
Cl2 
 2Cl
b) Giai đoạn phát triển mạch:

Cl  RH 
 R  HCl
R  Cl2 
 RCl  Cl

c) Giai đoạn tắt mạch:

R  Cl 
 RCl
Cl  Cl 
 Cl2

R  R 
R  R
- Càng nhiều gốc đẩy electron xung quanh thì gốc tự do sinh ra R càng bền.
- Brom có tính chọn lọc cao hơn clo vì:
+ Ở bước quyết định tốc độ phản ứng thì phản ứng của brom là thu nhiệt, trong khi đó, phản ứng của clo
là tỏa nhiệt.
+ Sự chênh lệch giữa hàng rào năng lượng của nguyên tử cacbon bậc cao và cacbon bậc thấp trong phản
ứng của brom lớn hơn trong phản ứng của clo.

Hóa học lập thể:
Gốc tự do R sinh ra có cấu tạo phẳng nên Cl có thể tấn cơng từ hai phía của mặt phẳng. Vì vậy, theo lý thuyết
sẽ tạo ra 50% đồng phân (R) và 50% đồng phân (S).

Cơng thức tính phần trăm sản phẩm thế:

%xi 

ri n i
.100%
 rini

Trong đó: + ri là khả năng phản ứng thế của H trên nguyên tử cacbon bậc i.
+ ni là tổng số nguyên tử H trên nguyên tử cacbon bậc i.
II. Phản ứng thế nucleophin (SN)
1) Tác nhân
- Tác nhân càng mang nhiều điện tích âm thì tính Nu càng mạnh.
Ví dụ: OH– > H2O; MeO– > MeOH…
- Trong cùng một chu kì, theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần thì độ âm điện của các nguyên tử tăng dần làm
giảm khả năng cho electron nên tính Nu giảm.
Ví dụ: CH3  NH2  OH  F
- Đối với các halogen thì I– > Br– > Cl– > F–.
- Đối với các tác nhân của cùng một nguyên tố, điện tích âm càng bị giải tỏa thì tính Nu càng yếu.


Ví dụ:
RO– > HO– > PhO– > RCOO– >> ROH  H2O >> RSO 3–
- Tác nhân càng cồng kềnh thì tính Nu càng giảm.
Ví dụ: R3O– < R2O– < R1O – và R3OH < R 2OH < R1OH (Rn là gốc hiđrocacbon bậc n)
2) Nhóm xuất

- Nhóm xuất tốt là nhóm xuất khi đi ra sẽ khơng quay lại phản ứng với sản phẩm để tạo ra các chất ban đầu.
- Nhóm xuất tốt thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Là nhóm hút electron.
+ Bền sau khi đi ra nhưng khơng phải là bazơ mạnh.
+ Có khả năng phân cực tốt để làm bền trạng thái chuyển tiếp.
- Một số nhóm xuất tốt thường gặp: F– < Br–  OH2+ < I– < MsO– < TsO–
3) Phân biệt phản ứng thế SN1 và SN2
a) Phản ứng thế SN1:

- Phản ứng thế SN1 tạo ra hỗn hợp raxemic và thường xảy ra sự chuyển vị.
- Phản ứng thế SN1 xảy ra khi:
+ Chất nền: bậc 3 > bậc 2 (bậc 1 khơng phản ứng).
+ Tác nhân: có tính Nu yếu, nồng độ thấp (để tránh sự cạnh tranh của phản ứng SN2).
+ Dung môi: protic (MeOH, H 2O…).
b) Phản ứng thế SN2:

- Phản ứng thế SN2 tạo ra sản phẩm quay cấu hình.
- Phản ứng thế SN2 xảy ra khi:
+ Chất nền: metyl > bậc 1 > bậc 2 (bậc 3 khơng phản ứng).
+ Tác nhân: có tính Nu mạnh, nồng độ cao (để tránh sự cạnh tranh của phản ứng SN1).
+ Dung môi: aprotic (DMSO, DMF, hexan, axeton, ete…).
Chú ý: các hợp chất bixiclo có dạng như hình dưới sẽ không tham gia phản ứng thế SN1 hoặc SN2.

4) Hiệu ứng nhóm kề của phản ứng thế SN1
- Các nhóm –COOH, –S–, –N=, –Hal, –Ph hoặc nối đơn, nối đơi có thể tạo ra hiệu ứng nhóm kề.
- Hiệu ứng kề thường đi qua trạng thái chuyển tiếp vòng 3 cạnh (đôi khi 5 hoặc 6 cạnh).
- Hiệu ứng nhóm kề làm cho phản ứng xảy ra nhanh hơn và sản phẩm có cấu hình khác so với bình thường.


Ví dụ 1:

Ví dụ 2:


Ví dụ 3:

Ví dụ 4:


Ví dụ 5:

5) Phản ứng thế nội phân tử (SN i)
- Thường gặp khi cho ancol tác dụng với SOCl2 .
- Cơ chế:
+ Khơng có dung mơi, chỉ cần nhiệt độ: Khơng thay đổi cấu hình

+ Dung mơi đioxan: Khơng thay đổi cấu hình


+ Dung mơi piriđin: Thay đổi cấu hình

6) Chuyển vị pinacolon
Thường gặp khi cho 1,2-điancol tác dụng với axit.

Chú ý: Nhóm ankyl chuyển đi phải là nhóm cồng kềnh hơn (bậc 3 > bậc 2 > bậc 1 > metyl).

PHẢN ỨNG TÁCH Ở CACBON NO
- Thông thường, các phản ứng tách đều xảy ra theo cơ chế tách anti.
- Không tạo được nối đôi ở đầu cầu của các hợp chất bixiclo.
I. Quy tắc Saytzeff

- Phản ứng tách tạo ra nối đơi có nhiều nhóm thế nhất (sản phẩm chính).
II. Quy tắc Hoffmann
- Phản ứng tách tạo ra nối đôi có ít nhóm thế nhất (sản phẩm chính).
III. Phân biệt phản ứng thế nucleophin và phản ứng tách
1) E1 và E2
- E1: dùng tác nhân có tính bazơ mạnh, nồng độ cao.
- E2: dùng tác nhân có tính bazơ yếu, nồng độ thấp.


Chú ý: + E2 ln tách ở vị trí nhị trục (hoặc đối trục).
+ E1 có kèm theo sự chuyển vị.
2) SN và E
- SN: nhiệt độ thấp và dung môi phân cực.
- E: nhiệt độ cao và dung môi kém phân cực.
IV. Các phản ứng tách syn
- Khi các nhóm xuất là benzoat, axetat, xanthat (–OC(=S)–SR), amin oxit (–N+–O–) thì sẽ tách theo syn và đi qua
trạng thái chuyển tiếp vịng.
- Các nhóm xuất sẽ tách cùng H có tính axit cao hơn để tạo ra sản phẩm chính.
Ví dụ:

PHẢN ỨNG CỘNG – ĐĨNG VỊNG
I. Phản ứng [2 + 2]
- Giữ cấu hình của một chất và thay đổi cấu hình của một chất.

II. Phản ứng Diels – Alder [4 + 2]
- Giữ nguyên cấu hình của đien và đienophin.

- Tuân theo quy tắc Alder (endo).
Ví dụ:
Hãy xác định cấu trúc sản phẩm chính của phản ứng sau:

(A)

Bước 1: Vẽ hai phân tử trên mặt phẳng giấy với đien nằm trên và đienophin nằm
dưới. Nhóm cacbonyl của đienophin phải hướng về liên kết  của đien.

Bước 2: Vẽ các nguyên tử H của các nguyên tử C sẽ trở thành trung tâm lập thể
sau khi phản ứng.

Bước 3: Vẽ sơ lược cấu trúc của sản phẩm. Các nguyên tử H đều nằm về một
phía so với mặt phẳng vịng mới tạo thành (có thể vẽ cùng nét đậm hoặc nét đứt).

Bước 4: Vẽ chính xác cấu trúc của sản phẩm. Các nguyên tử H đã được vẽ nét
đậm nên các nhóm metyl và cacbonyl phải vẽ nét đứt.

Vậy sản phẩm chính tuân theo quy tắc endo là hợp chất (A).
III. Chuyển vị sigmatropic
1) Sigmatropic [3.3]

(B)


2) Sigmatropic [1.5]

IV. Phản ứng electrocyclic
Quy tắc xác định cấu trúc sản phẩm (áp dụng cho cả phản ứng đóng vòng và mở vòng):
Điều kiện phản ứng là nhiệt độ:
- Xác định số liên kết  của hợp chất không vịng.
- Nếu số liên kết  là số chẵn thì cấu hình sản phẩm sẽ thay đổi.

- Nếu số liên kết  là số lẻ thì cấu hình sản phẩm sẽ không thay đổi.


Ví dụ:

Điều kiện phản ứng là ánh sáng:
- Xác định số liên kết  của hợp chất khơng vịng.
- Nếu số liên kết  là số chẵn thì cấu hình sản phẩm sẽ không thay đổi.
- Nếu số liên kết  là số lẻ thì cấu hình sản phẩm sẽ thay đổi.
Ví dụ:

Chú ý: Với điều kiện nhiệt độ và ánh sáng thì cách làm sẽ ngược nhau hồn tồn.

PHẢN ỨNG CỦA NHÓM CACBONYL
I. Phản ứng Wittig

Quy luật lập thể chung:
- Nếu có nhóm hút electron ở gần C– thì ylid sẽ bền và khi phản ứng cho ra anken E.
- Nếu khơng có nhóm hút electron ở gần C– thì ylid sẽ kém bền và khi phản ứng cho ra anken Z.
Ví dụ:


II. Phản ứng cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl

1. Khơng có sự tạo phức với kim loại
Lấy ví dụ với hợp chất sau:

Bước 1

Vẽ công thức Newman:

- Cấu hình của cabon bất đối phải đúng.
- Nhóm lớn nhất phải nằm vng góc với mặt phẳng C=O.
- Nhóm nhỏ nhất phải nằm kế bên nhóm –R.
Chú ý: nhóm lớn, trung bình, nhỏ xét theo độ hơn cấp (giống như xét R/S).

Bước 2

Vẽ hướng tấn công của tác nhân Nu:
- Hướng tấn công phải hợp với C=O một góc 107o.
- Hướng tấn cơng phải ít bị án ngữ khơng gian nhất.

Như hình trên, cấu dạng bên trái là bền nhất và hướng tấn công màu đen là thuận lợi nhất vì khơng bị nhóm –Ph
đẩy. Vậy sản phẩm chính sẽ có cấu hình như sau:

Ví dụ 1:


Giải thích lập thể:

Ví dụ 2:

Giải thích lập thể:

2. Có sự tạo phức với kim loại
Lấy ví dụ với phản ứng sau:

Zn(BH4)2 nhen, sách viết sai
Bước 1

Vẽ công thức Newman:
- Cấu hình của cabon bất đối phải đúng.
- Nhóm lớn nhất phải nằm vng góc với mặt phẳng C=O.


- Nhóm nhỏ nhất phải nằm kế bên nhóm –R.
Chú ý: nhóm lớn, trung bình, nhỏ xét theo độ hơn cấp (giống như xét R/S).
Bước 2
Vẽ sự tạo phức với kim loại:
- Các kim loại thường gặp là Mg2+ [cơ magie], Zn2+ [Zn(BH4)2], Cu2+, Mn2+ , Li+ [thỉnh thoảng,
nếu có sự tạo phức thì đề sẽ nói)…
- Các (nhóm) ngun tử trong hợp chất cacbonyl thường tạo phức là O và S (–OH và –SH).
- Do sự tạo phức nên sẽ có sự quay cấu dạng như hình dưới.

Bước 3

Vẽ hướng tấn công của tác nhân Nu:
- Hướng tấn công phải hợp với C=O một góc 107o.
- Hướng tấn cơng phải ít bị án ngữ khơng gian nhất.
Vậy sản phẩm chính sẽ có cấu hình như sau:

Ví dụ 1:


Ví dụ 2:

III. Phản ứng ngưng tụ andol
Quy tắc chung:
- Cis-enolat (cis là cùng phía) tạo ra syn andol (syn là cùng phía)  cùng phía tạo ra cùng phía.

- Trans-enolat (trans là khác phía) tạo ra anti andol (anti là khác phía)  khác phía tạo ra khác phía.

Gốc R càng to, cồng kềnh thì tỉ lệ cis-enolat càng tăng.


Giải thích lập thể:

a) Dạng cis-enolat:

b) Dạng trans-enolat:


Ví dụ 1:

Ví dụ 2:

Ví dụ 3:

Ví dụ 4: